2030년 어느 날, 해외 출장이 잦은 A씨. 비행기 시간을 4~5시간 앞두고 인천공항으로 향했지만 마침 대규모 시위 때문에 도심 교통이 꽉 막히면서 비행기를 놓칠 위기에 처했다. 마침 최근 시작된 '에어택시' 서비스가 생각난 A씨는 곧바로 앱으로 에어택시를 호출했고, 30분 만에 인천공항 터미널에 도착해 예정된 출장 일정을 지킬 수 있었다.

현대 도시는 갈수록 거대화되면서 도로 교통의 정체도 심해지고 있다. 교통 정체로 인해 낭비되는 시간ㆍ자원의 규모는 천문학적이며 환경 오염 문제도 심각하다. 이에 전세계적으로 도심항공모빌리티(Urban Air Mobility) 개발이 적극적으로 추진 중이다. 즉 A씨처럼 꽉 막힌 도로로 인해 1~2시간이 걸리는 도심과 도심 사이, 도심-공항 사이를 무인 조종ㆍ수직 이착륙 기술을 갖춘 2~5인승 비행기가 20~30분 안에 갈 수 있도록 하는 서비스가 도입된다는 얘기다. UAM이 실제 서울-인천공항 등의 구간에서 마치 '택시'처럼 상용화되려면 어떤 과제들을 헤쳐 나가야 될까?

◇2040년 시장 규모 1조5000억달러

갈수록 심해지는 도시 교통 정체는 새로운 교통수단에 대한 갈증을 불러일으키고 있다. 시간 낭비 등 경제적 손실과 대기오염 등 환경적 문제 때문이다. 한국교통연구원에 따르면 2016년 기준 국내 교통혼잡비용(주말 포함)은 46조8000억원으로 국내총생산(GDP)의 2.85%에 달한다. 특히 수도권의 경우 평일(주말 제외) 교통혼잡비용이 24조9000억원으로 전국(33조6000억원)의 74.2%를 차지한다. 세계적으로도 마찬가지다. 미국의 교통량 분석업체 인릭스(INRIX)는 2018년 미국인들은 한 해 동안 약 1348달러, 약 97시간을 도로에서 낭비하고 있다는 교통혼잡비용 분석 결과를 발표했다. 버스전용차선제나 지하철, 교통신호체계 등 온갖 대중교통시스템이 만들어졌지만 여전히 거대 도시 속의 교통 체증 문제는 심각하며 새로운 혁신적 교통수단의 필요성이 커지고 있다는 것이다.

이 같은 현실에 새로운 교통 수단으로 등장한 UAM이 주목받고 있다. 강력한 전기배터리와 인공지능(AI) 등 ICT로 무장해 무인·자율·친환경 주행이 가능하며 수직 이착륙 기능으로 언제 어디든 사람과 물건을 싣고 내릴 수 있는 UAM은 50~100㎞ 도시 안팎의 항속 거리를 20~30분 안에 주파할 수 있어 교통 체증 문제를 해결할 혁신적 교통 서비스로 평가받고 있다.

지난해 글로벌 투자 은행 모건스탠리는 UAM의 시장 규모가 2040년쯤이면 1조5000억달러에 달할 것이라는 전망을 내놓았다. 개인용항공기(PAV) 제조와 운용·인프라 구축·화물운송서비스 등을 모두 합친 규모다. 2050년께에는 UAM의 승객이 4억5000만명에 달할 정도로 대중화될 것이라고 내다봤다.

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◇토종 UAM, 오파브(OPPAV) 뜬다

한국도 한국항공우주연구원(항우연·KARI)을 중심으로 그동안 연구해온 무인항공기 기술을 바탕으로 토종UAM, 즉 ‘OPPAV’(Optionally Piloted Personal Air Vehicle)기술 개발이 한창이다. 정부는 이를 중심으로 2019년 4월 ‘K-UAM 프로젝트’를 발표했다. 현재 4~5위권으로 평가받는 한국의 UAM 기술 및 준비 수준을 획기적으로 끌어올려 세계에서 선두권으로 도약하자는 야심찬 계획이다. 항우연이 이 가운데 핵심인 UAM용 항공기 ‘전기동력수직이착륙기(eVTOL)’를 개발하고 있다. 

총사업비 448억원을 들여 내년 말까지 분산전기추진시스템 및 자동비행시스템을 갖춘 유·무인 겸용 1인승 eVTOL 시제기를 만들고, 이를 바탕으로 본격적인 기술 검증, 상용화 및 운용·관제시스템 개발 등에 나서겠다는 것이 목표다. 이 시제기는 최대 이륙 중량 650㎏, 날개 폭 7m, 항속 거리 50㎞, 고도 1㎞ 안팎, 최고 속도 200㎞/h 내외 등의 비행 성능을 갖출 예정이다. 향후 5인승으로 스케일업할 수 있도록 설계돼 있으며 이 경우 최대 120㎞까지 날 수 있어 도심 항공 교통 수요를 충족할 수 있다.

세계에서 개발 중인 UAM은 저속 멀티콥터형(드론형)과 고속형(틸트로터형 및 복합형)으로 구분되는데, 항우연의 시제기는 8개의 프로펠러 중 4개를 접었다 폈다 하면서 운행하는 복합형으로 내년 말 개발이 완료된다. 항우연은 지난해 11월 44% 축소된 모델을 개발해 초도비행에 성공한 후 매월 1회꼴로 시험 비행을 통해 기본 성능을 검증하고 있다. 2030년까지 상용화하는 게 목표다.

현대자동차도 5인승인 ‘S-A1’을 개발 중인데 운용거리 100㎞, 시속 290㎞ 등의 성능으로 2028년까지 8인승을 상용화할 계획이다. 현대차는 영국 업체인 ‘어번에어포트’와 함께 UAM 전용 공항인 ‘에어원’ 공항 건설에도 참여하고 있다. 한화시스템도 해외기업인 오버에어(OverAir)에 지분을 투자해 UAM 개발에 뛰어들었다. 오버에어가 개발 중인 ‘버터플라이(Butterfly)’는 100% 전기 구동으로 시속 320㎞의 빠른 속도로 대형로터 4개를 사용해 서울~인천공항 구간을 20분 만에 이동할 수 있는 것으로 알려졌다.

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◇도심 안전하게 날아다닐 수 있을까

UAM을 불안하게 바라 보는 이도 많다. 복잡한 도심에서 날아다니는 물체가 추락·충돌할 경우 단순 자동차 사고와는 차원이 다른 참사로 이어질 수 있기 때문이다. 유럽항공안전청(EASA)은 상업운송사업용 항공기의 치명 고장률이 10억 비행시간 중 1회 이하로 발생하도록 규정한다. 또 UAM은 안전을 감안해 화석연료 대신 전기추진 방식을 쓴다. 아직 상업용 운송에서는 검증되지 않았다. 이에 따라 UAM 개발자들은 안전성 확보에 가장 큰 노력을 기울이고 있다. 항우연이 개발 중인 eVTOL의 경우 8개의 프로펠러를 사용하는 분산전기추진(DEP) 방식을 사용한다. 양력과 추력을 모두 분산전기추진 시스템에서 생성해 안전성 향상·설계 유연성을 확보할 수 있다는 장점이 있다.

그러나 만약의 사고 가능성에 대비해 시스템 다중화 등을 적용해야 하며 추락에 견딜 수 있도록 튼튼한 동체를 만들어야 하고 예비 항속 시간도 확보해야 한다. 모두 비행체 무게가 늘어날 수밖에 없는 문제여서 개발자들이 골머리를 앓고 있다. 자율·자동 비행 기술 확보도 큰 문제다. 현재의 운항 기준상 무인 비행기는 승객 탑승이 불가능하다. 안전성과 직결되기 때문이다. 항우연은 미국자동차기술협회(SAE) 기준 레벨 2 이상의 자동이착륙, 목적지 입력 자동 비행 등의 기술을 개발해 적용할 예정이다. 도심의 빌딩 숲에서 발생하는 예기치 못한 돌풍, 난기류, 폭우, 낙뢰 등의 기상 상황에 대한 대비도 필요하다 .돌발적 기상 상황을 극복하려면 추진력이 강한 모터 엔진과 뛰어난 비행제어 기술이 필요하기 때문이다. 도심을 운항하는 만큼 저소음 모터도 필수적이다. 항우연의 경우 65db을 목표로 하고 있는데, 이는 헬기(110db) 이륙 소음의 절반 수준이다. 안전하고 효율적인 관제·운항시스템 구축도 관건으로 꼽힌다.

황창전 항우연 개인항공기사업단장은 "선진국들의 경우 이미 2010년쯤부터 기술 개발에 들어가 2024~2030년에 상용서비스를 도입할 것으로 보인다"면서 "한국의 경우 출발은 좀 늦었지만 그동안 개발된 무인기 기술을 바탕으로 정부·공공연구소·민간기업들이 총력전을 펼치고 있는 만큼 곧 따라잡을 수 있을 것"이라고 말했다.