시속 200km로 퇴근하는 세상이 온다

시속 200km로 퇴근하는 세상이 온다

대학생신재생에너지기자단 22기 정의희

 

 

[자료1. UAM 서비스 조감도]

출처 : 한국공항공사

 

[UAM의 등장]

어릴 적 상상만 했던 ‘하늘을 나는 택시’가 2025년에 상용화될 예정이다. 항공을 이용한 교통 체제 즉, 도심항공교통을 UAM(Urban Air Mobility)이라고 한다. 산업이 발전하면서 전 세계적으로 도시 집중화 현상이 심화되고 있다. 전 세계의 도시화율은 1950년 약 25%에서 2020년 약 50%로 두 배 증가하였으며, 향후 50년간 58%까지 서서히 증가할 것으로 전망된다. 이러한 도시 집중화 현상은 도심의 교통 혼잡을 가중시키고 있어 다양한 문제의 원인이 되고 있다. 도시 집중화로 인해 교통 혼잡이 심해지면서 출퇴근 시간 및 물류·운송비용이 증가하고 이로 인한 경제적 손실이 발생하고 있으며, 거주자들의 스트레스 증가 문제와 출퇴근 시간으로 인해 교외 거주가 어려워 도심에 주거가 더욱 집중되는 주거 문제 또한 발생하고 있다. 그뿐만 아니라 현재 지상 교통수단은 내연기관을 활용하고 있어 이산화탄소 배출량이 지속해서 늘어나고 있으며, 이는 환경 문제를 유발하고 있다. 이를 해결하기 위해 현재 지상 교통수단의 대안으로서 UAM이 주목받고 있다. UAM은 승객 및 화물이 도심 내를 공중에서 빠르게 이동할 수 있도록 하며, 전기 동력을 활용하기 때문에 도심 내 교통 혼잡 해결과 환경문제 개선에 기여할 것으로 기대되고 있다. 이러한 UAM은 최근 기술의 발전에 힘입어 실현 가능성이 급속히 증대되고 있다. 

 

[UAM은 어떤 모습일까]

UAM 기체의 형태는 전기동력 수직이착륙기(eVTOL: electric Vertical Take-off and Landing) 형태로 연구개발이 진행 중이다. 도심 내에서 활주로를 확보하기가 어렵기 때문에, 공간의 제약을 극복하기 위해서 주로 수직이착륙 형태로 연구개발이 진행되고 있다. 기체 유형은 대표적으로는 추력편향(Vectored Thrust), 리프트 & 크루즈(Lift & Cruise), 멀티콥터(Multicopter) 등이 있다. 2023년 5월 기준 약 821개의 eVTOL이 개발 또는 개발 계획 중이며, 이중 추력편향 방식이 약 33.9%, 리프트 & 크루즈 방식이 약 17.7%, 멀티콥터 방식이 약 28.6%를 차지하고 있다. UAM의 핵심 인프라로는 앞서 소개한 UAM 비행장인 버티포트가 있다. 버티포트는 UAM이 이착륙하기 위한 기반 시설로서 육상·수상·건물 옥상 등에 위치하며, 필요에 따라 정비 지원이나 승객 탑승·하기·환승 및 화물 적재·적하 등을 위한 시설을 포함한다. 또한, 안전한 UAM 기체 운항을 위해 도심항공 교통관리 시스템과 같은 관제 체계가 제공되어야 한다. UAM 서비스는 초기 단계에는 도심과 공항을 연결하거나 정해진 노선에 따라 도심과 도심을 연결하는 에어셔틀 또는 에어메트로의 형태로 제공될 것으로 전망된다. 관련 기술이 보다 발전하고 인프라 구축 및 관리 체계가 자리 잡으면 에어택시, 화물 수송, 응급 의료, 개인 UAM, 지역 간 에어셔틀 등 보다 다양한 형태로 활용될 수 있을 것으로 보인다. 또한, UAM 서비스의 원활한 제공을 위해 연계 플랫폼을 구축하여 실시간 예약·발권, 지상 교통수단과의 환승·연계 등이 가능해질 것으로 전망된다.

 

[자료2. eVTOL 분류]

출처 : 국토교통부

대부분 글로벌 기업들이 개발 중인 UAM 기체는 배터리를 이용한 분산전기추진 방식인 eVTOL이다. eVTOL PAV는 이륙 후 추진 방식에 따라 멀티콥터형, 틸트형, 덕티드팬형, 복합형 등으로 나뉜다. 각각의 특징을 살펴보면 다음과 같다.

① 멀티콥터형은 고정익 없이 회전익으로 양력을 발생시켜 비행한다. 로터를 다중화해 안전성을 높인 것이 특징이다. 간단한 구조, 낮은 제조단가 및 유지비용이 장점이지만 비행 속도가 느리고 비행시간이 짧아 도심 내 단거리 이동에 적합하다. 대표적 멀티콥터형 항공기는 볼로콥터의 '볼로콥터', 중국 이항의 '이항 184', 유럽 에어버스의 '시티에어버스' 등이 있다.

② 복합형(Lift+cruise)은 고정익과 회전익으로 구성된 것은 틸트형과 유사하다. 양력과 추력을 얻기 위한 각각의 회전익을 배치해 틸트 없이 틸트형과 유사한 특성을 구현한 비행방식이다. 전진 비행 속도가 빠르고 효율이 좋아 중거리 비행에 적합한 형태다. 보잉의 '오로라', 키티호크사의 '코라' 등이 해당한다.

③ 틸트형(Tilt-rotor/wing/ducted fan)은 고정익과 회전익을 모두 갖는다. 틸트형은 회전익을 수직방향으로 해 수직이륙한 후 이를 수평방향으로 틸트시켜 순항 시 추력원으로 사용하는 벡터 추진 방식을 채택한다. 회전익형에 대비해 에너지 효율이 높아 중·장거리 비행에 적합하고 수직이착륙 및 고속비행을 할 수 있다는 장점이 있다. 반면 틸팅을 구현하는 기술적 난이도와 제조단가가 높고 유지비용이 발생한다는 단점이 있다. 분산 전기 추진을 사용해 다수의 프로펠러를 주로 사용한다. 대표적인 틸트 날개형 항공기로는 에어버스의 '바하나'가 있다.

 

[UAM이 풀어야 할 난제]

1. 정류장과 주차장

UAM의 대표 이동수단인 에어택시가 버스ㆍ지하철과 다름없는 대중교통이 되려면 이들만큼 접근성이 좋은 정류장(버티포트ㆍVertiport)을 구축해야 한다. 하지만 우리나라는 아직까지 버티포트 설치와 관련한 실무적 논의를 진전시키지 못하고 있다. 정부의 UAM 상용화 목표점(2025년)에 도달하기까지 또 하나의 걸림돌이 있는 셈이다. 오랫동안 UAM용 버티포트 설치 규격과 안전기준을 연구해 온 업계의 한 관계자는 “일단 버티포트가 있어야 에어택시가 이착륙하며 승객을 수송할 수 있기 때문에 버티포트부터 만드는 게 급선무”라면서 “지난해 미국 연방항공청(FAA)과 유럽항공안전청(EASA)이 대략적인 버티포트 설치 규정을 발표한 반면 우리나라는 아직까지 관련 규정을 마련하지 않은 상태”라고 지적했다. UAM용 버티포트를 설치할 때 고려해야 할 사항은 한둘이 아니다. 버티포트 안에 활주로를 몇 개 두느냐부터 착륙 구역의 크기, 장애물 제한 구역 설정까지 하나하나 구체적 조건을 만들어야 한다.

[자료3. UAM 버티포트]

출처 : 한국공항공사

2. 소음 공해 문제

바람이나 소음 같은 외부 환경의 문제를 어떻게 해결하느냐도 관건이다. 관계자는 “가령, 기존 공항에서도 비행기가 이착륙할 때 바람의 역류나 돌풍이 가장 큰 위험 요소이기 때문에 철탑을 세운 다음 바람의 영향을 분석해 비행기로 전송한다”고 설명했다. 그는 이어 “교통수단은 정확한 시간에 출발하고 도착하는 정시성이 생명인데, 바람의 영향을 제대로 측정하지 못하면 정시성을 확보할 수 없어 여행자는 불편을 겪을 것”이라며 “UAM에서도 당연히 바람의 영향을 최소화하기 위한 시스템이 필요하다”고 말했다. 소음의 사정은 좀 더 복잡하다. 현행 비행기 소음 기준은 ‘공항에 있는 비행기’에 국한돼 있다. 우리가 흔히 타는 일반 여객기는 높은 고도에서 운항을 하기 때문에 도심 지역이라고 하더라도 이착륙할 때를 제외하곤 소음의 영향권에서 벗어나 있어서다. 하지만 UAM 에어택시는 다르다. 도심 건축물과 근접한 저고도(상공 300~600m)를 비행하는 데다, 버티포트도 기존 빌딩의 옥상이나 복합환승터미널까지 다양한 형태로 논의되고 있다. 에어택시가 일반 여객기보다 도심지 시민들에게 좀 더 직접적인 소음 피해를 입힐 수 있다는 뜻이다. UAM 에어택시에 적용할 별도의 소음 기준이 필요한 이유다. 업계 관계자는 “소음을 측정할 수 있는 시설부터 관련 규정까지 모두 다 새롭게 세팅해야 하는 상황”이라면서 “현재 정부가 외부 용역을 발주하고 이를 토대로 한 항공법 개정 작업을 준비 중인 것으로 알고 있다”고 말했다. 그렇다고 당초 정부가 목표했던 UAM 상용화 시점인 2025년까지 법제가 마련될 가능성은 높지 않다. 업계 전문가는 “제도를 실제로 운용하기 위해선 현행 항공법 행정규칙에 있는 운항 기술 기준처럼 세부적인 형태로 규정을 만들어야 한다”면서 “일반 비행기 관련 규칙을 수십 년 동안 만들어 왔다는 점을 고려하면, UAM 관련 법제화 역시 상당히 오랜 시간이 걸릴 것으로 본다”고 관측했다.

3. 교통신호체계

자동차가 도로를 달리려면 교통 신호시스템이 필요하듯, UAM도 마찬가지다. 에어택시가 누비는 하늘길의 ‘교통 정리’를 위해선 공중의 신호 체계 역할을 하는 관제 시스템을 구축해야 한다. 그런데 이게 여간 복잡한 게 아니다. 우리나라 국토교통부가 고안한 ‘K-UAM 교통체계’를 살펴보면 관제 시스템엔 UAM 기체(에어택시) 조종사, 운항지원정보 제공자, 교통관리서비스 제공자, 공공안전 담당자, 버티포트(정류장) 운영자 등 수많은 이해관계자가 관여한다. 이들은 출발ㆍ도착지, 기상 상태, 항로, 제한 공역, 버티포트 가용성 등 운항에 필요한 여러 데이터를 주고받는다. 이런 커뮤니케이션이 가능하게 하려면 ▲공역 운영 시스템, ▲영공 운영 시스템, ▲기상 예측 시스템, ▲보안 관리 시스템, ▲위치 정보 시스템, ▲비상대응관리 시스템과 같은 IT 인프라를 조성해야 한다. 관건은 이런 인프라를 만들어 낼 기술이 있느냐인데, 우리의 현재 기술력은 신통치 않다. 한국전자기술연구원은 지난해 12월 발표한 보고서 ‘국내 UAM 산업육성을 위한 정책 제언’을 통해 이렇게 분석했다. “우리나라는 버티포트 인프라를 제외한 전 부문에서 최고기술국 대비 기술 수준이 70% 이하다. 특히 UAM 통합 교통관리, 운항 정보 수집ㆍ분석ㆍ공유 시스템과 같은 운영 자동화 및 데이터 활용 관련 기술의 개발이 시급하다.”  보고서에 따르면 UAM 항행(넓은 공간에서 목적지를 찾아 이동하는 것)ㆍ교통관리 분야에서 우리나라의 기술은 최고기술국 대비 62.1% 수준에 머물러 있다. 세부적으로 살펴보면 UAM 통합 교통관리 영역에서 우리나라와 최고기술국의 기술 격차는 3.6년에 달한다. 운송ㆍ운용 시스템, 운항정보 수집분석 및 공유 시스템에서도 최고기술국과 각각 2.4년, 2.5년의 기술 격차가 있다. 단순 계산하면 이 기술들을 성숙시키는 데만 3년은 족히 걸린다. 지금부터 담금질을 시작한다고 해도, 정부가 목표로 내건 상용화 시점을 넘길 수밖에 없다. 

4. UAM 전용 배터리

UAM도 전기차와 마찬가지로 배터리가 동력원이지만, 그동안 컨소시엄에 배터리 업체 이름은 없었다. 전기 배터리가 가진 태생적인 한계 때문이다. 우선 배터리는 다른 동력원보다 무겁다. 수소연료전지가 UAM의 유력한 동력원으로 고려되고 있는데, 수소연료전지를 사용하면 배터리보다 가벼운 수소탱크를 추가하는 식으로 비행거리를 늘릴 수 있다. 따라서 배터리 탑재량을 늘리면 수소연료전지 대비 무게가 더 늘어나 비행거리가 줄어들 수밖에 없다. 업계에 따르면 배터리보다 수소연료전지가 같은 무게당 약 5배 이상의 더 많은 에너지를 낼 수 있는 것으로 나타났다. 화재 리스크도 있다. 배터리 제조업체들은 지난 수년간 화재 이슈에 노출된 상황이다. 전기차, 에너지저장장치(ESS)에서 화재 논란이 일어날 때마다 눈총을 받았다. 제조사의 과실로 판명되지 않았을 때도 있었지만, 배터리 업계는 혹여나 시장이 위축될 것을 우려해 제대로 해명조차 하지 못했던 게 현실이다. 이런 위험성을 안고 특수 목적용 배터리가 어떤 형태로 시장에 나올지 귀추가 주목되고 있다. 현재까지는 경량성이 우수한 리튬황배터리와 안전성으로 이름을 알린 전고체전지가 각광받고 있지만 이 또한 실질적인 한계가 존재한다.

[자료4. UAM 리튬황배터리]

출처 : Small

 

[K-UAM]

UAM의 사업 확장성은 국내 기업들을 설레게 한다. 자동차 기업을 비롯해 IT와 통신, 유통, 건설 등 다방면에서 시너지가 기대되어서다. 현대차그룹은 지난해 UAM 독립 법인 ‘슈퍼널’을 출범했다. 향후 UAM, 무인항공시스템, 항공용 수소연료전지 시스템 개발을 연결해 기술 경쟁력을 강화할 계획이다. 현대차는 도심 운영에 최적화된 완전 전동화 UAM 모델을 2028년에 내놓을 예정이다. KT는 UAM 통신인프라, 데이터 플랫폼 개발, UATM 시스템 개발·실증 협력 등을 추진 중이다. LG유플러스도 드론 솔루션·서비스 전문 기업인 파블로항공과 함께 교통 관리 시스템을 공동 개발하기로 했다. 건설·중공업 기업들은 기체 및 UAM 이착륙장에 관심을 보인다. 현대건설은 UAM 수직 이착륙장인 ‘버티포트’의 구조와 제반시설 설계·시공 기술을 개발하고, 육상교통과 연계된 모빌리티 허브를 연구 중이다. 정유사인 GS칼텍스는 주유소 네트워크를 활용해 버티포트 구축에 나선다. 유통업계도 버티포트와 시너지를 노린다. 롯데는 지상 교통, 관광, 쇼핑 인프라와 항공 교통을 연결하는 밑그림을 그리는 중이다. 인천에서 UAM을 타고 잠실 버티포트에서 내린 승객이 롯데정보통신의 자율주행 셔틀로 환승해 호텔이나 쇼핑몰로 이동하는 식이다. 롯데는 보유한 백화점, 대형마트, 호텔 등의 지상 인프라와 UAM 버티포트의 연계에 주목하고 있다.

[자료5. UAM 모델]

출처 : LG CNS

UAM 시대가 다가오면서 기업 간 합종연횡도 속도를 낸다. SK텔레콤, 한국공항공사, 한화시스템, 한국교통연구원 등은 지난해 1월에 가장 먼저 컨소시엄을 구축했다. 지난해 11월 한국 최초로 UAM 상용화 운용 모델의 실증에 성공하기도 했다. 지난해 11월에는 현대자동차, KT, 대한항공, 인천국제공항공사, 현대건설도 컨소시엄을 구성했고 롯데그룹은 지난해 11월 미국 기업들과 공동으로 컨소시엄을 꾸렸다. 또한 지난 11일에는 LG유플러스, 카카오모빌리티, GS칼텍스, 제주항공, 파블로항공과 영국 버티컬에어로스페이스도 한국형 도심항공교통 그랜드챌린지 실증 사업 참여를 위한 컨소시엄에 뛰어들었다.

 

[UAM의 산업 동향]

UAM 시장은 아직 초기 단계이기 때문에 규모가 크지 않지만, 도심 내 이동에서 지역 간 이동으로 확장되고 물류, 승객 수송 등 산업에서의 활용이 더욱 활성화되면서 지속해서 확장될 것으로 예상된다. MarketsandMarkets의 자료에 따르면, 국내 시장은 2022년 4천만 달러 규모에서 2030년 1억 6천만 달러 규모로 성장할 것으로 전망된다. 지역별로는 미국, 유럽이 큰 비중을 차지하고 있으며, 특히 유럽 시장이 높은 성장세를 보일 것으로 예상된다.

불과 내년 여름 파리올림픽에선 세계 최초로 승객을 태운 UAM 비행이 이뤄질 예정이다. 일드프랑스의 ‘파리올림픽 UAM 실증 비행 프로젝트’는 지난 2020년부터 비행시험을 포함한 다양한 실증·검증을 거치며 진행 중이다. 프로젝트에 따라 2024년 하계 파리 올림픽과 패럴림픽 기간 중 샤를드골국제공항을 거점으로 한 버티포트 5개를 설치한다. 운송 노선 3개와 순환 관광노선 2개를 운용할 예정이다. 파리공항그룹(ADP)는 올림픽 기간 중 2,500명을 대상으로 UAM 탑승 티켓을 판매 계획이다. 아드리안 모랄레스 ADP UAM 팀장은 “파리올림픽에서 UAM 비행을 선보이기 위해 도심에서 실증비행을 여러 차례 진행하며 시민들에게 소음과 안전에 대한 우려를 해소시켰다”며 “파는 장기적인 관점에서 UAM 상용화를 위해 인프라를 구축하고 있다. 내년 올림픽에서 역량을 보여줄 것”이라고 설명했다.

 

[자료6. 파리올림픽 UAM]

출처 : Volocopter

UAM 상용화에 전 세계 잰걸음을 걷고 있는 만큼 자율주행보다 UAM이 먼저 상용화할 수 있다는 관측이 설득력을 얻고 있다. 정부는 2025년 UAM 상용 서비스를 도입하고 2030년부터 본격적으로 상용화한다는 로드맵을 발표하기도 했다. 다만 아직 관련 법과 제도가 제대로 구축되지 않은 점과 항공기술과 기체 개발 등에서 해외 의존도가 높은 부문은 아쉬운 대목이다. 각국 정부는 UAM 관련 정책 및 실증사업을 추진하고 관련 법안과 인증 기준 마련에 힘쓰고 있다. 산업에서는 해외 스타트업이 중심이 되어 기체 개발에 나서고 있으며, 항공기·자동차·IT 분야의 주요 업체들이 기체 개발뿐만 아니라 인프라·시스템 구축 등에도 나서고 있다. 우리나라는 주요국에 비해 기술·제도·인프라 측면에서 다소 늦은 상황으로, 기체 부품·소재 및 추진 기술과 자율비행 등 ICT 기술에 대한 연구개발, 인프라 구축, 관련 제도 마련 등을 통해 다가오는 UAM 시대의 경쟁력을 보다 확보할 필요가 있을 것이다.

[자료6.  K-UAM 현주소]

출처 : 더스쿠프

 

 

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UAM 에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "차세대 배터리, '전고체 배터리'를 소개합니다.", 21기 이현서, 22기 정의희, https://renewableenergyfollowers.org/3906

차세대 배터리, '전고체 배터리'를 소개합니다.

2. "네옴시티, 허황된 미래일까?", 21기 정재혁, 22기 오상은, https://renewableenergyfollowers.org/3923

네옴시티, 허황된 미래일까? 다가올 미래일까?

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참고문헌

[UAM의 등장]

1) 홍아름, "도심항공모빌리티 관련 정책산업 동향 및 이슈", 전자통신동향분석, 제38권, 제4호, 36-46, 2023년 8월.

[UAM은 어떤 모습일까]

1) 박대웅, "2024년 파리올림픽, UAM 경영장 되나", 오피니언뉴스, 2022.05.29, https://www.opinionnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=68038

2) 홍아름, "도심항공모빌리티 관련 정책산업 동향 및 이슈", 전자통신동향분석, 제38권, 제4호, 36-46, 2023년 8월.

[UAM이 풀어야할 난제]

1) 윤정희, "소음, 활주로, 동선…에어택시 주차장 난제들", 더스쿠프, 2023.08.05, https://www.thescoop.co.kr/news/articleView.html?idxno=58530

2) 윤정희, "에어택시 위한 '하늘 위 신호등' 어떻게 만들텐가", 더스쿠프, 2023.08.04, https://www.thescoop.co.kr/news/articleView.html?idxno=58515

[K-UAM]

1) 박대웅, "2024년 파리올림픽, UAM 경영장 되나", 오피니언뉴스, 2022.05.29, https://www.opinionnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=68038

[UAM의 산업 동향]

1) 홍아름, "도심항공모빌리티 관련 정책산업 동향 및 이슈", 전자통신동향분석, 제38권, 제4호, 36-46, 2023년 8월.

2) 이세영, "UAM 부상에 주목받는 전기배터리, 경량화/안정성 과제", 굿모닝 경제, 2023.01.18, http://www.goodkyung.com/news/articleView.html?idxno=198264

3) 이종선, "파리올림픽 세계 최초 UAM 승객 운항..."2028년 드론택시"", 인천투데이, 2023.11.08, https://www.incheontoday.com/news/articleView.html?idxno=236219