1서 론

최근 공군에서는 훈련영역 제한, 임무복잡도 증가, 유 가 인상 등으로 실제 무기체계를 가지고 실제 병력이 참여 하는 현실성 있는 비행훈련이 매우 어려운 실정이다[11]. 이러한 비행훈련 여건의 변화에 능동적으로 대처하기 위 하여 기 개발된 Live, Virtual, 그리고 Constructive 시뮬레 이션을 네트워킹 기술과 시뮬레이션 연동기술을 활용하 여 하나의 통합된 훈련체계를 구축하자는 L-V-C 통합훈 련체계가 제안되었으며[7, 8], 현재 다양한 연구가 진행되 고 있다. Live 시뮬레이션은 실 장비에 실 병력이, Virtual 시뮬레이션은 모의 장비에 실 병력이, 그리고 Constructive 시뮬레이션은 모의 장비에 모의 병력이 운용되는 훈 련체계이다. 이러한 L-V-C 통합훈련체계는 각 체계가 갖 는 한계를 극복함과 동시에, 상황에 맞는 다양하고 효과 적인 비행훈련을 지원할 수 있다는 장점이 있다.

L-V-C 통합훈련체계를 하나의 훈련체계로 효과적으로 통합하기 위해서는 기 개발된 개별체계가 갖는 고유한 특 성 및 훈련환경의 차이를 어떻게 극복할 것인지에 대한 문제해결이 선행되어야 한다. 특히, 실제 환경인 Live 시 뮬레이션과 가상 환경인 Virtual 시뮬레이션의 환경 차이 는 실 병력인 조종사에게 직접적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 이에 대한 연구가 중요하다. Live 시뮬레이션은 다른 시뮬레이션과는 달리 조종사에게 특수한 환경을 제 공한다. Live 시뮬레이션 훈련 시, 조종사는 Cockpit이라 는 제한된 공간에서 장시간 반복적이고 연속적인 상황인 식 유지를 위한 행동을 수행함과 동시에 기압의 변화, 중 력가속도 등과 같은 특수한 공중환경요소에 영향을 받게 된다. 이러한 공중환경은 특수한 작업 자세를 장시간 요 구하며[9] 인지능력 및 신체능력 저하를 유발함에 따라 조종사에게 생리적, 심리적 압박을 제공하게 되고[5], 이 러한 압박감이 계속될 경우, 스트레스로 작용하여 임무 수행을 위해 필요한 판단력이나 상황인지능력 등에 영향 을 미칠 수 있다. 특히, 최근 개발되는 항공기의 경우, 조 종사의 신체적 한계를 뛰어넘는 고성능 기종이 대다수이 기 때문에 비행환경으로부터 유발되는 조종사들의 신체적, 심리적 부담감은 더욱 증가하고 있다. 반면, Virtual 시뮬 레이션은 지상에 위치하고 있고 실제 전투기와 같은 운 동특성을 반영할 수 없어 공중 환경에서 수행되는 Live 시뮬레이션과는 달리 지상훈련환경에서 임무를 수행하 게 된다. Live 시뮬레이션이 기본적으로 내포하고 있는 환경적 제한사항은 어느 정도 감안한다고 할지라도 현실 감을 향상시키고 Virtual 시뮬레이션을 통해 실제와 같은 훈련효과를 이끌어내기 위해서는 각 체계가 갖고 있는 고유특성에 대해 파악하고 이러한 차이를 줄이는 방향에 대한 연구가 필요하다.

지금까지 Live-Virtual 시뮬레이션과 관련한 다양한 연 구들이 수행되어 왔으나, 환경 차이에 따른 조종사의 심 리에 영향을 미치는 유발요인 분석에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 기존 Live-Virtual 시뮬레이션에 대한 연구들은 실제 전투기에서 발생하는 물리적인 현상을 디스플레이 상에 시각적으로 가시화하거나 빠른 정보처리를 위해 인 공지능 기술을 가미하는 등 전투기의 움직임을 표현하는 것을 중점으로 진행되어왔다[6, 12, 13]. 또한, 최근 Live- Virtual 시뮬레이션 훈련 시 발생하는 환경요소의 차이가 조종사의 심리에 영향을 미친다는 연구는 수행되었으나[7], 이를 보완하기 위한 방법에 대한 연구는 부족한 것으로 파악되었다. 조종사가 훈련 시에 받는 신체적, 심리적인 영 향이 단순한 스트레스로 그치는 것이 아니라 비행착각과 같은 인지능력저하, 신체운동능력의 저하를 유발하는 주 요한 요인임을 감안할 때[5], Live-Virtual 시뮬레이션 통 합훈련체계 구축을 위해서는 동일 임무를 수행해야 하는 조종사에게 두 체계 간 상이한 환경적 요인에 의해 발생 할 수 있는 심리적 영향을 어떻게 극복할 것인지에 대한 연구가 반드시 수행되어야 한다.

본 연구에서는 L-V-C 통합훈련환경 중에서도 Live-Virtual 시뮬레이션 연동에 초점을 두고 있으며, Live 시뮬레이션 에서 발생하는 환경요소를 Virtual 시뮬레이션에 적용하 였을 경우 조종사 심리에 어떤 영향을 미칠 것인지에 대 해서 알아보고자 한다. 이를 위해 기존 연구와 설문조사 를 바탕으로 조종사의 스트레스를 유발하는 요인으로 작 용하고 있다고 판단되는 환경요소들을 도출하고, 이 환경 요소들을 Virtual 시뮬레이션에 각각 적용할 때 나타나는 조종사의 심리적 상태 변화를 분석하였다. 심리적 상태변 화에 대한 측정은 고고도 환경 노출에 따른 신체변화와 이로 인한 자각증상이 인체의 스트레스로 작용하여 스트 레스 호르몬인 코르티솔 분비를 촉진시킨다는 기존 연구 를 바탕으로[2], 타액을 통한 코르티솔 분석을 수행하였다.

2방 법

2.1실험참여자

본 연구는 전투비행단에서 근무하고 있는 기성조종사 를 대상으로 실험 및 설문조사를 실시하였다. 공군의 기 성조종사는 기종별로 일정시간의 시뮬레이터 비행훈련 및 항공생리훈련을 이수해야하기 때문에 다양한 시뮬레 이션 환경에서의 조종사 스트레스에 대한 비교실험이 가 능하였다. 실험 대상자는 기성조종사 40명을 대상으로 하 였으며 나이는 만 30.5±4.5세, 평균 비행시간은 286시간 (최고 : 800시간, 최저 : 40시간)으로 조사되었다.

2.2실험계획

본 연구에서는 기존연구 및 실제 조종사 대상 설문조 사 결과를 바탕으로 도출한 실제 Live 시뮬레이션의 중 요한 환경요소인 중력가속도, 소음, 그리고 장비착용을 지상 Virtual 시뮬레이터를 탑승한 조종사에게 적용하였 을 때 어떤 심리적 영향력을 미치는지 알아보기 위하여 독립적인 실험 및 설문조사로 진행하였다. 실험은 두 달 간 진행되었으며 피실험자에게는 실험 전일 실험목표 및 절차에 대해 설명하고 수면상태에 따라 컨디션의 차이가 있을 수 있으므로 최소 7~8시간의 수면을 취하도록 하였 다. 호르몬의 경우 오전~오후 일일변화가 크게 나타나는 경향이 있다는 기존연구를 바탕으로 모든 실험시간을 13 시에서 17시로 제한하였다.

실험 장소는 중력가속도 실험의 경우 항공우주의료원 에서 수행하였으며 소음, 장비착용에 관한 실험은 실제 전투비행단의 모의비행실에서 이루어졌다. 중력가속도 실 험은 항공우주의료원에서 보유하고 있는 최신 모의비행 훈련장비인 ATFS-400(Authentic Tactical Flight Simulation) 을 활용하여 진행되었다. <Figure 1>에 나타낸 ATFS-400 은 시뮬레이션 상에서 조종사가 수행하는 조작에 맞게 현실과 유사한 중력가속도 환경을 제공하는 시뮬레이션 으로 Virtual 시뮬레이션 조작에 따라 중력가속도를 부여 하였을 경우 조종사가 어떤 심리적 변화를 갖는지 여부 를 살펴볼 수 있다. 소음 실험은 비행 중 조종석 내부의 소음수준은 기종마다 차이가 있지만 80~100dB정도라는 기존 연구결과를 바탕으로[3], Virtual 시뮬레이션에서 기 본적으로 제공하고 있는 전투기 조작 시 발생하는 소음 을 80dB로 설정하여 부과하였다. 장비착용에 관한 실험은 대기압의 변화와 같은 고공환경으로 인해 착용해야만 하 는 산소마스크, 헬멧, G-suit를 착용하고 일반적인 Virtual 시뮬레이션을 소음 없이 수행하도록 하였다. 설문조사는 기존 제작된 설문조사가 없는 관계로 직접 제작한 설문 조사를 이용하였으며 실험 전 연령, 체중, 흡연/음주여부, 비행시간 등 피실험자의 개인적 차이를 파악하기 위한 용도로 활용되었다.

2.3코르티솔 측정방법

코르티솔 측정은 Enzyme-linked immunoassay(EIA)를 이 용하여 분석하였다. 타액 채취시기는 시뮬레이터를 20분 탑승하고 난 후 5분 뒤에 채취하였다. 이는 두려운 상황 에서 스트레스에 노출되었을 때 25분 뒤 코르티솔 농도 가 최고치에 도달했다는 기존 연구결과를 바탕으로[10] 설정한 결과이다. 타액은 흡수용 면봉을 혀 아래 침샘부 분에 위치시켜 2분 정도 흡수하여 채취하였으며 면봉에 흡수된 타액을 원심 분리하여 -20°C에서 냉동보관 하였 다가 Salimetrics에서 제공한 절차를 따라 분석하였다.

2.4통계 분석방법

수집된 데이터는 통계분석을 위해 SPSS 통계분석프로 그램을 이용하였으며 유의수준은 0.05로 적용하였다. 실 험 그룹 간 차이의 유무를 알기 위해 분산분석을 실시하 였으며 Scheffe 검증을 실시하였다. 40명의 기성조종사를 대상으로 수집된 실험 데이터 중 채취한 조종사의 타액 부족, 타액 시료 오염등과 같은 원인으로 인해 분석이 불 가능한 데이터는 분석 시 제외되었다. 또한, 실험 데이터 는 각 요인별로 95% 신뢰구간을 벗어날 경우 이상치로 간주하여[1] 5% 이내로 제거되었다. 각 요인별로 분석이 불가능한 데이터 및 이상치를 살펴보면 중력가속도 실험 8개, 소음실험 23개, 장비실험 16개이다. 본 연구는 분석 불가능 데이터 및 이상치를 제외하고 유용한 데이터만을 가지고 분석을 수행하였다.

3결 과

본 연구는 실제 Live, Virtual 시뮬레이션 환경과의 차이 를 알아보기 위해 중력가속도, 소음, 그리고 장비착용을 Virtual 시뮬레이션에 적용한 결과를 Kim et al.[7]에서 수 행한 Live 시뮬레이션과 Virtual 시뮬레이션을 탑승하였을 때 조종사의 스트레스 차이를 분석한 연구결과와 비교 분 석하였다. <Table 1>은 Kim et al.[7]에서 수행한 Live 시뮬 레이션과 Virtual 시뮬레이션 간의 스트레스 측정 결과 및 본 연구의 중력가속도, 소음, 그리고 장비착용을 Virtual 시뮬레이션에 적용한 결과를 나타낸다. 기존 연구 결과, Live 시뮬레이션 시 조종사가 받는 스트레스가 Virtual 시 뮬레이션에 비해 유의하게 높은 것으로 파악되었다. 또한, Virtual 시뮬레이션에 중력가속도를 추가한 경우 코르티솔의 양은 평균 6.944ng/ml(최고 : 10.653ng/ml, 최저 : 3.812ng/ml) 로 나타났고, 소음을 추가한 경우의 코르티솔 양은 평균 4.529ng/ml(최고 : 6.088ng/ml, 최저 : 3.216ng/ml)으로 나타 났으며, 장비를 착용하게 한 경우는 평균 5.695ng/ml(최고 : 7.996ng/ml, 최저 : 3.547ng/ml)으로 나타났다.

3.1중력가속도

본 연구는 중력가속도를 추가한 Virtual 시뮬레이션이 기존 연구의 Live 시뮬레이션 및 Virtual 시뮬레이션에 대한 조종사 스트레스 정도와 유의미한 차이가 있는지 비교 분석하였다. <Table 2>는 분산분석 결과를 보여주 는 것으로 세 그룹 간 유의미한 차이가 있음을 나타낸다. 그룹 간 스트레스 비교에 있어 최소한 한 쌍 이상에서 스트레스 차이를 보임에 따라 어느 그룹 간 차이를 보이 는지 알아보기 위하여 <Table 3>과 같이 사후검정을 실 시하였다. 사후검정 결과 중력가속도를 적용한 Virtual 시뮬레이션은 Virtual 시뮬레이션과 유의미한 차이가 있 었으나, Live 시뮬레이션과는 유의미한 차이가 없음을 알 수 있었다.

3.2소음

본 연구는 소음을 추가한 Virtual 시뮬레이션이 기존 연구의 Live 시뮬레이션 및 Virtual 시뮬레이션에 대한 조종사 스트레스 정도와 유의미한 차이가 있는지 비교 분석하였다. <Table 4>는 분산분석 결과를 보여주는 것 으로 세 그룹 간 유의미한 차이가 있음을 나타낸다. 그룹 간 스트레스 비교에 있어 최소한 한 쌍 이상에서 스트레 스 차이를 보임에 따라 어느 그룹 간 차이를 보이는지 알아보기 위하여 <Table 5>와 같이 사후검정을 실시하였 다. 사후검정 결과 소음을 적용한 Virtual 시뮬레이션은 Virtual 시뮬레이션과 유의미한 차이가 없었으나, Live 시 뮬레이션과는 유의미한 차이가 있음을 알 수 있었다.

3.3장비착용

본 연구는 장비를 착용한 Virtual 시뮬레이션이 기존 연구의 Live 시뮬레이션 및 Virtual 시뮬레이션에 대한 조종사 스트레스 정도와 유의미한 차이가 있는지 비교 분석하였다. <Table 6>은 분산분석 결과를 보여주는 것 으로 세 그룹 간 유의미한 차이가 있음을 나타낸다. 그룹 간 스트레스 비교에 있어 최소한 한 쌍 이상에서 스트레 스 차이를 보임에 따라 어느 그룹 간 차이를 보이는지 알아보기 위하여 <Table 7>과 같이 사후검정을 실시하 였다. 사후검정 결과 장비를 적용한 Virtual 시뮬레이션 은 Virtual 시뮬레이션과 유의미한 차이가 있었으나, Live 시뮬레이션과는 유의미한 차이가 없음을 알 수 있었다.

4토 의

본 연구에서는 L-V-C 통합훈련체계 구축을 위한 기본 연구로 Live-Virtual 시뮬레이션 연동에 초점을 두고 있 으며, 두 체계 간 상이한 환경적인 요소가 임무를 수행하 는 조종사에게 어떤 심리적 영향을 미치는지를 연구하는 데 그 목적이 있다. 이를 위해 기성조종사를 대상으로 기 존에 수행된 Kim et al.[7]의 Live-Virtual 체계 간 스트레 스와 중력가속도, 소음, 그리고 장비착용의 각 요소를 Virtual 시뮬레이션에 적용한 경우의 스트레스를 비교 분 석 하였다. 실험은 코르티솔 호르몬을 통한 생화학적 분 석과 피실험자의 상태 및 기본정보 확인을 위한 주관적 설문조사를 통해 수행되었다.

분석 결과, 중력가속도를 적용한 Virtual 시뮬레이션은 Virtual 시뮬레이션과 유의미한 차이가 있었으나, Live 시 뮬레이션과는 유의미한 차이가 없음을 알 수 있었다. 이 는 조종사들이 중력가속도를 적용시킨 Virtual 시뮬레이 션을 탑승했을 때, 일반 Virtual 시뮬레이션보다 유의하게 더 많은 스트레스를 받고 있음을 나타낸다. 따라서 중력 가속도는 Live 시뮬레이션과 Virtual 시뮬레이션 간 조종 사의 심리적 차이를 유발하는 중요한 요인으로 판단된다. 한편, 중력가속도를 적용한 Virtual 시뮬레이션은 Live 시 뮬레이션에 비해 차이가 유의하지 않았으나 스트레스가 높게 나타났다. 이는 실제로 같은 가속도 훈련에서 기성 조종사가 초급조종사보다 훈련 내성으로 인해 스트레스 를 적게 받는다는 기존 연구결과로 미루어 볼 때[4], 조종 사들이 AFTS-400가 도입된 지 얼마 되지 않아 익숙하지 않고 AFTS-400이 빠른 속도로 운용되는 것을 직접 관찰 하고 훈련에 참가하기 때문에, Live 시뮬레이션과 동일한 중력가속도가 동일한 시간 동안 적용된다고 할지라도 더 큰 부담감을 가지는 것으로 판단된다.

다음으로, 소음을 적용한 Virtual 시뮬레이션은 Virtual 시뮬레이션과 유의미한 차이가 없었으나, Live 시뮬레이 션과는 유의미한 차이가 있음을 알 수 있었다. 이는 조종 사들이 소음을 적용시킨 Virtual 시뮬레이션을 탑승했을 때, 일반 Virtual 시뮬레이션과 차이가 없음을 나타낸다. 따라서 소음은 Live 시뮬레이션과 Virtual 시뮬레이션 간 조종사의 심리적 차이를 유발하는 중요한 요인이 아닌 것으로 판단된다.

마지막으로, 장비를 적용한 Virtual 시뮬레이션은 Virtual 시뮬레이션과 유의미한 차이가 있었으나, Live 시뮬 레이션과는 유의미한 차이가 없음을 알 수 있었다. 이는 조종사들이 장비를 적용시킨 Virtual 시뮬레이션을 탑승 했을 때, 일반 Virtual 시뮬레이션보다 유의하게 더 많은 스트레스를 받고 있음을 나타낸다. 따라서 장비착용은 중 력가속도와 마찬가지로 Live 시뮬레이션과 Virtual 시뮬 레이션 간 조종사의 심리적 차이를 유발하는 중요한 요 인으로 판단된다. 한편, 장비를 적용한 Virtual 시뮬레이 션은 Live 시뮬레이션에 비해 차이가 유의하지 않았으나 스트레스가 높게 나타났다. 이 역시도 중력가속도를 적용 했을 때와 마찬가지로 평상시 Virtual 시뮬레이션을 탑승 했던 환경과 달리 장비를 착용한 채로 Virtual 시뮬레이 션을 탑승하는 것이 익숙하지 않아 조종사들이 더 많은 스트레스를 받은 것으로 판단된다.

종합적으로 분석해볼 때, Live 시뮬레이션과 Virtual 시 뮬레이션 간에는 중력 가속도, 장비착용과 같은 환경적 요소의 차이로 인해 유발되는 심리적 차이가 존재하며, 그 차이는 조종사의 심리적 차이를 유발하는 요인을 도출 하고 적용해봄으로써 극복될 수 있다는 유의미한 결과를 도출하였다. 실제 조종사를 대상으로 하는 실험이기에 실 험에 제약이 많아 다양한 요소를 도출하고 적용하지 못한 실험적 한계는 존재하지만 본 연구의 분석결과는 실질적 L-V-C 통합훈련환경 구축, Virtual 시뮬레이터 개발방향 설정, 조종사 안전교육 등 다양한 영역에서 활용될 수 있 을 것으로 기대된다.