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UAM, K-UAM

도심항공모빌리티(UAM, Urban Air Mobility)는 출발지와 목적지를 정해두고 계획한 일정에 따라 주기적으로 정해진 항로를 날아다니는 형태의 교통 수단이라고 할 수 있습니다. 5인승 정도 되는 저소음 수직 이착륙 비행체가 고도 300M에서 600M 사이에서 이동하는 모습을 2025년 즈음에는 서울에서 볼 수 있을 것이라는 것이 K-UAM의 목표이기도 합니다.

이미지 출처:The Fascinating History of the Flying Car

K-UAM에 설계자로 참여하게 된 2022년 1월만하더라도 2025년이라고 시점을 언급한 것이 너무 섣부른 판단이 아닐까 하는 걱정이 더 많았습니다. 하지만 이 글을 쓰고 있는 8월 시점으로 본다면 2025년 상용화 목표 달성 가능성이 더 크다는 생각들고 있습니다. 비단 이것은 자만심이라기 보다는 많은 부분에서 불확실성이 해소되고 있기 때문일 것입니다.

UAM은 많은 부분에 있어서 항공 산업에서 사용하고 있는 시스템들을 기준으로 다른 점들을 분석하고 수정할 부분과 새롭게 정의할 부분을 정의하고 있습니다. 기존 시스템을 기준으로 UAM이 나아갈 방향을 정립하는 단계라고 말할 수 있고, 이 기준의 축은 항공 산업, 교통 체계, 정책이라고 보고 있습니다. 이 중 가장 빠른 속도로 진행되는 축은 아무래도 보여줄 수 있는 실체를 만들 수 있는 항공 산업 기반의 축이라고 생각됩니다. 교통 체계로서는 기존에 운용되고 있는 택시, 버스, 철도, 그리고 역시 항공 서비스와 연계에 대해서 고민하다보니 이용자의 입장에서 사용할 수 있는 서비스 모델에 대한 정립이 필요하지만, 새롭게 등장한 교통 수단이기 때문에 획기적인 서비스 모델을 만든다하더라도 검증할 방법이 마땅치 않아 많은 고민을 할 수 밖에 없는 분야라고 할 수 있습니다. 또한 교통 체계의 완성과 성공 여부는 결국 이용자의 호응도에 따르는데 신기술로 무장한 UAM을 거부감 없이 이용할 사용자들이 얼마나 될지 예측하는 것도 사실 어려움이 있습니다. 마지막으로 정책에 대해서는 국가 단위의 의사 결정이 필요한 부분이므로 가장 속도가 느린 축이라고 말할 수 있습니다.

혼잡한 도심 내에서 이동 효율을 획기적으로 높일 수 있다는 기대감에 출발한 UAM은 이러한 세 기준을 어떻게 해석하느냐에 따라 각자의 특성을 가지고 발전을 하게 될 것입니다.

K-UAM

UAM은 체계의정립은, 미국은 FAA(Federal Aviation Administration)를 중심으로 유럽은 EASA(European Union Aviation Safety Agency)를, 그리고 우리나라는 국토교통부와 한국 항공 우주 연구원의 주도로 진행되고 있습니다.

미국의 경우, 넓은 지역과 다양한 민간 사업자를 고려하여 분산 운용 관제를 추구하고 있는 반면, 유럽의 경우는 기존 항공과 유사함을 근거로 중앙 집중식 관제 방식을 정립하고 있다는 것이 큰 차이점이라고 할 수 있습니다. 우리나라의 경우 미국의 선례를 따라서 분산 운용을 우선적으로 검토하고 있으나, 아직까지는 결론이 나지 않아 많은 연구와 실험을 통하여 최종 방안에 대한 권고안을 작성할 예정입니다.

UAM의 운용 방식은, 국가별로 가용한 혹은 계획한 인프라의 상태와 신기술 도입에 대한 적극성, 기술 수준에 따라 다를 수 밖에 없으며, 우리나라의 UAM 체계는 K-UAM이라는 틀안에서 적합한 운용 방법을 찾아 나가고 있는 상황입니다.

K-UAM 인프라

우리나라와 미국, 유럽과 또 다른 상황은 UAM에 적용할 건설, 교통 및 통신 인프라의 차이 입니다. UAM을 운용하기 위해서는 UAM 기체가 있어야함은 물론이지만, 뜨고 내릴 수 있는 공항인 버티포트(Vertiport)가 있어야 합니다. 버티포트는 이착륙장뿐만 아니라 UAM 기체의 배터리 충전 및 정비가 가능해야하며, 승객과 UAM을 연결하는 창구가 됩니다. 즉 도심의 혼잡한 교통 상황을 해결하기 위해서 버티포트는 혼잡한 도심에 위치하는 것이 가장 이용률을 높일 수 있는 방안이라는 아이러니한 결론을 얻게되지만, 충전 및 정비 설비가 동작할 수 있도록 막대한 전력 공급이 가능하고 안전한 이착륙을 보장하기 위해 상공의 공간이 열려 있는 곳이어야 하기 때문에 그 위치 선정이 쉽지 않습니다. 그렇기 때문에 기존의 건설과 교통 인프라를 활용하는 방안이 검토되고 있습니다.

또 다른 큰 차이점을 만드는 부분은 UAM이 데이터 통신을 기반으로 시작하는 최초의 교통 수단이기 때문이라고 할 수 있습니다. 기존의 항공은 VHF 대역의 음성 통신 기반으로 운용이 되고 있고, 초기에는 많은 부분을 기존 항공 산업에서 사용하던 장비들을 활용할수 밖에 없겠지만, UAM 교통 관제, UAM 기체 조종사, 버티포트 등은 상용화 이후, 이전의 방식보다는 유무선 데이터 통신을 통해 주요한 의사 결정을 하는 체계를 완성하는 것을 목표로 하고 있습니다. 특히 UAM이 이용하는 하늘길에서 4G/5G 혹은 앞으로 출현할 6G 통신망의 사용은, UAM에 대한 명령과 제어를 하는 데이터와 일반 승객들이 이용하는 데이터를 같은 통신 인프라를 통해서 사용하게 될 것이라는 점에서 통신 인프라 설계자들의 고민을 깊게 만들고 있습니다. 불행 중 다행인 것은 우리나라의 지상 무선 통신망 인프라는 매우 품질이 좋은 편이며, 지상 인프라를 활용하여 상공망을 구축하는 것을 시작할 수 있어 다른 국가들에 비해 우위에 있다고 볼수 있다는 점입니다.

K-UAM 운용 시나리오

우리나라는 대부분의 공역이 비행허가구역으로 지정되어있기 때문에 UAM이 사용할 수 있는 구간은 정책에 의해서 결정될 수 있습니다. UAM이 비행할 수 있는 구간이 정해졌다고 해서 UAM 사업자가 원하는 시점에 해당 구간을 사용할 수 있는 것은 아니며, 원칙적으로는 하늘길을 합법적으로 사용하기 위해서 ATM(Air Traffic Management)의 관제를 받아야합니다. 하지만 UAM은 기존 항공기에 비해 짧고 빈번하게 운행되는 특성을 갖기 때문에, ATM의 통제하에 있기 보다는 UAM 항로에 대해서는 UAM 교통 관제 시스템이 담당을 하고, ATM와 연계하는 방식으로 진행되고 있습니다.

UAM 기체가 비행할 계획을 사전에 수립하고, 이/착륙 및 비행시에 정해진 프로토콜에 따라 운행하되, 계획에서 벗어난 상황에서 UAM 시스템들이 어떻게 동작해야하는지는 결국 운영 시나리오를 통해서 확립할 수 밖에 없습니다. 또한 이 운용 시나리오가 정교해질 수록 UAM을 구성하는 시스템의 역할과 운영 주체도 판별할 수 있게 됩니다.

즉 하늘길을 안전하게 사용할 수 있는 기반은 K-UAM 인프라가 제공을 하는 것이며, 우리 나라의 하늘길을 사용하기 위한 시스템은 K-UAM 운용 시나리오를 바탕으로 연구하고 있다고 말할 수 있습니다.

현재까지 구성한 K-UAM 시나리오에서는, UAM이 이동하는 경로는 UAM 교통 관제 시스템이 관제를 하는 것이 원칙이지만, 버티포트는 UAM 기체와 승객의 접점이 되는 공간으로 특별히 주의 깊게 관리해야하는 지역으로 버티포트 주변 영역의 관제와 UAM 운항 경로에 대한 관제를 구분하여 설정하고 있습니다.

도심항공교통 가상 통합 운용 및 검증 기술

운용 시나리오를 검증하는 가장 좋은 방법은 시나리오를 실제로 수행해보는 것입니다. 도심항공교통 가상 통합 운용 및 검증 기술 과제는 270억 규모로 약 40여개의 민간 기관이 2022년부터 2025년까지 K-UAM을 운용할 가상의 환경을 구축하는 사업으로, 상황별 시나리오를 모의 시스템 내에서 수행하여 해당 시나리오의 유효성을 검증하는 것 뿐 아니라, K-UAM을 효율적으로 운용하기 위한 최소 요구 조건을 수립하는 것을 목표로 진행하고 있습니다.

K-UAM의 체계를 정립하고 검증하기 위해 수행하고 있는 이 과제는 5개의 세부 분야로 나뉘어져있습니다. 가상의 버티포트를 구성하고, 모의 조종석을 통해 기체를 제어할 수 있는 시스템과, 버티포트와 기체 그리고 전체적인 상황을 통제하는 교통 관제 시스템, 교통 관제의 의사 결정을 위한 정보를 제공하는 운항 정보 제공 시스템을 구성중에 있고, 최종 시스템은 가상 통합 운용 센터로 통합하여 과제를 진행하면서, 그리고 종료 후에도 5년간 운용하면서 K-UAM운용 시나리오를 점검하고 검증하는데 사용될 예정입니다.

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관련 세미나 정보

UAM의 미래상과 기술 개발 전략

• 일시 2022년 08월 16일 (화)
• 시간 16:00 ~ 18:00
• 장소 SKT타워 4층 SUPEX홀