▲ UAM 용어 [출처=IRS Global 2021]
5월14일 국토교통부는 도심항공교통(UAM의) 상용화 시기에 대비해 총 1007억 원을 투입해 ‘한국형 도심항공교통(K-UAM) 안전운용체계 핵심기술 개발’ 사업을 착수한다고 밝혔다. K-UAM은 항행/교통관리기술, 이착륙시설인 버티포트(Vertiport) 운용/지원기술, 안전인증기술의 3가지 핵심 전략기술로 구성된다.

도심항공교통(UAM)은 '도심 내 활용이 가능한 친환경 전기동력 수직이착륙체(eVTOL)와 버티포트를 이용해 도심에서 사람이나 화물을 안전하고 편리하게 운송하는 항공교통체계'로서 이착륙을 위한 긴 활주로가 필요 없다. 회전익 항공기인 헬리콥터와 마찬가지로 수직이착륙을 위한 최소한의 공간만 있으면 운용이 가능하다.

글로벌 투자기관 모건스탠리(morganstanley)에 따르면 글로벌 UAM 산업은 2040년까지 약 US$ 1조5000억 달러 규모로 성장할 것으로 전망된다. 국내에서는 한화시스템, 현대 자동차, 한화에어로스페이스, 대한항공, 한국항공우주연구원 등이 UAM 개발에 참여하고 있고 해외 기업으로는 에어버스(Airbus), 볼로콥터(Volocopter), 보잉(Boeing), 조비 에이비에이션(Joby Aviation) 등이 선두 그룹에 포함돼 있다.

◇ 기체 개발도 더디지만 항행 및 교통 관리에 대한 합의도 미진

UAM을 운영하는 시스템은 UAM 이용 승객의 안전성과 편의성을 충족시키면서 미래의 다양한 통합 시나리오에 따라 기체/부품 부문, 항행/교통관리 부문, 인프라 부문, 서비스 부문, 핵심 기술 부문으로 구성된다.

기체/부품 부문은 UAM용 비행체에 적합한 최적설계 기술과 경제성이 적용되도록 고신뢰성 및 경량화 기술이 적용된 비행체 설계/제작 기술, 안전하고 원활한 도심 운용을 위한 동력추진 시스템, 위험상황에 대한 안전성 확보를 위한 시스템 및 UAM, 비행체 비행성능 평과 및 감항 체계 구축을 포함하는 인증/시험평가 기술을 포함한다.

항행/교통 관리 부문은 UAM 비행체들이 도심 내에서 충돌 위험이나 혼잡함 없이 안전하게 운항할 수 있도록 하는 교통 흐름 관리체계와 CNS 기술이다. 우발상황 대응이 가능한 공역 운용 체계 및 교통 흐름관리 체계의 구현과 운영에 관련돼 있다.

인프라 부문은 UAM 서비스 구현을 위해 필요한 물리적인 인프라를 의미하며 크게 버티포트(Vertiport) 구축 및 운용 시스템,  버티포트 보조설비 시스템 및 스마트시티 특화도시의 3가지를 포함한다. 스마트시티는 UAM 관련 인프라가 구비되어 UAM 운용에 최적화된 환경을 제공한다.

서비스 부문은 UAM 서비스 구현을 위한 운송/운용시스템, 안전한 운항을 위한 운항정보 수집 분석 및 공유 시스템, UAM 종사자 자격제도와 운송사업자 인허가 법/제도와 체계를 위한 운영자격 체계를 의미한다.

핵심 기술 부문은 UAM 운용의 안전성과 쾌적함을 확보하는 핵심기술로서, 조종 단순화 기술과 완전 자율비행이 가능하도록 하는 자율비행 기술, 기체 발생 소음 저감기술, 승객이 안락함을 느낄 수 있도록 하는 진동 저감 기술이 해당된다.

5가지 구성을 모두 가상으로 적용한 UAM용 고신뢰 비행시뮬레이션에서는 UAM 비행안전을 위해 이륙-천이, 천이-착륙 모드 상황에서 비행시뮬레이션 및 검증한다. 외부 교란 및 비정상 상황(로터 및 추진시스템불량)에서의 비행체 운동 시뮬레이션을 위한 기체 제어 복구도 포함한다.

◇ 미국 조비 에비에이션 & 독일 볼로콥터가 선두 그룹 형성

한화시스템은 미국 오버에어(Over Air)와 함께 실물 크기의 UAM 무인 시제기인 버터플라이(Butterfly)를 제작하였다. 2024년 국토부 주관 ‘한국형 UAM 챌린지(K-UAM GC)’에 참가했으며 미국 연방항공청(FAA) 인증을 위한 실증비행에 돌입할 계획이다.

현대자동차는 2021년 대한항공, 인천국제공항공사, KT, 현대건설과 함께 ‘K-UAM 원팀’ 컨소시엄을 구성하였다. 2024년 K-UAM GC 1단계에 참가해 기체와 운항, 교통관리, 버티포트에 대한 공동 검증을 수행했다. 국내는 대기업이 기체개발부터 버티포트 건설까지 일련의 인프라 구축이 가능하도록 컨소시엄을 구상하는 편이다.

미국 조비 에비에이션(Joby Aviation)은 2023년 4월 미국 국방부(DoD)와 최소 9대의 항공기를 포함해 US$ 1억3100만 달러 규모의 계약을 체결했다. 2024년 5월2일 UAM 프로토타입 항공기의 테스트를 완료했다고 발표했다. 이후 상업적 생산을 위해 eVTOL 프로토타입을 통한 항공 인증을 받을 계획이다.

세계 최대 항공사인 보잉(Boeing)은 UAM 분야에 늦게 합류하였으나 이를 만회하기 위해 2023년 5월 UAM 스타트업 기업인 위스크에어로(Wisk Aero)를 자회사로 편입했다. 위스크에어로는 양쪽 날개에 프로펠러와 모터가 12개씩 달린 자율비행이 가능한 6세대 UAM 기체를 개발했다. 15분 충전만으로 최대 90마일(약 144㎞)을 비행할 수 있다. 보잉은 처음부터 조종사가 필요없는 자율비행 서비스를 내놔 시장 판도를 뒤흔들겠다는 전략이다.

독일 볼로콥터(Volocopter)는 볼로콥터는 설립 첫 해인 2011년 10월21일 ‘VC1’이라는 이름의 멀티콥터로 세계 최초 유인비행에 성공했다. 볼로콥터는 2인승 여객용 UAM인 ‘볼로시티(VoloCity)’, 도시와 교외 간 이동을 위한 ‘볼로커넥트(VoloConnect)’, 화물운송을 위한 ‘볼로드론(VoloDrone)’ 등 3가지 eVTOL 항공기 개발을 진행 중이다.

일본 UAM 비행체 개발 스타트업인 스카이드라이브(Skydrive)는 유인 비행 공개시험에 성공한 후 양산에 필요한 형식 인증을 일본 최초로 신청했다. 국토교통성으로부터 항공법 인증을 획득한 후 2025년 오사카 엑스포 박람회에서 에어 택시 서비스를 선보일 계획이다.

중국 이항(E-hang)은 2023년 10월 자율주행 2인승 드론인 EH216-s에 감항(안전한 비행을 하기 위한 신뢰성) 인증을 중국 항공당국으로부터 부여받았다. 이항은 지난 2년 동안 중국 18개 도시에서 9300회 이상 저고도 비행을 테스트했다. 머지 않은 장래에 선전 등에서 드론택시 서비스를 제공할 것으로 전망된다.

▲ UAM 운용개념 [출처=건국대학교-대한항공 도심 항공 모빌리티 운용개념서 1.0]
◇ 배터리 역폭주나 비상상황 대처 방안 미진해 상용화 시기 불투명

UAM은 기존에 존재하지 않았던 신기술을 적용하는 관계로 법제도 정비에 시간이 필요하고 시행착오도 예상된다. 법제도 정비 중 가장 중요한 것은 UAM 항공기 감항성 인증(airworthines certification)을 심사하기 위한 감항표준과 이에 대한 설계승인을 증명하는 형식증명(Type Certificate)이다.

전통적인 항공기 특성을 벗어나는 UAM에 대한  감항인증 및 형식증명을 정하는 데에는 많은 시간이 걸릴 수밖에 없다. 유럽연합항공안전청(EASA)은 2019년 특수기술기준(Special Condition)으로 소형류 수직이착륙(VTOL) 항공기의 인전표준을 별도로 제정했다. 적합성인증방법(Moc)도 부속문서로 제정해 나가고 있으므로 추후 정식 규정(regulation)으로 승격될 가능성이 높다다.

UAM 항공기가 아직 완전하지 않은 임시방편적인 특수기술 기준을 발급받았다고 하더라도 전통적인 항공기의 기존 규정에 따른 형식증명과 동등하게 안전하다고 주장하기는 어렵다. 각국 감항당국의 특수기술 기준이 완벽하지 않은 임시방편적인 단계에 있기 때문이다.

UAM이 이착륙할 버티포트(Vertiport)는 공항처럼 공항운영증명서(Airport Operating Certificate)에 준하는 인허가가 필요하다. 조종사, 교관, 운항관리사, 정비사, 관제사 등과 같은 항공자격자들을 교육/훈련해 항공자격증명을 부여해줄 항공전문기관(Air Agency)도 적합한 증명을 획득해야 한다.

우리나라 국토교통부는 법으로 UAM 항공기 조종사의 자격증으로 기존의 헬기 조종사 자격증을 대체 가능한 것으로 정했다. 하지만 기존 헬기와는 전혀 다른 동적 및 운영 특성을 갖는 UAM 조종사 자격증을 헬기 조종사 자격증으로 대체하는 것은 바람직하지 않다.

도로 위에서 운행되는 자율주행자동차도 안전사고가 끊이지 않고 일어나는 상황에서 국민의 안전을 도외시한 섣부른 결정이라고 봐야 한다. 기존 헬기 조종사의 역량이 UAM을 운영하는 데에 얼마나 적용될 수 있는지에 대해 심층적으로 연구한 자료도 부족하다.

UAM은 추진체의 회전 구동으로 축대칭이 되도록 구성해야 하지만 추진장치 고장 발생 시에 축대칭을 유지하기 어렵다. 또한 전기모터의 내재적인 단점 및 배터리의 열폭주 현상에 대한 대비책도 전혀 제시되지 않은 상태다. 배터리 열폭주 현상으로 발생한 화재는 전기자동차에서 이미 다수 발생해 UAM 항공기에도 예외가 될 수 없다.

하지만 당초 2025년 상용화를 목표로 했던 국토교통부가 UAM의 안정성을 확보에 핵심적인 기술을 2024년이 되어서야 개발한다고 발표한 점은 이해하기 어렵다. UAM 운항 시에 동반되는 도시공간적 특성이 반영된 다양한 위험성에 따른 비상 시나리오도 아직 제대로 구축되지 않았다. 2025년 상용화를 실현될 가능성이 낮다고 판단하는 이유다.

국토교통부는 비록 초기 단계라고는 하지만 2025년 상용화는 국민의 안전을 생각하기 보다는 미리 계획된 스케줄에 따른 실적압박의 발로라고 봐야 한다. 미국 항공우주국(NASA)은 낙관적으로 전망해도 2030년대 중반 이후에야 UAM이 상용화될 것이라고 보고 있다. 국민의 안전을 완벽하게 보장할 수 있는 대안을 충분히 확보한 후 상용화를 추진하는 것이 바람직하다.