Cockpit Procedure Trainer (CPT) 기반 자율탑승과 비행훈련 성과지표의 연관성

항공안전법에서 모의비행훈련장치는 항공기의 조종실을 동일 또는 유사하게 모방한 장치로 정의하고 있으며(Aviation Safety Act, Article 2, Subparagraph 15, 2026), 항공안전법 시행규칙은 모의비행훈련장치의 종류를 모의비행장치(full flight simulator), 비행훈련장치(flight training device), 기본비행훈련장치(aviation training device)로 구분한다(Enforcement Rules of the Aviation Safety Act, Article 10-2, 2026). 또한 국토교통부의 모의비행훈련장치 지정기준 및 검사요령은 모의비행장치를 A∼D등급, 비행훈련장치를 4∼7등급, 기본비행훈련장치를 단일등급으로 구분하고, 장치의 종류와 등급에 따라 일반 기준, 정량적 기준 및 정성적 기준을 달리 적용한다(MOLIT Notice No. 2026-177, 2026). 이러한 체계는 모의비행훈련장치가 성능기준과 검사기준에 따라 단계화된 훈련장비 체계로 관리되고 있음을 보여준다.

본 연구에서 다루는 CPT는 공군 비행교육 입문과정에서 운용되는 훈련장비로서, 실제 항공기 조종실 형상과 계기·스위치류를 높은 수준으로 모사하고, 시각 시스템, 훈련기록 및 통제 기능을 갖추고 있다. 또한, 시동 및 지상절차, 비행절차, 공중과목, 이·착륙훈련 등 입문과정의 주요 훈련과목 수행을 지원한다. 이러한 장비 구성과 운용범위를 고려할 때, CPT는 기본비행훈련장치보다는 비행훈련장치에 가까운 기능적 특성을 가진다고 할 수 있다. 반면, 모션 시스템이 설치되어 있지 않은 고정식 장비라는 점에서 모의비행장치와는 구분되며, 비행감각 재현보다 비행절차와 비행과목 수행 흐름의 반복 숙달에 초점을 둔 장비로 볼 수 있다. 다만, 비행훈련장치의 세부등급은 장치별 정량적 성능검사와 정성적 평가를 통해 판단되는 영역이므로, 본 연구에서 CPT는 특정 등급에 대응시키기보다 고정식 비행훈련장치에 가까운 훈련장비로 이해하는 것이 적절하다.

CPT 기반 자율탑승은 정규 훈련과정 외에 훈련생이 스스로 훈련장비를 활용한다는 점에서 자기주도적 반복훈련의 성격을 가진다. 일반 교육 분야에서는 자율탑승과 같은 자기조절학습이 학업성취에 긍정적 효과를 가질 수 있음이 보고되었고(Kim and Chung, 2024), 비행교육 맥락에서도 멀티모달 피드백이 통합된 시뮬레이터 훈련 체계가 전통적 훈련 방식보다 우수한 수행과 더 빠른 훈련 진전을 보일 수 있음이 제시되었다(Zhang et al., 2025).

이외에도 모의비행훈련장치 활용과 성과지표 간의 관련성을 다양한 관점에서 검토한 연구들이 있다. Na & Cho(2022)는 헬리콥터 비행교육 과정에서 시뮬레이터 성적과 실비행 성과의 관계를 성적자료로 분석하여 모의비행훈련 성적이 실제 비행훈련 과목 성과와 유의한 정적 관계임을 보여주었다. Kim & Kim (2020)은 헬리콥터 계기비행훈련 등 특정 훈련영역에 한정하여 시뮬레이터 훈련과 실비행 훈련을 비교한 결과 두 훈련 간 차이가 크지 않으며 일부 영역에서 대체 가능성을 논의하였다. Jang & Kwon(2022)은 초기 단계 교육에서 basic aviation training device (BATD) 활용을 설문으로 분석하여 훈련장치 실습이 이론 이해 및 후속 훈련 적응에 도움이 될 수 있음을 제시하였다. Lee(2023)는 해군 P-3C 조종사를 대상으로 실제 비행훈련 환경에서 훈련 주기와 성과의 관련성을 검토하였다.

이와 같이 기존 연구들은 모의비행훈련장치 활용, 시뮬레이터 훈련과 실비행 성과의 관계, 특정 훈련영역에서의 대체 가능성, 훈련 주기와 성과 간 관련성 등을 다양한 관점에서 논의해 왔다. 그러나 기존 연구는 헬리콥터 과정, 해군 기성 조종사, 특정 훈련영역 또는 설문 기반 분석에 초점을 둔 경우가 많아, 공군 비행교육 입문과정 훈련생을 대상으로 CPT 기반 자율탑승의 실제 활용 횟수와 훈련 성과지표 간 관계를 운영자료로 분석한 연구는 제한적이다. 따라서 CPT 기반 자율탑승에 관한 연구는 모의비행훈련장치 활용 연구와 자기주도훈련 연구가 교차하는 영역에 위치한다고 볼 수 있다.

본 연구는 2024∼2025년까지 공군 비행교육 입문과정에 입과한 공군, 해군 장교를 연구 대상으로 하였고, 해당기간 중 총 6개 훈련기수가 과정을 수료하였다. 훈련과정 중 비행평가는 초기평가와 최종평가로 구성되며(Yoon et al., 2015), 전체 입과 인원 중 초기평가 불합격자와 과정 중 중도 포기자는 성과지표 측정이 제한되어 연구대상에서 제외하였다. 이에 따라 최종 분석 표본을 414명으로 선정하였다. 분석 자료는 개인별 자율탑승 일자 및 횟수, 초기·최종평가 일자 및 성적, 불합격으로 인한 재평가 여부 등을 포함하였다. 분석 전 자료의 누락, 오류 확인을 위해 정합성 검증을 수행하였다.

본 연구의 변수는 Table 1과 같다. 훈련의 성과지표는 초기평가 대비 최종평가 성적 향상도, 최종평가 성적, 최종 합격 여부로 측정하였다. 주 설명변수인 자율탑승은 초기평가 이후부터 최종평가 직전까지 기간 중 CPT를 교관 없이 훈련생 단독으로 탑승한 누적 횟수로 정의하였다.

자율탑승 누적 횟수는 훈련생 전원에 대해 일관되게 확보 가능한 운영자료의 공통 지표이므로 주 설명변수로 설정하였다. 이외에도 최종평가 직전 7일간 자율탑승 횟수, 최종평가 전 최근 자율탑승일과의 간격, 불합격으로 인한 재평가 여부 등을 보조변수로 활용하였다. 훈련기수, 초기평가 성적 기준 사분위, 재평가 집단은 층화 분석을 위한 기준 변수로 활용하였다.

본 연구는 실제 훈련 환경에서 생성된 자료를 획득하여 분석한 것으로, 자율탑승의 선택 동기나 목적과 같은 요인 측정이 제한되어 관측된 관계를 중심으로 연관성을 분석하였다. 이에 따라 분석은 자율탑승의 순수한 인과효과를 추정하기 위한 구조가 아니라, 운영자료에서 관측 가능한 자율탑승의 양적 활용 정도와 성과지표 간 관계를 확인하는 탐색적 연관성 분석으로 수행하였다.

분석단위는 훈련생 개인이며, 분석 대상 414명에 대해 전체 표본 분석을 수행하였다. 전체 분석과 동일한 절차를 6개 훈련기수에 대해 반복 수행하여 입과 시점과 운영 여건 차이에 따른 집단 간 이질성을 확인하였고, 훈련기수 내에서는 초기평가 성적을 기준으로 사분위로 층화하여 초기 수준별 연관성의 반응 차이를 추가로 확인하였다. 또한 비행평가 재평가 경험이 있는 훈련생을 하위집단으로 구성하여 보조 분석을 수행하였다.

성과지표별로는 성적 향상도에 대해 상관분석을 하여 자율탑승 횟수와의 연관성을 평가하였고, 최종 합격 여부는 로지스틱 회귀분석, 최종평가 성적은 선형회귀분석을 적용하였다. 회귀분석은 전체 표본에 대해 수행하였으며, 세분층화에서는 표본 및 사건 수 감소로 인한 이진/다변량 회귀 추정의 불안정을 고려하여 제외하였다.

전체 표본에 대해 자율탑승 횟수와 성적 향상도 간의 상관관계를 분석하였다. 상관계수는 스피어만 ρ=0.039(p=0.429), 피어슨 r=0.028(p=0.564)로 두 지표 모두 0에 근접하였고, Fig. 2와 같이 산점도에서도 자율탑승과 성적 향상도 간의 뚜렷한 관계 패턴은 관측되지 않았다.

Fig. 2. Scatterplot of self-directed CPT sessions versus score improvement (N=414)

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전체, 하위집단, 보조 분석 등 대부분의 분석에서 자율탑승 관련 변수와 성과지표 간 연관성은 전반적으로 약하거나 일관된 패턴이 확인되지 않았다. 따라서 자율탑승 횟수의 증가가 평균 성과지표의 향상으로 연결된다는 근거는 제한적이라 할 수 있다. 이는 자율탑승 효과의 형태, 개인별 활용 목적의 이질성 등 운영 환경의 특성을 고려한 구조적 관점에서 결과를 해석할 필요가 있음을 시사하며 구체적 내용은 다음과 같다.

첫째, 자율탑승이 평균적으로 뚜렷한 추가 효과를 실제 갖지 않을 가능성이다. 자율탑승은 입문과정 교육체계에서 필수 항목이 아니라 교육환경에서 훈련생에게 선택적으로 제공되는 자율적 추가 훈련수단이다. 따라서 단순한 탑승 횟수 증가가 훈련생 기량의 질적 향상으로 연결되지 않을 수 있고, 교관 피드백이 결여된 조건에서는 학습 효과가 제한적일 수 있다.

둘째, 본 연구의 결과를 해석함에 있어 자율탑승뿐 아니라 실제 비행훈련과 교관 피드백으로 구성된 기존 훈련체계의 역할을 함께 고려할 필요가 있다. 만약 실제 비행과 교관 피드백이 성과 형성에 이미 주된 요인으로 기여하고 있다면 자율탑승의 추가 효과는 평균 성과지표에서 미세하게 나타나거나 통계적으로 관측되기 어려울 수 있다. 이는 자율탑승의 ‘무용’을 단정하기보다 기존 훈련체계가 성과 형성의 주요 요인으로 작동하고 있음을 보여주는 결과로 해석될 수 있다.

셋째, 자율탑승의 기능이 실제 운용 맥락에서 성과를 일률적으로 끌어올리는 수단이라기보다 실제 비행 공백의 보완, 취약 구간 반복 연습, 감각·절차의 유지 등 보완적 기능으로 활용될 수 있다. 이 경우 자율탑승의 효과는 평균 점수의 상승보다 비행기량의 하락 방지 또는 편차 완화로 나타날 수 있으며 그 결과 성과지표에서는 관계가 약하게 관측되거나 통계적으로 유의하지 않게 나타날 수 있다.

넷째, 보조 회귀분석에서 관측된 자율탑승–최종평가 성적 간 역방향 연관성은 자율탑승이 자기 선택적으로 활용되는 과정에서 보상적 사용과 성과 수준이 자율탑승을 유발하는 역인과 구조가 반영된 결과일 수 있다. 예컨대 추가 보완이 필요하다고 인지한 훈련생이 자율탑승을 더 많이 활용하는 선택 구조가 작용할 경우 자율탑승이 증가할수록 성과가 상대적으로 낮게 관측되는 것이다. 반면 상위권 훈련생은 이미 높은 성과 수준에 위치해 추가 상승 여지가 제한되는 천장효과(ceiling effect)로 인해 ‘횟수–성과’ 관계가 약화되거나 집단 평균에서 상쇄될 수 있다.

다만, 자율탑승은 자기 선택적으로 수행되는 활동이며 본 연구 자료는 자율탑승의 목적·내용·피드백 수준 등 추가 요인을 직접 관측하지 못하므로, 보상적 사용, 역인과 구조, 천장효과 등에 관한 논의는 자율탑승의 인과적 효과를 설명하기 위한 것이 아니라 운영자료에서 관측된 결과의 해석 범위를 명확히 하기 위한 설명으로 이해되어야 한다.

본 연구에서 자율탑승 횟수와 평균 성과지표 간 관계가 뚜렷하게 관측되지 않았다는 결과는 현행과 같은 탑승 횟수 중심의 운영만으로는 자율탑승이 비행기량 향상으로 연결되는 데 한계가 존재할 수 있음을 시사한다. 따라서 자율탑승의 횟수보다 수행 방식과 피드백 관점에서 훈련 체계를 재구성할 필요가 있다. 자율탑승이 효과적으로 작동하기 위해서는 훈련생이 자신의 취약점과 오류를 인지하고 교정할 수 있어야 한다. 그러나 자율탑승은 교관 피드백이 상시 제공되지 않으며, 훈련 과정에서의 미흡사항을 훈련생 스스로 인지하고 분석하기에는 한계가 있다.

이러한 한계를 보완하기 위해서는 자율탑승을 객관적으로 기록, 측정하여 훈련생의 취약점과 오류를 가시화할 수 있는 수단이 필요하며, 그 대안으로 eye tracking 기술을 활용해 시선·주의 분배를 정량화할 수 있다. 항공기 조종에서 시선 이동과 주의 분배는 조종사의 절차 수행과 상황 인지의 양상을 반영할 수 있으며, 착륙 단계에서 기성 조종사와 훈련생 간 시선 특성 차이를 시선추적으로 비교한 연구에서도 이러한 지표가 수행 특성의 차이를 구분하는 데 활용될 수 있음이 보고된 바 있다(Lee et al., 2018; Kwon and Lee, 2024).

기록·측정 결과가 실제 학습 효과로 연결되기 위해서는 수집된 정보를 바탕으로 훈련생에게 개선사항과 다음 자율탑승 또는 실비행에서 수행해야 할 훈련 과제를 제공하는 피드백 체계가 함께 설계되어야 한다. 예컨대 eye tracking 등 측정 체계로 가시화된 데이터를 AI가 분석하여 훈련 과제 부여로 연결하는 AI 기반 피드백 체계를 구성할 수 있다. 측정된 데이터 기반 피드백 체계가 갖추어지면 자율탑승이 보상적 사용이나 단순 반복에 머무르지 않고, 훈련생 개별 취약 구간 교정과 목표 지향적 반복 학습으로 작동하도록 지원하는 보완 장치가 될 수 있다. 나아가 자율탑승의 훈련 효과를 표준화된 지표로 확인하고 개인별 기량발전 과정을 점검할 수 있는 운영 기반이 마련된다.

이는 훈련운영 및 자원배분 관점에서 실비행 훈련에 교관 자원을 배치하면서도 자율탑승의 훈련 성과를 관리할 수 있는 수단을 제공한다. 또한 지상훈련 장비의 가용성과 비용 대비 효율성은 병력 감소와 군 구조 변화 환경에서 훈련체계의 지속가능성을 보완하는 방향의 시사점으로 제시될 수 있다.