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소방ㆍ긴급 구조 수단의 혁신, 도심항공 모빌리티(UAM)

도심항공 모빌리티의 새로운 적용을 위한 세계 각국의 노력

건국대학교 항공우주설계ㆍ인증연구소 이영재 | 기사입력 2021/03/22 [09:50]

소방ㆍ긴급 구조 수단의 혁신, 도심항공 모빌리티(UAM)

도심항공 모빌리티의 새로운 적용을 위한 세계 각국의 노력

건국대학교 항공우주설계ㆍ인증연구소 이영재 | 입력 : 2021/03/22 [09:50]


사업용 조종사 면장을 보유하고 비행 경험을 가진 이영재 씨는 건국대학교 항공우주설계ㆍ인증연구소(KADA, Konkuk Aerospace DesignᆞAirworthiness Institute)에서 도심항공 모빌리티 운용 체계 연구를 하고 있으며 항공 산업 분야에서 항공기 시스템과 성능ㆍ기술 관련 업무를 맡고 있다.

 


 

세계적으로 도심항공 모빌리티(UAM, Urban Air Mobility)의 붐이 일고 있다. 인구가 증가하면서 도시의 규모가 커지고 이어 심각한 지상 교통 체증이 발생함에 따라 이를 해결하기 위한 해법으로 도심항공 모빌리티를 바라보고 있다.

 

지금까지 개발된 도심항공 모빌리티의 비행체 디자인이 400개가 넘어가면서 본격적으로 생태계가 구축되고 있다. 한편 도심항공 모빌리티는 수송 목적 이외에 협소한 공간에서도 다양한 임무 수행이 가능하기 때문에 응급 구조와 화재진압 등의 목적을 위한 새로운 수단으로 고려되고 있다.

 

도심항공 모빌리티의 시작

▲ [사진 1] 우버엘레베이트에서 선보인 로스엔젤레스의 도심항공 모빌리티 이착륙장과 비행체 개념. 우버엘레베이트는 조비에비에이션에 매각되기 전까지 매년 우버엘레베이트서밋(Eber Elevate Summit)을 통해 도심항공 모빌리티 전문가와 관계자들을 위한 교류의 기회를 가졌다(출처 uber.app.box.com, 매각되면서 지금은 위 출처가 사라짐).

 

도심항공 모빌리티라는 게 생소한 개념인 것처럼 보이지만 사실은 꽤 오래전부터 개발돼 왔다. 2000년 초, 미국 NASA(항공우주국)를 중심으로 개인용 항공 이동체인 PAV(Personal Air Vehicle)에 대한 연구가 본격적인 개발의 시작점이었다.

 

하지만 엔진의 효율성과 소음, 제어 방식 등 기술적 문제로 개발이 순조롭진 못했다. 그러나 전기모터의 발전과 비행 제어의 정밀화, 인공지능 기술의 발달로 좁은 도심의 하늘에서도 안전하게 비행이 가능해지면서 도심항공 모빌리티 개발에 대한 관심이 다시 점화됐다.

 

2016년에는 차량 공유 서비스 플랫폼의 대표 업체인 우버(Uber)가 자회사인 우버엘레베이트(Uber Elevate)를 세우고 도심항공 모빌리티 사업을 발표해 폭발적인 관심을 끌게 됐다.

 

지금은 코로나19로 인한 팬데믹 때문에 우버엘레베이트가 도심항공 모빌리티 비행체 제작사인 조비에비에이션(Joby Aviation)으로 인수되면서 잠시 주춤해졌다. 그러나 오히려 이 기회를 틈타 여러 국가가 자체적으로 산업 생태계 형성을 위해 정책을 수립하고 각종 업체를 지원하기 시작했다.

 

또 독일의 볼로콥터(Volocopter)와 브라질의 엠브레어엑스(EmbraerX), 한국의 현대자동차, 한화시스템 등 다양한 업체들이 뛰어들면서 경쟁이 더욱 치열해지고 있다.

 

국내ㆍ외 다양한 업체들과 정부의 개발 동향

도심항공 모빌리티의 관심이 시작되고 많은 업체가 탄생했다. 독일의 볼로콥터와 릴리움(Lilium), 중국의 이항(eHang) 등은 도심항공 모빌리티 비행체 개발을 위한 스타트업 기업이다. 다양한 아이디어를 기반으로 비행체를 개발하고 있다.

 

특히 볼로콥터와 이항은 지금의 저고도 무인항공기인 드론과 형태가 유사한 멀티콥터(Multicopter) 형태의 비행체를 개발해 여러 나라에서 시범을 보이고 있다. 또 안전한 운항을 위해 감항인증 획득을 추진하는 등 가장 빠른 행보를 나타낸다.

 

▲ [사진 2] 독일 볼로콥터의 볼로시티와 중국 이항의 E-216 모델. 두 비행체 모두 멀티콥터 유형의 비행체로 가장 빠른 행보를 보인다(출처 www.volocopter.com).

 

항공기 제작사들도 풍부한 경험을 바탕으로 개발에 뛰어들었다. 유럽 최대 항공기 제작사인 에어버스(Airbus)는 멀티콥터 형태의 시티에어버스(CityAirbus)를 개발해 자율비행(Autonomous Flight) 기술을 적용하기 위한 연구를 진행하고 있다.

 

미국의 헬리콥터 제작사인 벨(Bell)은 넥서스(Nexus)라는 이름으로 멀티콥터 형태의 도심항공 모빌리티 비행체를 개발 중이다. 2019년부터 미국 소비자 가전 전시회(CES, Consumer Electronic Show)에 비행체를 전시하고 도심에서의 운용 개념을 제시하고 있다.

 

▲ [사진 3] 유럽 최대의 항공기 제작사인 에어버스에서 개발하는 시티에어버스. 자율 비행 기술을 적용해 조종사 없이도 안전하게 운항할 수 있도록 개발하고 있다(출처 www.airbus.com).

 

자동차 업체도 플라잉 카(Flying Car)로 접근해 도전장을 내밀었다. 한국 자동차 업계의 대표인 현대자동차가 미국 NASA 출신의 신재원 사장을 영입하고 각 개발 분야의 인력을 채용해 도심항공 모빌리티 비행체인 S-A1을 개발한다는 사실은 이미 널리 알려졌다.

 

그뿐만 아니라 지상 모빌리티와의 연계 개념, 인프라 운용 방식 등도 함께 제시하면서 종합 모빌리티 업체로서의 새로운 도약을 추진하고 있다. GM(General Motors)도 이번 2021년 CES에 2인승 전기 추진 방식 수직이착륙 비행체(electronic Vertical Take Off and Landing, eVTOL)를 공개하면서 큰 관심을 불러일으켰다.

 

▲ [사진 4] 현대자동차에서 개발한 S-A1 비행체 개념. 신재원 박사를 사장으로 영입ㆍ승진시키고 국내ㆍ외 유수의 인력들을 채용할 정도로 도심항공 모빌리티 분야에 적극적이다(출처 www.hyundai.com).

 

세계 각국의 정부도 산업 생태계 구축에 많은 지원을 아끼지 않고 있다. 미국 FAA(연방항공국)는 2020년 6월 도심항공 모빌리티의 운용 개념(ConOps, Concept of Operations)을 발표했다. 도심항공 모빌리티의 생태계가 어떻게 구축되고 어떤 이해관계자들이 구성되며 어떻게 운용될 건지에 대한 개념을 제시했다.

 

또 최근 NASA는 그보다 조금 먼 미래에 더 많은 비행체가 운용되기 위한 운용 개념을 발표했다. 유럽 민간항공시설기구(EUROCAE)도 미국처럼 운용 개념을 수립 중이다.

 

유럽항공안전청(EASA) 또한 도심항공 모빌리티를 비롯한 새로운 수직이착륙 비행체의 감항성 인증을 위한 기준인 ‘SC-VTOL(Special Conditions-VTOL)’을 제정했다.

 

한국도 지난해 6월 도심항공 모빌리티의 기반을 조성하고 생태계 구축을 하기 위해 K-UAM 로드맵을 발표했다. 이를 위한 기술 로드맵 수립과 정책 방향 설정을 위해 산ㆍ학ㆍ연ㆍ관을 중심으로 UAM 팀코리아(Team Korea)라는 워킹 그룹을 결성했다.

 

화재진압용 eVTOL의 선두, 중국 이항

▲ [사진 5] 건물 화재를 진압하는 시연 행사 중인 이항의 E-216F 모델. 이 새로운 시범을 통해 도심항공 모빌리티의 운용 목적을 한층 더 확장시켰다(출처 www.ehang.com).

 

2014년 중국 광저우에 설립된 이항은 도심항공 모빌리티 비행체를 개발하는 스타트업 기업이다. 대표적인 비행체는 원격으로 운용되는 2인승, eHang 216 AAV(Autonomous Aerial Vehicle)이다. 도심항공 모빌리티 비행체뿐 아니라 저고도 운용 드론을 위한 솔루션도 다수 개발 중이다.

 

최근엔 DHL과 협력해 중국에서 드론 배송 서비스를 시작하기도 했다. 우리나라도 도심항공 모빌리티에 대한 관심이 커지면서 이항의 문을 두드렸다. 얼마 전 정부는 서울 한강에서 중국 이항의 모델 216을 도입해 도심항공 모빌리티 운용 시범을 보이기도 했다.

 

무엇보다 이항이 주목받는 이유 중 하나는 화재진압 시범도 보였기 때문이다. 지난해 7월 이항은 중국 광둥성 원푸시에서 216F 모델에 소방용 거품(폼)150ℓ와 소화 폭탄 6개를 탑재하고 182m(약 600ft)까지 상승해 초고층 빌딩의 화재를 진압하는 시범을 선보였다.

 

이항 관계자는 “이 행사를 통해 비행체가 가시광선 줌 카메라로 정확하게 화재가 발생한 위치를 식별하는 시범을 선보였다”며 “그 주변을 선회하면서 레이저 장치로 조준한 뒤 창문을 파괴하고 소화 폭탄과 소방용 거품을 전방위로 발사ㆍ분사해 화재를 진압한다”고 설명했다.

 

▲ [사진 6] 실제 소방서에 주기 중인 두 E-216F 모델. 중국 원푸시는 이러한 운용과 활용에 적극적이다(출처 www.ehang.com).

 

원푸시 소방서장의 인터뷰에 따르면 “소방과 구조는 ‘죽음과 맞서는 경주’”라면서 “이항의 솔루션은 화재를 효과적으로 해결하고 기존 소방 체계를 보완하며 비상사태에 즉각적으로 대응할 수 있는 대안이다”고 말했다.

 

또 “이런 비행체의 즉각적인 화재진압을 통해 소방대원들이 도착하기 전 사상자 수와 대처 시간을 줄이는 등 성과를 크게 올릴 수 있게 한다”고 덧붙였다.

 

이항의 시범을 통해 확인했듯이 도심항공 모빌리티는 단순 승객 수송에만 활용될 뿐 아니라 화재진압이나 수색, 구조 등 다양한 용도로 활용될 가능성을 보여줬다.

 

다만 최근 울프팩 리서치(Wolfpack Research)의 이항에 대한 부정적인 보고서로 인해 미국 나스닥(NASDAQ)에 상장된 이항 주식의 주가가 큰 폭으로 떨어졌다. 또 계약, 생산 시설 등 여러 가지 측면에서 신뢰성에 대한 많은 의문이 제기되는 상황이기도 하다.

 

이에 이항은 창업자가 직접 나서 해명하고 곧 상세한 해명 자료도 내놓겠다는 계획을 언급하는 등 적극적으로 대응하고 있는 상황이다. 지금까지 이항이 걸어온 행보가 어디까지 진실이고 앞으로의 계획이 순항할지는 조금 더 지켜봐야 하지 않나 싶다.

 

항공 응급 임무를 위한 독일 볼로콥터의 ADAC

▲ [사진 7] 볼로시티를 활용한 ADAC 모델. 독일은 도심항공 모빌리티 비행체인 eVTOL을 이용해 긴급 의료 지원을 할 수 있도록 하고 있다(출처 www.uavdach.org).

 

독일의 볼로콥터는 멀티콥터 형태의 도심항공 모빌리티 비행체를 개발하는 스타트업 기업이다. 벌써 싱가포르에 지점을 만들고 서비스를 준비할 정도로 빠른 행보를 보인다. 최근엔 미국에서 FAA를 통해 인증을 획득하기 위한 절차를 준비하는 것으로 알려졌다.

 

볼로콥터에서 개발한 2인승 상용화 비행체인 볼로시티(Volocity)는 18개의 모터를 갖고 있어 모터 한 개가 꺼져도 지속해서 비행을 유지할 수 있을 정도로 안전성이 뛰어나다.

 

또 제자리 비행 시 75m에서 65dB을 기록할 정도로 소음이 적다(같은 위치에서 소형 헬리콥터는 82dB, 미국 뉴욕 거리의 통상 소음은 73dB이다). 중국 이항과 마찬가지로 볼로콥터도 비슷한 형태로 볼로드론(Volodrone)이라는 무인항공기를 개발해 물류 운송 시장에 뛰어들 준비를 하고 있다.

 

볼로콥터의 행보 중 눈에 띄는 점은 항공 응급 임무에도 뛰어들었다는 거다. 하지만 임무의 형태가 구조 헬리콥터와는 조금 다르다. 구조 헬리콥터의 경우 사고 현장으로 가 응급환자를 싣고 병원까지 긴급하게 이송하는 임무를 맡는다.

 

그러나 볼로콥터는 응급의사(Emergency Medical Doctor)를 탑승시키고 빠르게 현장에 투입한 뒤 지상 앰뷸런스가 도착할 때까지 환자를 관리하는 임무를 수행한다.

 

이는 독일 지방의 병원 수가 점점 줄어들고 응급 구조대 인력이 감소함에 따라 초동 대응 시간이 점점 늦어지는 현실을 반영한 아이디어의 결과라고 한다. 독일의 항공 응급ㆍ구조 기관인 ADAC Luftrettung은 이러한 임무에 대해 매우 긍정적으로 생각한다.

 

이에 두 대의 볼로시티 도입 계약을 체결해 2023년 시범 운용을 준비 중이다. ADAC Luftrettung은 독일의 2개 주를 선정하고 2만6천번 이상의 시뮬레이션을 통해 이 비행체가 응급의사 파견이나 응급처치, 초동 대응에 효과가 크다고 봤다. 그리고 이 결과를 ‘Multicopter in the Rescue Service’라는 보고서에 담아 대중에 공개했다.

 

▲ [사진 8] ADAC Luftrettung에서 운용 중인 헬리콥터. 환자를 수송할 수 있는 헬리콥터의 특성과는 다르게 eVTOL 비행체는 긴급하게 의료인을 지원해야 하는 임무에 활용될 예정이다(출처 luftrettung.adac.de/volocopter).

 

한때 도심항공 모빌리티 분야를 선도한 우버엘레베이트의 백서(White Paper)에 따르면 기존 화석 연료를 쓰는 헬리콥터가 병원 옥상의 헬리콥터 이착륙장에서 운용됐을 때 배기가스가 병원의 환풍구를 타고 들어가 환자와 의사 등 건물 내부 사람들에게 피해를 끼쳤다는 보고가 있다.

 

이를 토대로 추론했을 때 만일 헬리콥터의 성능만큼 도심항공 모빌리티 비행체들의 성능이 충족된다면 더욱 안전한 환자 이동 수단으로도 주목받을 수 있을 거로 전망된다.

 

미공군 수송의 미래, 어질리티프라임(Agility Prime) 프로그램

▲ [사진 9] 미 공군 어질리티프라임을 통해 시범을 보이고 있는 조비에비에이션의 S4. 조비에비에이션은 우버엘레베이트를 인수할 정도로 도심항공 모빌리티에 적극적이다(출처 www.compositesworld.com).

 

소방이나 응급 구조 분야는 아니지만 한 가지 더 살펴볼 만한 내용이 바로 미 공군(USAF, United States Air Force)의 어질리티프라임(Agility Prime)이라는 프로그램이다.

 

미 공군이 도심항공 모빌리티 비행체인 eVTOL을 획득하기 위해 개발한 이 프로그램은 주로 스타트업 기업과 같은 소기업을 위해 만들어졌다. 드론과 같은 소형 무인비행체 산업이 중국에 의해 선점되고 FAA의 비행체 감항 인증 절차가 스타트업 기업들이 거치기엔 비용이 많이 드는데 다가 절차까지 까다롭다.

 

이에 따라 좀 더 빠르고 효율적으로 소기업들을 통해 eVTOL을 확보하고자 구상한 프로그램이다. 이 배경에는 미 공군이 eVTOL을 군사적 목적으로 매우 가치가 높다고 판단한 면도 있다.

 

확실히 eVTOL은 군사적 측면에서 강한 강점들을 갖고 있다. 대부분의 eVTOL은 하나의 모터가 꺼져도 다른 모터들이 독립적으로 작동하는 분산전기추진(DEP, Distributed Electric Propulsion) 기술을 적용하고 있기 때문에 생존율이 매우 높다.

 

게다가 내연기관보다 소음이 훨씬 적어 적에게 피탐될 가능성이 작고 구조가 간단해 정비 효율성이 높다. 또 자율비행 기술이 적용되면 운항 효율성이 높아질 뿐 아니라 적에게 피격돼도 조종성을 상실하거나 조종사를 구출해야 하는 별도의 임무가 불필요하게 된다는 이점도 존재한다.

 

어질리티프라임은 말 그대로 해석하면 ‘최고의 민첩성’ 정도가 된다. 직역한 대로 미 공군은 절차를 간소화시켜 필요한 기술을 각종 스타트업 기업을 통해 개발하고 좋은 비행체를 확보하려는 의지를 보인다. 그리고 미 공군은 이 비행체에 수송 임무를 비롯해 다양한 임무에 투입할 수 있도록 범위를 확장하고 있다.

 

▲ [사진 10] 미 공군 어질리티프라임의 개념을 담은 인포그래픽. eVTOL 기술과 시장의 선점을 위해 미국은 각 군뿐만 아니라 민간의 여러 방면에서도 적극적이고 빠르게 행보를 이어가고 있다(출처 www.aviationtoday.com).

 

미 공군의 어질리티프라임을 비춰봤을 때 단순히 우리나라 소방도 eVTOL을 화재진압과 응급 수송에만 쓸 수 있는 것으로 한정 지어야 할까? 답은 ‘아니다’에 가깝다. 예컨대 강원도 태백산맥에 광범위한 산불이 났을 경우 가볍고 긴급하게 보내야 할 물품들을 빠르게 수송할 수 있다.

 

각종 센서 탑재를 통해 산불의 확산 경로와 강도를 파악하는 감시 임무나 원격으로 운용될 경우 고립된 지역의 구조 임무에도 별도의 인력 지원 없이 투입할 수 있을 거다. 긴급한 구조 목적은 아니지만 장기 이식이 필요한 경우 생체 조직을 빠르게 이송시킬 수도 있다. 이렇듯 다양한 의견 수렴을 통해 임무의 형태를 확장할 수 있다.

 

다양한 분야의 혁신을 위해

아직 도심항공 모빌리티가 사회적으로 환영받지만은 않는다. 내 머리 바로 위로 크고 무거운 비행체들이 날아다니는 건 많은 사람에게 위협으로 느껴지고 사람이 조종하지 않는 비행체에 사람이 탑승하는 것 또한 매우 불안한 요소이기 때문이다. 그러나 이런 공포감 또한 영원하지 않다.

 

아주 오래전 비행기가 상용화되기 시작했을 때 일반 승객이 타는 것도 걱정이었고 우버와 같은 공유 차량이 활성화됐을 때에도 내가 전혀 모르는 사람의 차에 그냥 타는 것 또한 심리적으로 불편한 경험이었다고 한다. 그렇지만 단계적으로 서서히 도입됨에 따라 어느새 사람들은 언제 그랬냐는 듯 편리하게 이용하고 있다.

 

우리나라 정부도 국민이 서서히 도심항공 모빌리티에 친숙해질 수 있도록 바로 운송 분야에 투입하기보단 치안이나 국방, 소방, 구조 분야에 먼저 활용시킬 계획을 K-UAM 로드맵을 통해 언급한 바 있다.

 

우리나라뿐 아니라 여러 국가에서도 이미 도심항공 모빌리티 비행체의 다양한 가능성을 깨닫고 여러 분야의 활용에 관해 연구하고 있다.

 

도심 환경과 가깝게 운용되는 만큼 화재 진압과 긴급 구조에도 도심항공 모빌리티는 충분한 활용 가치가 있다. 소방 관계자들도 이 새로운 혁신의 산물이 어떻게 활용돼야 효율적인지에 대한 많은 연구와 고민이 필요한 시점이다.

 

 

건국대학교 항공우주설계ㆍ인증연구소_ 이영재

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2021년 3 호에서도 만나볼 수 있습니다.> 

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