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도심항공교통

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목차

1. 개요

도심항공교통(UAM)은 도시 교통 문제를 해결하기 위해 개발되는 기술로, 유인 및 무인 항공기를 활용하여 도심 내 이동 효율성을 높이는 것을 목표로 한다. 헬리콥터와 에어 택시 서비스가 UAM의 초기 형태였으며, 최근에는 수직 이착륙(VTOL) 및 전기 수직 이착륙(eVTOL) 항공기가 개발되고 있다. UAM은 항공기, 인프라, 규제, 인증, 응용 분야, 대중 수용, 훈련 및 교육, 시장 전망 등 다양한 측면에서 발전하고 있으며, 2030년까지 세계 시장 규모가 크게 성장할 것으로 예상된다.

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도심항공교통
개요
정의도시 지역 내에서 사람과 화물의 이동성을 혁신하는 것을 목표로 하는 항공 운송 시스템
목표교통 체증 완화
이동 시간 단축
접근성 향상
특징전기 수직 이착륙기 (eVTOL)와 같은 혁신적인 항공 기술 활용
기존 항공 교통 시스템과의 통합
안전하고 효율적인 운항을 위한 새로운 교통 관리 시스템 필요
관련 용어
AAM (Advanced Air Mobility)더 넓은 범위의 항공 운송 개념을 포괄하며, 도시 지역 외의 장거리 운송도 포함
eVTOL (Electric Vertical Take-Off and Landing)전기 동력을 사용하여 수직으로 이착륙할 수 있는 항공기
VertiporteVTOL 항공기가 이착륙하고 승객을 탑승시키기 위해 특별히 설계된 공항 또는 이착륙장
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기술 및 인프라
항공기eVTOL 항공기
헬리콥터
인프라버티포트 (Vertiport)
충전 시설
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환경 영향탄소 배출량 감소 및 친환경적인 운항 방식 모색
사회적 수용성지역 사회와의 소통 및 공감대 형성
경제성합리적인 가격으로 서비스 제공
과제 및 전망
과제기술 개발 및 상용화
인프라 구축
규제 및 표준 마련
사회적 수용성 확보
전망도시 교통 체계의 혁신
새로운 비즈니스 기회 창출
지역 경제 활성화
참고자료
FAA (미국 연방 항공청)Urban Air Mobility and Advanced Air Mobility
eu-smartcities.euUrban Air Mobility (UAM)
IEEE Transactions on Intelligent Transportation SystemsUrban Air Mobility: History, Ecosystem, Market Potential, and Challenges
asd-europe.orgPositioning Helicopters in the Urban Air Mobility Ecosystem
Aviation International NewsEco Helicopters Launching Urban Air Mobility Operations
Massachusetts Institute of TechnologySystems analysis of urban air mobility operational scaling
NASA Technical Reports ServerUAM Vision Concept of Operations (ConOps) UAM Maturity Level (UML) 4
Drone Industry InsightsThe Vision of Advanced Air Mobility (AAM) Droneii.com 2023

2. 역사

도심항공교통(UAM)은 도심 교통 혼잡으로 인한 이동 효율성 저하, 물류 운송비용 증가 등 사회적 비용 급증 문제를 해결하기 위해 등장했다. 에어 모빌리티는 유인형과 무인형 모두 개발이 진행되고 있다.

함부르크에서는 2017년 5월부터 2018년 1월까지 WiNDroVe 프로젝트(도시권에서의 드론 사용)가 실시되었다.[95] 2018년 6월에는 잉골슈타트에서 아우디, 에어버스 등 여러 파트너가 참여하는 어반 에어 모빌리티 프로젝트가 시작되었다.

마스트리흐트, 아헨, 하셀트, 헤를렌, 리에주를 포함한 유럽 각국 도시들은 스마트 시티 및 커뮤니티에 관한 유럽 혁신 파트너십(EIP-SCC)의 UAM 이니셔티브에 참가했다.[96] 툴루즈는 유럽 UAM 이니셔티브에 참여하고 있으며, 이 프로젝트는 에어버스, 유로컨트롤, EASA이 조정 역할을 맡고 있다.

2. 1. 초기 역사(Pre-history)

도심의 혼잡한 교통 정체로 인한 이동 효율성 저하, 물류 운송비용 등 사회적 비용 급증 등을 해결하기 위해 도심 항공 교통(UAM)이 등장했다. UAM 항공기의 초기 전신 개발은 1900년대 초, 1917년에 개발된 글렌 커티스의 오토플레인과 같은 "플라잉 카"의 초기 개념으로 시작되었다.[10] 3년 후, 헨리 포드는 1인승 항공기인 "플레인 카"의 프로토타입 제작을 시작했지만, 초기 테스트에서 치명적인 사고가 발생한 후 개발을 중단했다.

최초의 수직 이착륙(VTOL) 항공기 중 하나는 1924년 베를리너 No. 5였다.[11] 이 기체는 1분 35초 동안 비행하는 동안 4.57m의 높이에 도달했을 때 최고의 성능을 기록했다.[12]

피트케언, 시에르바, 부흘 및 기타 제조업체에서 오토자이로 프로토타입을 개발했다.[13]

Avrocar는 군사용으로 설계된 원반형 항공기였다. 처음에는 캐나다 정부의 자금 지원을 받았지만, 1958년 미국 육군과 공군이 Avrocar 개발을 인수할 때까지 비용 문제로 프로젝트가 중단되었다. Avrocar는 추력과 안정성 모두에서 문제를 겪었고, 결국 1961년에 프로젝트가 취소되었다.[14]

에어 모빌리티는 유인형과 무인형 모두 개발이 진행되고 있다. 함부르크에서는 2017년 5월부터 2018년 1월까지 WiNDroVe project(도시권에서의 드론 사용)가 실시되었다.[95] 2018년 6월에는 잉골슈타트에서 아우디, 에어버스, 카리스마 연구 센터, Fraunhofer Application Center for Mobility, THI 응용과학대학교 등과 다른 파트너가 참여하는 어반 에어 모빌리티 프로젝트가 시작되었다.

유럽 각국의 각 도시, 마스트리흐트, 아헨, 하셀트, 헤를렌, 리에주는 스마트 시티와 그 커뮤니티에 관한 유럽 혁신 파트너십(EIP-SCC)의 UAM 이니셔티브에 참가했다.[96] 프랑스의 툴루즈는 유럽의 UAM 이니셔티브에 참여하고 있다. 이 프로젝트는 항공 대기업인 에어버스, 유럽의 파트너 기관인 유로컨트롤, EASA가 조정 역할을 맡고 있다.

2. 2. 헬리콥터와 에어 택시 서비스

1950년대 초부터 항공 운영업체들은 뉴욕, 로스앤젤레스, 샌프란시스코를 포함한 소수의 미국 도시에서 헬리콥터를 이용한 UAM 에어 택시 서비스를 제공했다. 1964년, 뉴욕 항공(NYA)과 범아메리카 항공(Pan American)은 존 F. 케네디 국제공항과 뉴어크 리버티 국제공항 사이에 월 스트리트와 같은 맨해튼을 경유하는 30편 이상의 항공편을 제공했다. 편도 요금의 평균 비용은 4USD~11USD였다.[15]

1964년부터 1968년까지 PanAm은 맨해튼 미드타운과 존 F. 케네디 국제공항 간의 정기적인 헬리콥터 연결편을 제공하여 승객들이 뉴욕시 범아메리카 빌딩에서 항공편으로 바로 연결할 수 있도록 했다. 이 서비스는 1977년 옥상에서 4명, 지상에서 1명이 사망하는 사고가 발생한 후 1979년에 중단되었다.[16] 1980년대에는 트럼프 셔틀이 시코르스키 S-61 헬리콥터를 이용하여 월 스트리트와 라과디아 공항 간 헬리콥터 서비스를 제공했다.[17] 이 서비스는 트럼프 셔틀이 US 에어웨이에 인수된 후 1990년대에 중단되었다.[18] 1986년, 헬리젯은 브리티시컬럼비아의 밴쿠버와 빅토리아 사이의 노선을 갖춘 헬리콥터 항공사로 시작했다.[19]

2014년 뉴욕시에서 시작된 BLADE는 헬리콥터 기반 에어 택시 서비스를 제공한다. BLADE는 이후 샌프란시스코 베이 지역과 뭄바이에서도 유사한 서비스를 시작했다.[10] 2017년 항공기 제조업체 에어버스의 자회사인 Voom은 에어버스 헬리콥터를 사용하여 상파울루에서 15,000명 이상의 승객을 수송했다. Voom UAM 시범 프로그램은 4년 동안 운영되었으며 2020년 3월에 종료되었다.[15] 2019년, 우버는 뉴욕 맨해튼 남부에서 존 F. 케네디 국제공항까지 우버 콥터 서비스를 제공하기 시작했다.[20]

일부 도시에서는 교통 체증을 줄이고 물품을 운송하는 방법으로 저렴한 단거리 항공 여행의 아이디어를 장려해 왔다.[10] 브라질의 상파울루와 멕시코의 멕시코시티에서는 이미 헬리콥터를 이용한 에어 택시를 이용할 수 있다.[97] 공중 이동은 여전히 비용이 높고, 소음과 에너지 소비가 크다는 문제가 있다.[98]

2. 3. VTOL 및 eVTOL의 등장

도심의 혼잡한 교통 정체로 인한 이동 효율성 저하, 물류 운송비용 증가 등 사회적 비용이 급증하면서 이를 해결하기 위한 방법으로 도심항공교통(UAM)이 등장했다. 2000년대 중반까지 항공기 설계자들은 소형 드론에서 개척된 기술들을 승객 수송을 위한 새로운 항공기 설계에 통합하기 시작했다.[21][22] 이러한 기술에는 분산 추진(여러 개의 로터 또는 팬 사용), 리튬 이온 배터리, 저렴한 가속도계, 소형화된 항법 시스템 및 탄소 섬유 구조가 포함되었다.

2010년, 구글 공동 창업자 래리 페이지가 자금을 지원한 키티 호크는 키티 호크 플라이어 개발을 시작했다.[21][23] 2011년 10월 5일, 오프너의 창립자인 마커스 렝이 고정익 전동식 수직 이착륙(VTOL) 항공기의 첫 유인 비행을 조종했다.[24] 2011년 10월 21일, 볼로콥터의 공동 창업자이자 수석 디자이너인 토마스 젠켈이 전동식 멀티콥터인 볼로콥터 VC1 프로토타입의 첫 유인 비행을 했다. 2012년, 조비 에비에이션과 NASA는 실험용 eVTOL을 프로토타입으로 제작하기 위해 파트너십을 맺었다. 2014년에는 NASA 랭글리 연구 센터와 NASA 암스트롱 비행 연구 센터가 엠피리컬 시스템스 에어로스페이스(ESAero) 및 조비 에비에이션과 협력하여 The Leading Edge Asynchronous Propeller Technology (LEAPTech) 프로젝트가 시작되었다.[25][26]

2019년, 록히드 마틴은 로스앤젤레스 시내에서 선택적으로 조종되는 헬리콥터인 S-76B 시코르스키 자율 연구 항공기(SARA)를 공개했다.[27] 2018년, 위스크 코라 eVTOL 시험 비행이 캘리포니아주 마운틴 뷰에서 이루어졌다. 같은 해, 오프너는 9년간의 개발 끝에 개인용 항공기인 블랙플라이를 비행시켰다.[24] 조비 에비에이션은 2021년 3월에 틸트 로터 UAM 항공기를 시험 비행했다.[28] 2021년 6월, 이항은 중국 혼슈에서 AAV EHang216의 첫 번째 무인 시험 비행을 완료했다.[29] 같은 달, 볼로콥터는 프랑스에서 전동 에어 택시의 첫 번째 공개 비행을 시연했고, eVTOL인 볼로콥터 2X의 원격 제어 비행을 선보였다.[22] 2021년 7월, 조비는 1시간 17분 동안 총 11번 14마일 원을 그리며 비행하여 단일 배터리 충전으로 150마일 비행을 완료한 eVTOL 비행을 완료했다.[30]

항공 이동성은 유인 및 UAV 방향으로 모두 발전하고 있다. 독일 함부르크에서는 2017년 5월부터 2018년 1월까지 WiNDroVe 프로젝트(대도시 지역에서 드론 사용)가 시행되었다.[31] 독일 잉골슈타트에서는 2018년 6월에 아우디, 에어버스, 카리스마 연구 센터, 프라운호퍼 이동성 응용 센터, 잉골슈타트 응용 과학 대학교(인공 지능 연구 네트워크의 THI) 및 기타 파트너가 참여하는 도시 항공 이동성 프로젝트가 시작되었다.

독일, 네덜란드 및 벨기에 도시인 마스트리흐트, 아헨, 하셀트, 헤를렌 및 리에주는 스마트 시티 및 커뮤니티에 대한 유럽 혁신 파트너십(EIP-SCC)의 UAM 이니셔티브에 참여했다.[32] 프랑스 툴루즈는 유럽 도시 항공 이동성 이니셔티브에 참여하고 있다. 이 프로젝트는 에어버스, 유럽 기관 파트너인 유로컨트롤 및 EASA (유럽 항공 안전청)가 조정한다.[33]

2. 4. 국제 협력 및 구현

1950년대 초, 항공 운영업체들은 뉴욕, 로스앤젤레스, 샌프란시스코 등 미국의 일부 도시에서 헬리콥터를 이용한 UAM 에어 택시 서비스를 제공했다. 1964년, 뉴욕 항공(NYA)과 범아메리카 항공(Pan American)은 존 F. 케네디 국제공항과 뉴어크 리버티 국제공항 사이 맨해튼 (월 스트리트 경유)을 잇는 30편 이상의 항공편을 제공했으며, 편도 요금은 평균 4~11달러였다.[15]

1964년부터 1968년까지 PanAm은 맨해튼 미드타운과 존 F. 케네디 국제공항 간의 정기 헬리콥터 연결편을 제공했다. 이 서비스는 1977년 옥상에서 4명, 지상에서 1명이 사망하는 사고가 발생한 후 1979년에 중단되었다.[16] 1980년대 트럼프 셔틀은 시코르스키 S-61 헬리콥터를 이용하여 월 스트리트와 라과디아 공항 간 헬리콥터 서비스를 제공했으나, 트럼프 셔틀이 US 에어웨이에 인수된 후 1990년대에 중단되었다.[17][18] 1986년, 헬리젯은 브리티시컬럼비아의 밴쿠버와 빅토리아 사이의 노선을 갖춘 헬리콥터 항공사로 시작했다.[19]

2014년 뉴욕시에서 시작된 BLADE는 헬리콥터 기반 에어 택시 서비스를 제공하며, 이후 샌프란시스코 베이 지역과 뭄바이에서도 유사한 서비스를 시작했다.[10] 2017년 에어버스의 자회사인 Voom은 에어버스 헬리콥터를 사용하여 상파울루에서 15,000명 이상의 승객을 수송했다. Voom UAM 시범 프로그램은 4년 동안 운영되었으며 2020년 3월에 종료되었다.[15] 2019년, 우버는 뉴욕 맨해튼 남부에서 존 F. 케네디 국제공항까지 우버 콥터 서비스를 제공하기 시작했다.[20]

2018년 6월, 독일 잉골슈타트에서는 아우디, 에어버스, 카리스마 연구 센터, 프라운호퍼 이동성 응용 센터, 잉골슈타트 응용 과학 대학교(인공 지능 연구 네트워크의 THI) 및 기타 파트너가 참여하는 도시 항공 이동성 프로젝트가 시작되었다. 이 프로젝트는 응급 서비스, 혈액 및 장기 운송, 교통 모니터링, 공공 안전 및 여객 운송에 UAM을 사용하는 것을 구상했다.

독일, 네덜란드 및 벨기에 도시인 마스트리흐트, 아헨, 하셀트, 헤를렌 및 리에주는 스마트 시티 및 커뮤니티에 대한 유럽 혁신 파트너십(EIP-SCC)의 UAM 이니셔티브에 참여했다.[32] 프랑스 툴루즈는 유럽 도시 항공 이동성 이니셔티브에 참여하고 있으며, 이 프로젝트는 에어버스, 유럽 기관 파트너인 유로컨트롤 및 EASA가 조정한다.[33]

Voom UAM 시범 프로그램은 4년 동안 운영되었으며, 2020년 3월에 종료되었다.[36]

영국 정부가 후원하는 헬리패드+ 스타트업 연구 개발 회사인 어반-에어 포트(Urban-Air Port)는 현대와 협력하여 eVTOL, PAV 및 드론을 갖춘 코번트리에 시제품을 설치했다.[37]

3. 항공기

개인 항공기 (PAV)는 도심 항공 교통을 위해 개발되고 있으며, 시티에어버스, 릴리움 제트, 볼로콥터, 이항 216, 보잉 여객기 등이 대표적이다.[38][39]

VTOL 기능을 갖춘 도심 항공 교통 항공기는 활주로 없이 비교적 작은 공간에서 수직 이착륙이 가능하다.[40] 대부분 전기로 구동되며, 여러 개의 로터를 사용하여 소음을 줄이고 시스템 안정성을 높인다. 이미 첫 비행을 완료한 기체도 많다.

도심 항공 교통 항공기의 일반적인 형태는 멀티콥터 (예: 볼로콥터)와 틸트윙 컨버티플레인 (예: A³ 바하나)이다. 멀티콥터는 수직축 로터만 사용하고, 틸트윙은 수평 비행을 위한 프로펠러와 날개를 추가로 갖춘다.[41][42][43]

3. 1. 주요 기체

기종설명
단거리 이착륙기 (STOL)이착륙 모두 짧은 활주로가 필요하다.
소형 무인 항공기 (SUA)총 중량(화물 포함)이 약 24.95kg 미만인 무인 항공기이다.
무인 항공기 (UAV)일반적으로 "드론"이라고 하며 원격 또는 자율적으로 조종할 수 있다. 대부분 화물 운송에 사용되지만, 더 큰 UAV는 기체 작동에 개입할 수 없는 승객을 운송할 수 있다.
무인 항공기 (UA)조종사나 승객 모두 기체의 작동에 인간의 개입 가능성이 없는 항공기를 의미한다.
VTOL수직으로 이착륙할 수 있을 뿐만 아니라 공중 정지할 수도 있다. eVTOL은 전기로 구동되는 VTOL 항공기이다.



개인 항공기 (PAV)는 도심 항공 교통을 위해 개발 중에 있다. 여기에는 시티에어버스, 릴리움 제트, 볼로콥터, 이항 216, A³ 바하나, 보잉 PAV 등의 프로젝트가 포함된다.[38][39][99][100]

개념 단계에서 VTOL 기능을 갖춘 도심 항공 교통 항공기는 활주로가 필요하지 않도록 비교적 작은 지역에서 수직으로 이착륙하도록 배치된다.[40][101] 설계의 대부분은 전기이며 소음(회전 속도 때문)을 최소화하면서 높은 시스템 중복성을 제공하기 위해 여러 개의 로터를 사용한다. 그들 중 다수가 첫 비행을 완료했다.

도심 항공 교통 항공기의 가장 일반적인 구성은 멀티콥터 (예: 볼로콥터) 또는 소위 틸트윙 항공기(예: A³ 바하나)이다.[41][42][43]

3. 2. 동력원

1MW 터보발전기


도심 항공 교통(UAM) 항공기가 가장 효율적으로 운용되기 위해서는 배터리 교체, 급속 충전, 수소 연료 보급 등 충전 및 연료 보급이 최대한 신속하게 이루어져야 한다.[44]

화석 연료는 쉽게 구할 수 있으며, 높은 출력 밀도(연료 1kg당 생산되는 전력량)를 제공한다. 하지만 기존의 피스톤 또는 터빈 엔진은 매연과 소음을 발생시킨다. 동력을 분배하는 데 필요한 무거운 기계적 연결 장치는 항공기에 장착할 수 있는 로터의 수와 구성을 제한한다.

합성 연료는 기존의 급유 기반 시설을 활용하면서 거의 이산화 탄소(CO2)-중립적인 에너지를 생산할 잠재력이 있다.[46] 그러나 소음 및 기계적 제한 측면에서 기존 연료와 동일한 과제를 안고 있다.[47]

충전식 배터리는 무인 항공기(UAV)와 전동 수직 이착륙 항공기에 자주 사용된다. 새롭게 등장하는 전동 수직 이착륙 항공기는 현재 배터리 기술의 상대적으로 낮은 에너지 밀도 대 중량비와 충전소 부족으로 인해 제약을 받고 있다.[42][48][49]

하이브리드-전기 시스템은 내연 기관(ICE)과 전기 추진 시스템 구성 요소의 조합을 사용한다. 다양한 조합이 가능하다.[49] 이러한 시스템은 다양한 에너지원에서 얻을 수 있는 장점을 결합할 수 있지만, 전체 시스템의 효율성 측면에서 여전히 고려해야 한다.[46]

수소 연료 전지는 수소 기체를 촉매 막을 통해 순환시켜 전기를 생성한다. 소형 연료 전지는 동급 배터리보다 3배 더 오래 드론에 전원을 공급할 수 있다. 연료 전지는 대형 항공기용으로 개발 중이다.[46] 2023년에는 연료 전지-전기 추진 시스템으로 개조된 실험용 지역 항공기가 비행했다. 2023년 1월, 제로아비아(ZeroAvia)는 오른쪽 날개에 오리지널 허니웰(Honeywell) TPE 331 터보프롭 엔진 하나와 왼쪽 날개에 자체 개발한 제로아비아 수소-전기 엔진을 장착한 도르니에 228을 비행시켰다.[50] 2023년 3월, 유니버설 수소(Universal Hydrogen)의 전기 대시 8-300이 첫 비행을 했다.[51]

3. 3. 추진 방식

일반적인 VTOL 및 eVTOL 구성에는 다음이 포함된다.

  • 멀티로터: 날개가 작거나 아예 없다. 아래를 향하는 프로펠러 또는 팬을 사용하여 대부분의 양력을 생성한다.[52]
  • 리프트-플러스-크루즈: 이착륙을 위해 수직으로 장착된 프로펠러를 사용하지만, 지속적인 순항 비행을 위해서는 수평 프로펠러와 날개를 사용한다.[46][10]
  • 덕티드 팬: 덕트 내부에 장착된 프로펠러의 일종으로, 블레이드 끝단에서 발생하는 추력을 최적화한다.[10]
  • 틸트로터: 고정형 프로펠러만으로 이륙하며 다른 수평 추진 방식은 사용하지 않는다. 공중으로 부상한 후 로터를 수평 위치로 물리적으로 기울여 수평 추력을 생성한다.[46][10]
  • 틸트윙: 틸트로터 항공기와 유사하지만, 로터를 독립적으로 회전시키는 대신 날개 전체가 회전한다.[46][10]


개인 항공기는 UAM(도심 항공 교통)을 위해 개발이 진행되고 있다. 여기에는 에어버스 시티에어버스, 릴리움(Lilium GmbH), 볼로콥터, 이항(億航智能), 에어버스 A³ 바하나, 보잉 PAV 등이 포함된다.[99][100]

구상 단계에서는, 활주로가 필요 없는 VTOL 기능을 가진 UAM 항공기를 비교적 좁은 지역에서 수직 이착륙 시킨다.[101] 현재 개발 중인 기체의 대부분은 전동이며, 여러 개의 로터를 사용하여 소음을 최소한으로 억제(로터 1개당 회전 속도를 낮춤)하는 동시에 기체의 높은 중복성을 실현하고 있다. 또한, 첫 비행에 성공한 기체도 많다.

UAM에서 사용 예정인 기체의 형태로 가장 일반적인 것은 멀티콥터(예:Volocopter)나, 이른바 틸트 윙(예:A³ Vahana)이다.

3. 4. 비행 제어

비행 제어는 항공기의 비행 방향을 제어하기 위한 비행 제어 표면, 조종석 제어 장치 및 작동 메커니즘으로 구성된다. 허니웰(Honeywell), 피피스트렐(Pipistrel), 버티컬 에어로스페이스(Vertical Aerospace), 릴리움(Lilium GmbH) 등 여러 기업들은 다양한 eVTOL 항공기를 위한 새로운 비행 제어 장치를 개발하기 위해 협력하고 있다. 허니웰은 여러 로터를 제어하는 플라이 바이 와이어 컴퓨터, 교통 상황을 탐색하기 위한 감지 및 회피 레이더, 반복적인 수직 착륙을 위한 착륙 구역 추적 소프트웨어 등을 개발했다.[53][54]

개인 항공기는 UAM(도심 항공 교통)을 위해 개발이 진행되고 있으며, 에어버스 시티에어버스, 릴리움(Lilium GmbH), 볼로콥터, 이항(億航智能), 에어버스 A³ 바하나, 보잉 PAV 등이 이에 해당한다.[99][100]

UAM 항공기는 활주로가 필요 없는 VTOL 기능을 갖추어 비교적 좁은 지역에서 수직 이착륙이 가능하다.[101] 현재 개발 중인 기체 대부분은 전동 방식이며, 여러 개의 로터를 사용하여 소음을 최소화(로터 1개당 회전 속도를 낮춤)하는 동시에 기체의 높은 중복성을 실현하고 있다. 또한, 이미 첫 비행에 성공한 기체도 많다.

UAM에서 사용 예정인 기체의 형태는 멀티콥터(예:Volocopter)나 틸트 윙(예:A³ Vahana)이 가장 일반적이다.

3. 4. 1. 플라이 바이 와이어

컴팩트 플라이 바이 와이어 시스템 워크벤치


플라이 바이 와이어 시스템은 조종사가 입력한 신호를 항공기 모터, 프로펠러 조절기, 에일러론, 엘리베이터 등 움직이는 표면으로 전달되는 명령으로 변환한다.[55] 이러한 시스템은 사람이 조종할 때 컴퓨터의 도움 없이는 여러 개의 프로펠러를 제어할 수 없기 때문에 멀티로터 설계에 필수적이다. 2019년 6월, 허니웰(Honeywell)은 UAM 항공기용으로 특별히 설계된 소형 컴퓨터를 출시했다.[56][54]

3. 4. 2. 소프트웨어

첨단 자율 비행 eVTOL(전기 수직 이착륙) 기체는 수익성 있는 수준으로 확장하기 위해 관리 소프트웨어가 필요하다.[47][57] 조종사 훈련은 비용이 많이 들고 비싸며, 조종사 자체가 항공기 탑재 중량의 많은 부분을 차지한다. 따라서 많은 제조업체들이 자동화 기술이 향상됨에 따라 자율적으로 비행할 수 있는 항공기를 설계하고 있다.[58][46][54] 시콜스키는 MATRIX 기술을 개발하고 있으며, 허니웰은 피피스트렐 및 기타 제조업체와 협력하여 각 항공기용 자동 착륙 시스템을 개발하고 있다.[53][59][60] 인공지능(AI) 및 머신 러닝은 자율 비행체를 개발하는 데 필수적이지만, 비결정적이므로 인증에 어려움을 야기한다. 즉, 동일한 시나리오에서 동일한 입력을 받더라도 다르게 동작할 수 있다.[10][46]

3. 4. 3. 항공 전자 공학

항공 전자 공학은 항공기를 위해 설계된 전자 시스템이다. 허니웰은 차량 관리 시스템, 자율 항법, 플라이 바이 와이어 제어 시스템 및 소형 위성 연결성을 포함하는 통합 항공 전자 시스템을 개발하고 있다. 이 항공 전자 장치는 모듈식으로, 타사 애플리케이션과 통합될 수 있다. 또한 이 아키텍처는 기존 조종사 디스플레이를 자동차 GPS 시스템이나 스마트폰 앱과 유사한 이미지로 대체하는 간소화된 차량 작동 방식을 통합할 수 있다.[47]

4. 인프라

도심 항공 교통(UAM)은 기체의 이착륙, 수리, 재충전, 연료 보급, 주차를 위한 인프라가 필요하다.[9] 물리적 인프라는 시장 규모를 결정하며, 정해진 착륙 지역 간에만 이동이 가능하다. 기존 항공 및 우주 항공 인프라에 통합될 수 있는 일부 구성 요소 외에도, 추가 시설 건설이 필요하다. 대도시의 경우 UAM 환경을 수용하기 위해 85~100개의 이착륙장이 필요할 것으로 추산된다.[61][62][63]

브라질 상파울루에서는 이미 헬리콥터를 사용한 UAM 구상이 실현되고 있으며, 멕시코 멕시코시티에서는 헬리콥터를 이용한 에어 택시를 이용할 수 있다.[97] 그러나 공중 이동은 여전히 비용이 높고, 소음과 에너지 소비가 크다는 문제가 있다.[98]

4. 1. 버티포트

미국 연방 항공청(FAA)에 따르면, 수직 이착륙 비행장은 틸트로터 항공기 및 회전익 항공기의 이착륙에 사용되는 다양한 장비 및 시설과 관련된 식별 가능한 지상 또는 고가 지역이다.[64] 업계에서는 이러한 시설의 다양한 장비 수준과 규모를 설명하기 위해 다양한 용어를 사용해 왔다. 수직 이착륙 패드는 한 번에 한 대의 항공기가 사용하도록 설계된 간단한 착륙 패드이다. 수직 이착륙 비행장 또는 수직 기지는 하나 이상의 최종 접근 및 이륙(FATO) 및 접지 및 이륙(TLOF) 구역과 여러 VTOL 스탠드 및 기타 항공기 및 승객 시설을 갖출 수 있다. 수직 허브는 UAM 환경에서 가장 큰 구조를 제공하는 대규모 항공 시설이다. 고정 기반 운영자(FBO) 및 유지 보수(MRO)와 같은 서비스를 제공할 수 있으며, 교통량이 많은 지역에 서비스를 제공할 것이다.[65]

2020년, 릴리움(Lilium)은 올랜도 국제공항 근처에 수직 이착륙 비행장을 건설할 계획을 발표했다. 조비(Joby)는 주차 구조물의 옥상을 이착륙 구역으로 사용하기 위해 REEF 테크놀로지 및 Neighborhood Property Group(NPG)과 제휴했다.[66]

4. 2. 헬리패드

기존의 헬리패드, 즉 헬리콥터 착륙장은 도심항공교통(UAM) 기체를 수용하는 데 사용될 수 있다. 헬리패드는 추가 인프라 구축 또는 기존 헬리패드 개조 없이는 산업을 유지하기에 충분하지 않다.[67]

4. 3. 공항

공항은 이미 제한적인 지역에서 주문형 헬리콥터 및 eVTOL 서비스를 용이하게 하기 위해 사용되고 있다. 이러한 공항으로는 존 웨인 공항, 존 F. 케네디 국제공항, 포틀랜드 국제공항 등이 있다.[67]

4. 4. 항공 교통 관리

무인 항공 시스템(UAS) 교통 관리(통칭 UTM)는 무인 및 저고도 항공기의 고유한 요구 사항에 맞춰 설계된 특정 항공 교통 관리 시스템이다.[68] UTM은 실제 비행 구역 설계, 항공 회랑 구분, 비행 경로 유지를 위한 동적 지오펜싱, 기상 회피, 지속적인 인적 모니터링 없는 경로 계획과 같은 서비스를 통해 안전한 운영을 보장하는 데 필요한 항공 공간 통합을 제공한다.[67] 에어스페이스 링크(Airspace Link)는 도시, 주, 드론 운영자 및 연방 항공국(FAA)을 단일 공간으로 연결하여 공공적으로 이용 가능한 비행 데이터를 사용하여 자율 드론의 가장 안전한 경로를 매핑하는 시스템인 에어허브(AirHub)를 개발했다.[69]

5. 규제

세계 각국 정부는 저고도에서 운행하는 자율 또는 반자율 항공기의 증가를 수용하기 위해 항공 공간 규칙 변경에 대한 논의를 시작했다.[70][71] 미국 항공우주국(NASA)과 유럽 항공 안전청(EASA)은 도심항공교통(UAM) 시스템의 요구 사항에 대한 개념을 제안했다. NASA의 운영 개념(ConOps)은 UAM 항공기가 따라야 하는 정의된 통로에 의존하며, 통로 내에서는 특정 프로토콜을 준수해야 한다.[72] EASA의 규제 접근 방식은 "지역 행위자"에게 지역 결정을 맡기고 대신 항공기 자체의 안전 인증을 모색할 것이다.[73] EASA는 이전에 정의되지 않았던 특정 종류의 항공기를 인증하기 위해 VTOL ''특별 조건''을 개발했다.[74]

6. 인증

도심항공교통(UAM) 관련 인증은 항공기, 운영, 조종사, 정비사 등 여러 분야에 걸쳐 이루어진다.
항공기는 감항성을 인증받고 해당 관리 기관에 등록되어야 한다. UAM 항공기 규정은 헬리콥터 규정과 유사하지만, 전기 및 자율 비행체에 대한 추가 규정이 필요하다.[47] 미국 연방 항공국(FAA)은 전동 수직 이착륙기(eVTOL) 인증 기준을 수립했으며,[75] eVTOL을 수직 이착륙 가능 항공기로 분류한다.[76] 유럽 항공 안전청(EASA)은 ''특별 조건'' VTOL 인증을 발표하여 eVTOL을 기존 항공기와 분리했다.[77]
운영 측면에서, 유상으로 인원이나 재산을 수송하는 VTOL 및 eVTOL 항공기는 적절한 자격을 갖춘 운영자가 조종해야 한다.[80] 조비는 자체 항공기 운용을 위해 FAA Part 135 인증을 신청했다.[80]
조종사는 eVTOL 및 원격 eVTOL 조종 인증이 필요하다.[82][47] 유인 항공기의 경우 사업용 조종사 면허(CPL(H)) 또는 운송 항공 조종사 면허(ATPL(H))를 취득할 수 있다.[79]
정비사 또한 자격증을 취득해야 하지만, 도심항공교통은 신생 산업이기에 관련 항공기 및 기술에 대한 자격증 규정은 아직 마련되지 않았다.[83]

6. 1. 항공기

항공기는 감항성을 인증받아야 하며, 해당 관리 기관에 등록되어야 한다. 도심 항공 교통(UAM) 항공기에 대한 규정은 헬리콥터 규정과 가장 유사하지만, 전기 및/또는 자율 비행체에 대한 추가 규정이 필요할 것이다.[47] 미국 연방 항공국(FAA)은 전동 수직 이착륙기(eVTOL)에 대한 인증 기준을 수립했다.[75] eVTOL은 FAA에서 수직 이착륙이 가능한 항공기로 분류된다.[76] 유럽 항공 안전청(EASA)은 기존 회전익 항공기 또는 고정익 항공기와 eVTOL을 분리하기 위해 ''특별 조건'' VTOL 인증을 발표했다.[77] 아처 에비에이션(Archer Aviation)은 eVTOL 인증을 위해 FAA Part 23, 27, 33, 35, 36의 요구 사항을 혼합하여 사용한다.[78] BETA는 FAA Part 23에 따라 eVTOL 인증을 신청했다. BETA는 미 공군으로부터 군용 감항성을 획득한 최초의 유인 eVTOL이었다.[79]

6. 2. 운영

유상으로 인원 또는 재산을 수송하는 모든 수직 이착륙기(VTOL) 및 전동 수직 이착륙기(eVTOL) 항공기는 적절한 자격을 갖춘 운영자가 조종해야 한다.[80] 조비는 UAM 프로젝트를 위해 자체 항공기를 운용하기 위해 FAA Part 135 인증을 신청했다.[80] 릴리움은 유럽에서 eVTOL 제트기를 운용하기 위해 룩스항공과 제휴했다.[81]

6. 3. 조종사

조종사는 eVTOL 및 원격 eVTOL을 조종하기 위해 인증을 받아야 한다.[82][47] 유인 항공기의 경우 사업용 조종사 면허(CPL(H)) 또는 운송 항공 조종사 면허(ATPL(H))를 취득할 수 있다.[79] CAE는 복잡한 시뮬레이터를 사용하여 데이터 분석을 활용하는 훈련 프로그램을 개발하고 있으며, BETA와 Volocopter와 각각 파트너십을 맺어 ALIA eVTOL 및 Volocopter eVTOL 조종사 및 정비 기술자 훈련 프로그램을 제공하고 있다.[79]

6. 4. 정비사

정비사 또한 자격증을 취득해야 하지만, 도심항공교통은 신생 산업이기 때문에 관련 항공기 및 기술에 대한 자격증을 위한 규정은 아직 마련되지 않았다.[83]

7. 응용 분야

응용 분야는 통근, 법 집행, 항공 의료, 소방, 사설 경비, 군사 등을 포함한다.[84]

8. 대중의 수용

도심 항공 교통(UAM)에 대한 대중의 수용은 안전, 에너지 소비, 소음, 보안, 사회적 형평성 등 여러 요인에 달려있다. 안전 위험에는 승인되지 않은 비행 구역에서의 비행, 사람 및 건물과의 근접성, 치명적인 시스템 고장, 제어 손실, 기체 손실 등이 포함된다.

자율 또는 원격 조종 항공기의 경우 사이버 보안 또한 위험 요소이다. 항공기 및 회전익 항공기가 발생하는 소음의 유형과 양은 UAM 애플리케이션에서 eVTOL 기체에 대한 대중의 인식에 영향을 미치는 두 가지 주요 요인이다.[85]

보안 문제는 승무원이 없는 상태에서 승객의 물리적 보안과 기체 및 제어 시스템의 사이버 보안을 포함한다. 사회적 형평성과 관련하여, UAM 서비스의 높은 초기 비용은 대중의 여론에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 특히 서비스 및 기술의 경제성이 보장되지 않기 때문이다. NASA UAM 시장 조사에 따르면 소득이 높은 응답자가 UAM 여행을 할 가능성이 더 높았다.[86]

유럽 항공 안전청(EASA)의 설문 조사에 따르면 응답자의 83%가 UAM에 대해 긍정적인 태도를 보였으며 71%가 UAM 서비스를 이용할 의향이 있는 것으로 나타났다.[87] 진행 중인 프로젝트로는 릴리움(Lilium)이 온디맨드 전기 제트 서비스 제공을 위해 미국 최초의 버티허브(vertihub)를 올랜도에 설립하겠다고 발표한 것[88]과 이항(EHang)이 스페인 세비야시에서 UAM 시범 프로그램을 만든 것이 있다.[89]

8. 1. 훈련 및 교육

2016년 12월, 수직 이착륙 연구 센터(VLRCOE)는 이 프로그램에 참여할 새로운 학술팀을 발표했다.[90] 미국 육군, 미국 해군, NASA의 공동 노력은 정부와 학술 기관 간의 직접적인 협력을 증진하는 것을 목표로 한다. 참여 대학교는 다음과 같다.[91]

참여 대학교
조지아 공과대학교, 아이오와 주립 대학교, 퍼듀 대학교, 미시간 대학교, 워싱턴 대학교, 리버풀 대학교, 펜실베이니아 주립 대학교, 엠브리-리들 항공 대학교, 캘리포니아 대학교 데이비스, 테네시 대학교, 메릴랜드 대학교, 미국 해군사관학교, 텍사스 대학교 알링턴, 텍사스 대학교 오스틴, 텍사스 A&M 대학교, 뮌헨 공과대학교, 로마 트레 대학교, 테크니온 - 이스라엘 공과대학교



2021년 7월, Volocopter와 CAE는 최초의 eVTOL 조종사 훈련 및 개발 프로그램을 만들었다.[92][93]

9. 시장 전망

세계 UAM 시장은 2018년 16억달러 규모로 추산되었으며, 2030년까지 409.09999999999997억달러 규모로 연평균 31% 성장할 것으로 전망된다.[102] 초기 기체 개발 및 터미널(버티포트) 구축 등에 대규모 비용이 소요되어 최초 흑자 전환은 사업 착수 후 10년 내외가 걸릴 것으로 추정된다. 현재 UAM 시장은 북미가 선도하고 있지만, 유럽 지역의 성장률이 가장 높을 것으로 전망된다. 국내 UAM 시장의 경우 2018년 117억원에서 2024년 591.3000000000001억원 규모로 연평균 31% 성장할 것으로 전망된다. 국내 UAM 시장의 직접 생산 유발 효과는 23조 원, 부가가치 창출액은 11조 원으로 예상된다.[103]

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