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도심항공교통(UAM) 현황과 전망

한국자동차공학회
2023-02-18
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도심항공교통 체계

대도시 인구 집중으로 도심 내 교통 체증이 갈수록 심화되면서 자동차 중심의 2차원 교통 체계를 3차원 항공 교통 체계로 확장한 새로운 교통 체계가 도심항공교통(Urban Air Mobility)이다. 이른바 UAM은 도심 지역 간의 운송 시간을 대폭 단축하고 이동 효율성을 극대화하기 위해 수직으로 이·착륙하고 도심 상공을 주어진 경로에 따라 승객 및 화물 운송 서비스를 제공하는 기체 및 운항 서비스를 일체를 의미한다.


전통적인 항공 교통은 승객이나 화물을 높고 빠르고 멀리 운송하는 것이 특징이었으나 UAM은 도심 상공을 저공 비행으로 운송 시간을 대폭 단축하여 이동 효율성을 극대화한 차세대 항공 모빌리티다. 차세대 항공 모빌리티는 기존의 항공기와 달리 새로운 운용 및 기술적 요구도의 장벽이 높아 이를 선점하기 위한 개발경쟁이 뜨겁다.


UAM 산업에 진출하는 기존의 항공기 제작사나 자동차사들, 그리고 스타트업 기업들은 미래항공교통(Advanced Air Mobility)에 필요한 새로운 미래 비행체(Advanced Air Vehicle)개발에 기술력을 집중하고 있다. 최근들어 미래항공교통(AAM)은 초기 도심항공교통(UAM)에 머믈지 않고 도시와 지역 간, 도시간(Intercity), 공항간 (Port to Port), 그리고 도서 지방이나 격오지 등지를 연결하는 지역항공교통(Regional Air Mobility)의 요구가 증대하면서 미래항공교통(AAM)은 도심항공교통(UAM)과 지역항공교통(RAM)을 함께 아우르게 되었다.


도심항공교통용 미래 비행체

도심항공교통(UAM)을 위한 비행체는 기존의 항공기와 달리 도심에서 활주로 없이 수직으로 이착륙하여 저고도의 주어진 경로를 따라 탄소 배출 없이 저소음 자율 비행으로 승객 및 화물을 안전하게 운송해야 하므로 다음과 같은 요구 조건을 만족해야 한다.


① 도심에서 운항해야 하므로 탄소 배출이 없는 친환경적일 것

② 자동화된 공역 통제하에서 자율운행 기능을 구비할 것

③ 저렴하고 충분한 분산전기추진시스템 및 전기 동력원을 이용할 것

④ 기존의 교통 수단보다 경제적일 것

⑤ 운용 지역에서의 소음 영향을 최소화할 것

⑥ 새로운 인증 기준 및 절차에 적합할 것

⑦ 전천후에 가까운 기체 운용 능력을 구비할 것

⑧ 소형 항공기보다 높은 안전도를 보장할 것


이상의 요구 조건을 충 족할 U A M 용 미래 비행체(Advanced Air Vehicle)는 이른바 전기분산 추진 수직 이착륙(eVTOL,electric Vertical Take off Landing)항공기다. eVTOL 항공기는 아직 실용되지 않은 미래비행체로 현재 항공사, 자동차사, 스타트 업체 등 전 세계적으로 500여 개사가 개발 경쟁 중에 있다.


전통적인 항공기 제작사인 에어버스, 보잉, 벨 테스트론, 엠브레어, KAI 등이 각자 eVTOL모델들을 발표하였다. 보잉사는 위스크 에어로 사와 공동으로 코라 모델을 개발 중이고 다른 항공사들은 독자적인 모델을 개발 중에 있다.


항공사 못지않게 세계 굴지의 자동차사인 폭스바겐, 토요타, 포드, 메르세데스 - 벤츠, 스텔란티스, 혼다, 제너럴 모터스, 현대차 등이 UAM 사업 참여에 매우 적극적이다. 전통적인 자동차 제조사들은 미래 비행체인 eVTOL 개발에 따른 새로운 기술적 장벽을 극복하기 위해 자동차 제조사 고유의 기체 제작 및 생산 능력의 강점을 살려 스타트업 업체들과 파트너십을 맺고 투자를 하거나 별도 법인을 세워 UAM 기체를 개발하고 있다.


토요타는 조비와 독일의 메르세데스·벤츠는 볼로콥터, 스텔란티스-아처 에비에이션과 협업 하고 있으며, 독립 법인을 세워 독자 모델을 개발 하는 자동차 제조업체는 현대자동차와 독일의 폭스바겐이 대표적 자동차 제조사다.


한편, 미래 비행체 개발에 핵심 기술을 보유한 스타트업(Start-up) 업체들이 전통적인 항공기나 자동차사보다 UAM 기체 개발을 주도하고 있다.


현재 eVTOL개발에 단연 선두를 달리고 있는 스타트업 업체는 조비 에비에이션이다. 조비 에비에이션은 미국의 스타트업 업체로 초기 UAM사업을 시작한 우버 엘리베이터사를 인수하고 미 항공우주국(NASA)와 공군의 기술 지원을 받아 UAM용 기체인 eVTOL 개발을 선도해 왔으며 최근 시제기로 8,530km 누적 비행 거리를 달성하고 2024년 인증을 마친 후 2025년 상용화 서비스를 앞두고 있다. 일본의 자동차사인 토요타로부터 많은 투자를 받았으며, 우리나라 통신 업체인 SKT와 전략적 업무 협약을 맺고 금년부터 시작하는 우리 나라 도심항공교통(K-UAM)사업의 실증사업인 그랜드 챌린지 사업에도 참여한다. 현재 조비에비에션은 UAM용 미래 비행체 개발에 가장 먼저 상용화에 안착할 수 있는 eVTOL항공기로 볼 수 있다.


국내 기업으로는 현대차와 함께 국내 UAM산업의 양대 축을 이루는 한화시스템이 미국의 오버에어와 함께 개발하고 있는 버터플라이 모델도 매우 eVTOL항공기에 높은 수준의 기술 개발을 추진하고 있다.


미래 비행체의 기술적 과제

미래 비행체인 eVTOL은 기존의 헬리콥터나 소형 항공기와 다른 중요한 특징 중의 하나는 인공지능기반 자율비행이 가능한 분산전기추진동력(DEP, Distributed Electrical Power)시스템이다. 이 시스템은 다음과 같은 특성을 가져야 한다.


• 안전성을 보장하기 위해 기존의 싱글 로터 헬기와 달리 여러 개의 분산된 동력 시스템을 가지고 있기 때문에 한 두 개에 결함이 발생해도 나머지로 보상해서 비행을 지속하여 안전 착륙이 가능해야 한다.

• 상용화를 위한 인증기준 또한 새로운 DEP시스템의 안전 요구수준을 인증받아야 상용화 운항이 가능하다.

• 도심 상공을 여러 대가 온종일 동시에 운항한다. 따라서 소음은 지역사회 민원 대상이 되기 때문에 버티포트(Vertiport)입지, 이착륙 경로, 항로의 고도나 경로, 운항 시간 등을 고려하여 소음의 최소화를 기할 수 있어야 한다.

• eVTOL의 추력 시스템은 이착륙 모드와 순항 모드의 분리(Lift+Cruise 또는 Vectored Thrust)를 통해 비행 성능을 획기적으로 향상해야 한다.

• 완전 자율 비행을 실현하여 운용 경비 절감 및 안전성을 증대해야 한다.


이상에서 언급한 미래 비행체(eVTOL)의 주요 기술적 과제는 항속 거리에 영향을 미치는 배터리, 고출력 전동 장치, 경량화 소재, 운용 비용 절감을 위한 자율 운행 기술, 그리고 기체 자동화 및 제어와 기체 생산 등이다


UAM용 기체의 적용될 핵심 기술은 배터리(Battery), 분산 추진(Ditribted Propulsion) 동력 기술, 인공지능(Artificail Intelligence), 4G/5G Network, 항법 및 위치정보(Navigation & Positioning) 등을 기체에 도시하면 다음과 같다.


미래 비행체 eVTOL이 이상과 같은 기술적 과제들을 극복하고 차세대 이동수단으로 서비스를 시작할 목표년도는 2025년으로 기대하고 있다.


미래항공모빌리티의 교통 서비스

자율주행 자동차나 도심항공교통을 포함해서 미래 모빌리티산업 형태의 대표적인 키워드는 CASE다. 즉 ‘연결성(Connected)’, ‘자율성(Autonomous)’, ‘공유성/서비스(Shared & Services)’ 그리고 전기화(Electrified)다.


자율주행 자동차나 미래 비행체(eVTOL)는 자율성과 전기화를 기본적으로 구현하지만 연결성과 공유성/서비스를 이룰 수 있느냐가 바로 관건이다. 이를 구현하는 서비스 모델이 바로 MaaS(Mobility as a Service)다. MaaS란 제반 모빌리티를 서비스 중심으로 연계한 통합교통 서비스를 의미한다. 즉, 승용차, 대중교통과 같은 보편적 교통 수단뿐 아니라 공유 교통(카셰어링, 자전거 셰어링, 라이드셰어링), PM(Personal Mobility), 그리고 새롭게 등장할 자율주행차, eVTOL 등 모든 교통수단을 하나로 묶어 이동의 편의성과 효율성을 제공하는 것이다. MaaS의 핵심가치는 바로 멀티모달 모빌리티(Multimodal Mobility)를 구현하는 데 있다.

대중 혹은 개인의 모든 교통 수단에 대해 가능한 모든 대안과 각 사용자들의 선호도를 고려하여, 종단 간 이동 계획, 예약, 전자 티켓팅, 지급 결제 서비스들을 하나의 디지털 플랫폼으로 통합함으로써 진정한 사용자 중심의 스마트 모빌리티를 구현하는 것이다.


그런데 MaaS가 사람 중심의 이동성에 초점이 맞춰져 있다면 사람이 아닌 물류의 운송배달에 초점을 맞춘 것은 LaaS(Logistics as a Service)다. 따라서 미래 모빌리티는 다양한 사람들의 이동(MaaS)이나 물류의 이동(LaaS) 전부를 아우르는 상위 개념이 교통으로서의 서비스인 TaaS(Transportation as a Service)다. 미래 모빌리티는 TaaS라는 스마트 모빌리티를 향해 발전해 나가고 있음을 주목해야 한다.


도심 인구집중으로 대도시 교통혼잡 문제를 해결하고자 시작된 도심항공교통(UAM)은 도심뿐만 아니라 지역항공교통(RAM)까지 토탈 솔루션을 제공하는 미래항공모빌리티(AAM)로 발전하였다. 마침내 미래항공모빌리티는 MaaS와 LaaS를 결합한 스마트TaaS체계 구현하기 위해 모든 기술적 역량을 집중하고 있다.


* 출처: 한국자동차공학회 제공, 오토저널 2023년 2월호


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