UAM(도심형 항공 교통)/PAV(개인용 비행체)

1. UAM/PAV란?

UAM(Urban Air Mobility)

[도심형 항공 교통(체계)]

PAV를 이용한

도심 항공 교통 시스템

PAV(Personal Air Vehicle)

[개인용 비행체]

수직이착륙이 가능한

항공 이동수단

현재 UAM과 PAV라는 개념이 혼용되고 있음. UAM은 이동수단을 넘어 교통시스템을 의미하나, 이동수단 자체로도 사용되고 있음. PAV(개인용 비행체)는 이동수단 자체만을 의미함.

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기존의 비행기는 이착륙을 위해 상당한 공간을 차지하는 활주로가 필요. 보통 대형 여객기의 활주로는 길이 2500m이상, 폭 45m이상의 공간이 필요함. UAM이 '도심형'인 이유는 PAV를 통해 수직으로 이착륙이 가능하기 때문. 그렇기 때문에 복잡한 대도시에서 사용할 수 있는 교통의 혁신수단으로 떠오르고 있음.

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2. PAV의 형태

대표적으로 멀티콥터 타입과 틸트로터 타입이 있음.

구분	멀티콥터	틸트로터
이착륙 필요공간	(v)작음	상대적으로 큼
방향조정	v(쉬움)	상대적으로 어려움
정지비행	v(자유로움)	상대적으로 어려움
속도	다소 느림	v(상대적으로 빠름)
비행거리	​	v
탑승인원	​	v
유지비용	구조 단순, 유지비용 낮음	구조 복잡, 유지비용 높음

2-1. 멀티콥터 Type

기체에 로터(*회전날개)를 2개 이상 부착해 이착륙, 추진, 회전을 하는 방식. 독일 볼로콥터社의 Volocity, 중국 이항社의 216F, 에어버스社의 시티에어버스 등이 있음. 드론과 유사한 형태.

독일 볼로콥터社의 Volocity

중국 이항社의 216F

프랑스 에어버스社의 CityAirbus NextGen

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2-2. 틸트로터 Type

날개 양 끝에 로터를 달고 로터의 회전에 의해서 수직으로 이륙하고, 순항 비행중에는 로터 축을 앞으로 경사지게(틸팅) 하여 속도를 냄. 미국Joby Aviation社의 S4, 영국 Vertical Aerospace社의 VA-X4, 에어버스社의 Vahana 등이 있음.

 

미국 Joby Aviation社의 S4

영국 Vertical Aerospace의 VA-X4

프랑스 에어버스社의 Vahana

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3. UAM 실현을 위한 기술

UAM의 실현을 위해 가장 중요한 점은 안전성인데

분산 전기 추진기술(DEP, Distributed Electric Propulsion)은 이를 위한 필수기술임.

DEP는 각각의 로터가 독립적으로 구동되는 기술로서, 비행 속도/방향 등에 따라 개별로 조작하여 일부 로터에 문제가 발생해도 다른 로터를 통해 운항을 할 수 있어 안전성을 높임. 또한 개별 로터의 작동은 소음 및 전력 감소의 효과가 있음.

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4. UAM의 미래 비전

미래 모빌리티 솔루션의 핵심은 ‘연결성’임. UAM(PAV)을 타고 근처 이착륙장에 내리면, '모빌리티 허브'와 연결되고 허브(버티포트)에서 친환경 자율주행차량으로 환승하여 최종 목적지까지 도착하는 식. 현재의 교통수단이 가까운 지하철역에서 내리면 목적지까지 걸어가는 등 '분절성'을 보이는 것과 반대의 지향점을 갖는 것임. UAM의 시작은 4~5명을 태우고 운영할 수 있는 에어 택시 개념이 가장 가깝다고 보고 있음.

출처 - 현대자동차그룹

 

5. UAM의 성공을 위한 전제조건

• 안전성 - 저고도의 비행을 하는 PAV의 안전성이 담보되지 않는다면 실현이 불가능하므로 가장 중요한 부분.
• 친환경 - 수소 또는 전기를 동력으로 하면서도 무게를 견디며, 운행시간이 보장되는 효율성 높은 배터리가 개발되어야 함.
• 저소음 - 도심에서 사람들의 머리 위를 날아다니는데 소음이 크다면 엄청난 반대에 부딪힐 것임.
• 경제성 - 적정한 가격이 뒷받침되지 않으면 이용자 수 부족으로 접어야 할 것임. 현재 예상 요금은 모범택시 수준이라고 함.
• 접근 용이성 - 접근이 쉬운 곳에 다수의 이착륙장과 버티포트(허브)가 존재해야 효용가치가 있을 것임.
• 지상 및 항공교통의 통합 - 신호등, 차로 등이 없는 하늘길의 특성상 관제의 중요성은 매우 클 것임.
• 승객 중심 - 단지 비행을 한다는 것에 그쳐서는 안되며, 승객이 편안하게 이동할 수 있는 교통수단이어야 함.

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6. UAM 관련 산업

UAM은 항공 기체, 관련 부품 제작 산업은 물론이고 인프라(이착륙장, 허브 등 기반시설), 운항 서비스, 항공정비, 연료전지(수소 및 전기), 이동통신, 자율주행, 정밀 측위, 보안, 인공지능, 물류 등 폭넓은 산업군을 아우르는 기술력의 집합체라고 할 수 있음. 따라서 국내 및 해외의 내로라하는 기업들이 투자 및 개발을 진행중에 있음.

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6-1. 국내기업

통신3사를 낀 3개의 컨소시엄과 롯데 컨소시엄이 있음. 앞서 말한 것처럼 다양한 분야의 첨단 기술력이 필요하기 때문에 분야별로 국내를 대표하는 대기업들이 뛰어들고 있는 상황임. 기체 부분은 우리나라의 기술력이 아직 부족한 측면이 있어 미국과 영국의 회사들과도 컨소시엄을 구성하고 있음.

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현대차 컨소시엄의 경우 국내기업 중 가장 적극적인 행보를 보이고 있는 것으로 보임. 미국 법인을 설립하고, 국내 항공안전 전문기관인 항공안전기술원과 협력하는 등 구체화된 움직임을 보여줌.

현재 PAV 콘셉트 기종 ‘S-A1’은 최고 비행 속력 290㎞/h에 최대 약 100㎞를 날아갈 수 있다고 함. 상용화 초기에는 조종사가 직접 조종하지만, 자동비행기술이 안정화된 이후부터는 자율비행이 가능하도록 개발중임. 2028년 상용화 목표임.

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SK텔레콤은 UAM 상용화를 위해 하늘로도 연결되는 이동통신, 자율주행, 정밀 측위, 보안, 인공지능(AI) 등 기반 기술 개발에도 적극 나서고 있음. 또한 반도체, 배터리 등 SK그룹사의 역량과 조비 에비에이션, 한화시스템, 한국공항공사 등과 초협력 체계를 구축하며 상용화 준비에 만전을 기하고 있음. 이 중 한화시스템은 국내 전자 방위산업 분야의 선두 업체임.

 

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건설·중공업 기업들은 기체 및 UAM 이착륙장에 관심을 보이고 있음. 현대건설은 UAM 수직 이착륙장인 ‘버티포트’의 구조와 제반시설 설계·시공 기술을 개발하고, 육상교통과 연계된 모빌리티 허브를 연구 중임. 정유사인 GS칼텍스는 주유소 네트워크를 활용해 버티포트 구축에 나설 구상임.(아래 그림) 한편 유통업계도 버티포트와의 시너지를 기대하고 있음.

미래형 주유소 - GS칼텍스(2021 CES)

 

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롯데그룹은 지난해 11월 미국 기업들과 공동으로 컨소시엄을 꾸림. 컨소시엄에는 롯데지주, 롯데렌탈, 민트에어, 미국 스카이웍스 에어로노틱스, 모비우스에너지, 롯데건설, 롯데정보통신이 합류해 있음.

미국 스카이웍스 에어로노틱스가 비행체를, 모비우스에너지가 배터리 모듈을 개발함. 민트에어는 비행체를 운영함. 롯데는 지상 교통, 관광, 쇼핑 인프라와 항공 교통을 연결하는 밑그림을 그리는 중임. 인천에서 UAM을 타고 잠실 버티포트에서 내린 승객이 롯데정보통신의 자율주행 셔틀로 환승해 호텔이나 쇼핑몰로 이동하는 식. 롯데가 보유한 백화점, 대형마트, 호텔 등의 지상 인프라는 UAM 버티포트로 활용할 수도 있음. 이 컨소시엄은 비행체를 개발해 2024년 ‘인천공항~잠실 구간’에서 운영할 예정임.

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최근에는 LG유플러스, 카카오모빌리티, GS칼텍스, 제주항공, 파블로항공과 영국 버티컬에어로스페이스도 한국형 도심항공교통(K-UAM) 그랜드챌린지 실증 사업 참여를 위한 컨소시엄에 뛰어듦.

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6-2. 해외기업

미국에서는 공유차 서비스 업체인 우버가 UAM 이슈를 선도하고 있음. 우버는 2016년 일찌감치 UAM 사업을 전담하는 자회사 엘리베이트(Elevate)를 설립하고 2023년 상용화를 목표로 잰걸음 중임. 우버는 기체·금융·건설·통신 등 UAM에 필요한 다양한 업계와 협력관계를 형성하고 있다는 점에서 다른 업체보다 앞서 있다는 평가임.

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글로벌 항공업계에서는 세계 최대 항공기 제작사인 보잉의 행보가 두드러짐. 보잉은 2019년 구글 공동창업자 래리 페이지가 설립한 무인 에어택시 벤처기업 ‘위스크’에 투자함. 보잉은 래리 페이지의 전기항공기 제조사 키티호크와 함께 세운 합작법인을 통해 위스크를 창업. 월스트리트저널 등 외신에 따르면 보잉은 위스크 지분 50% 이상을 보유 중임. 이는 도심에서 자유롭게 운행할 수 있는 전기식 수직이착륙 항공기를 직접 개발하려는 포석임.

보잉은 조종사 없이 무인으로 움직이며 승객 3~4명을 태우고 수직으로 이착륙 가능한 형태 비행체를 개발 중인 것으로 알려짐.

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유럽 항공사 에어버스는 대중교통을 대체할 수단으로 ‘시티 에어버스’라는 기체를 직접 개발 중임. ‘시티 에어버스’는 한꺼번에 여러 명의 승객을 실어 나르는 드론 형태 헬기임. 에어버스는 최근 독일 바바리아주 만힝에서 무게 약 2.3t의 에어택시 ‘시티 에어버스’의 시험 비행을 진행해 눈길을 끔.

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2009년 설립된 조비 에비에이션(Joby Aviation)도 주목받는 회사임. 이 회사는 전기 수직이착륙 비행체를 개발 중으로, 전 세계 UAM 기체 개발사 중 기술력 면에서는 선두 주자로 평가받음. 조비 에비에이션은 이미 2020년 5인승, 시속 322㎞, 항속 거리 241㎞의 에어택시를 공개함.

미 연방항공청(FAA)의 상업 비행용 허가(G-1) 인증을 유일하게 받았고 뉴욕 증시 시가총액이 30억달러(약 3조9000억원)에 달함. 조비에비에이션은 2024년 미국에서 UAM 상용화를 목표로 하고 있음.

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이외 독일 볼로콥터와 중국 이항도 전기 수직이착륙기를 개발 중임. 볼로콥터는 2011년 시제기를 개발한 뒤 2019년 10월 싱가포르에서 도심 유인 비행을 선보여 주목받음. 중국의 이항은 2012년 말 기체 개발에 착수해 2016년 초도 비행에 성공한 뒤 현재까지 유무인 비행 누적 횟수가 1000회를 돌파함.

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제너럴모터스(GM), 독일 다임러와 포르쉐, 일본 도요타 등 완성차업체까지 UAM 개발에 뛰어듦. 특히 완성차 기업들이 UAM 시장에 뛰어든 것은 UAM의 성격이 무엇인지를 분명하게 보여줌. UAM은 사실상 비행기가 아니라 승용차와 같은 개인용 모빌리티인 셈임.

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7. UAM 산업 시장 전망

미국 투자은행 모건스탠리는 2040년까지 글로벌 UAM 시장이 1조5000억 달러(1773조7500억원) 규모로 성장할 것으로 전망함. 이미 전 세계에서 200개 넘는 회사가 기체 개발에 나서고 있는 이유임.

UAM이 현실화되면 출퇴근을 비롯한 도심 내 이동시간과 택배 등 배송시간이 획기적으로 단축돼 도심교통 혁명은 물론 기존 자동차와 항공, 물류와 운송 등 산업 전반에 큰 변화가 일어날 것으로 예상됨.

항공산업과 자동차산업은 물론 도심 교통체계에 완전히 새로운 혁신을 가져올 무한한 잠재력을 가진 분야가 바로 UAM이라고 할 수 있음.

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8. UAM의 도입 필요성

첫째, 도심에서의 교통 혼잡 비용 증가임. 국토교통부가 2020년 6월 발표한 한국형 도심항공교통(K-UAM) 로드맵에 따르면, 우리나라의 수도권 인구 집중도는 2019년 기준 50%임. 전국 대도시 인구 집중도는 2019년 기준 77.4%로, 연간 국내 교통 혼잡 비용 38조5000억원의 82%가 대도시권에서 발생하는 것으로 나타남. 

한국항공우주연구원(KARI)은 UAM 현실화로 서울에서만 연간 429억원, 국내 전체로는 2735억원을 절감할 수 있다고 분석하기도 했음.

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둘째, 모빌리티 산업의 진화임. 자율주행과 AI 기술 등의 기하급수적인 발전으로 자율주행 택시, 수요응답형 버스, 하이퍼루프, 스페이스X 등 다양한 교통수단이 동시다발적으로 출현함. 덕분에 이동수단별로 단절된 기존 교통 체계에서 최근에는 끊기지 않는 서비스를 뜻하는 ‘심리스(Seamless)’ 형태로 진화 중임.

특히 UAM은 분절된 기존 교통 체계를 통합적, 유기적으로 연결시키고 도심 간 이동 시간을 획기적으로 단축할 것으로 기대를 모음.

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국토교통부 로드맵을 보면 변화상에 관한 단서를 얻을 수 있음. 국토부는 도심 권역 30~50㎞의 이동 거리를 UAM 비행 목표로 잡았음. 가령, UAM을 이용할 경우 김포공항에서 잠실까지 약 20분, 잠실에서 여의도는 5분이면 가능함. 승용차로 이동할 경우 최소 1시간 이상 걸리는 거리를 UAM을 기반으로 버스, 철도, PM(Personal Mobility) 등과 연계해 환승 시간을 최소화하는 연계교통(Seamless) 서비스를 구현할 복안임.

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정부는 2025년 상용화, 2030년 본격 상용화라는 로드맵 아래 정책을 추진 중임. 운임은 상용화 초기에는 40㎞(인천공항~여의도) 기준 11만원으로, 현재 모범택시보다 다소 비쌀 것으로 예측되지만 시장이 확대되고 자율비행이 실현되면 2만원 수준으로 일반택시보다 저렴해질 것으로 예상됨. 다만, 도심 자율비행은 기술 개발과 항공 당국의 안전 인증 시간 소요로 2035년 이후 가능할 것이라는 예측임.

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9. UAM 상용화 앞에 놓인 과제

아직 UAM 관련 법이나 제도가 없으며, 기체 개발 등의 항공기술 분야에서 해외 의존도도 높음. 또한 국내는 서울 대부분의 지역이 비행금지구역에 속해 있어 UAM 도입 이전에 이에 대한 해결방안이 필요함.

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반면 우리나라는 정보통신기술(ICT), 배터리 등에서는 강점을 지님. 다만 아직은 전반적으로 국제 경쟁력에서 취약하고 기술 경쟁력이 낮으므로 정부의 투자 지원이 중요함. 다행히 우리나라 정부도 오는 2025년 국내 UAM 상용화를 목표로 2020년 6월 'UAM 팀코리아'를 결성해 민관협력을 주도하며 한국형 도심항공교통 안정화를 추진 중임. 여기에 발맞춰 대한항공이 2020년에 UAM 교통관리 체계 마련을 위해서 인천국제공항공사, 한국항공우주연구원과 협약을 체결하기도 했음.

이렇게 기업들 참여와 협업에 속도가 붙으면서 UAM이 자율주행 자동차보다 먼저 상용화할 수 있다는 관측도 나옴. 정부는 2025년 UAM 상용 서비스를 도입하고, 2030년부터 본격적으로 상용화한다는 로드맵을 만듦.

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10. UAM의 대항마들

어찌됐든 UAM은 하늘을 날아다니는 교통수단이라는 점에서 사람들의 심리적 두려움이 아직 남아있음. 관련하여 정비해야 할 규칙, 규제들도 산적해 있음.

이에 도심 교통 체증의 해결방안으로 대두되는 또 다른 방안이 있음. 바로 일론 머스크의 '보링 컴퍼니'. CES2022에서 라스베이거스 컨벤션 센터들을 지하로 연결하는 LVCC루프를 통해 도보45분 거리를 3분만에 주파하는 경험을 선보임.

출처 - Boring Company

 

 

비록 아직은 운전자가 조종해야 하고 시속 55km에 불과한 수준이지만 발전을 기대해 볼 만함.

 

출처 - Boring Company

 

 

또한 터널을 진공에 가깝게 만들어 음속으로 주파하는 '하이퍼 루프(Hyper Loop)'도 미래가 기대되는 모빌리티 중 하나임.