FAA와 EASA의 새 규정에 따른 UAM Vertiport 설계 기준 및 국내 적용 연구

A Study on the Design Criteria of UAM Vertiport Complying New FAA and EASA Regulations and Its Domestic Applications

Abstract

본 논문에서는 도심항공교통(UAM)을 위한 FAA와 EASA의 새 vertiport 규정을 분석하고 vertiport의 이착륙 패드(vertipad)의 주요 구성과 각 구성요소의 새로운 규격을 분석하였으며, 여러 환경에서의 UAM 운용을 위한 vertiport 추가 구성요소 및 주변 공역에 대한 규정도 함께 검토하였다. 이후, 현대자동차에서 개발 중인 S-A1 항공기의 크기를 기준으로 UAM 운용을 위한 국내 vertiport 규격 및 배치 방안에 대한 연구를 수행하고, 이를 인천광역시에 적용하였다. 또한, UAM 이용 시 효율을 평가를 위해, 인천과 서울 지역의 주요 거점에 대해 택시나 승용차 이용 시 소요되는 시간과 UAM 이용 시 소요시간을 비교하였다.

In this paper, the new vertiport regulations of the FAA and EASA are analyzed for urban air mobility(UAM), and the major components of the vertipad and the new specifications of each component are analyzed, and UAM operation in various environments is analyzed. Additional components for vertiport and regulations for surrounding airspace were also reviewed. Afterwards, based on the size of the S-A1 aircraft being developed by Hyundai Motors, domestic vertiport specifications and layouts were investigated for UAM operation, and these were applied to the city of Incheon. In addition, the time required for using a taxi or car were compared with the time required for using UAM between major locations in Incheon and Seoul.

Ⅰ. 서론

도심항공교통(UAM; urban air mobility)은 최근 지상 교통 혼잡의 해결 수단으로 주목받고 있다. UAM은 향후 수십 년 동안 증가하는 도시 교통 밀도, 혼잡 및 긴 운전 시간을 극복하는 데 중요한 역할을 할 수 있지만, UAM이 도시 교통의 상당한 수요 점유율을 대체할 수 있도록 운용 인프라가 충분히 갖춰진 경우에만 가능하다. UAM이 현실화되기 위해서는 인프라 및 관련 규정이 먼저 정립되어야 한다. 수직이착륙이라는 항공기의 특징을 고려했을 때 기존 헬기장 인프라를 활용할 수 있지만, UAM 운영의 장점을 최대한 활용하기 위해서는 기존 인프라의 재정비 또는 UAM 전용 인프라 구축이 반드시 필요하다.

2020년 6월 발표된 국토교통부의 도심항공교통 로드맵[1]에 제시된 수도권 UAM 실증노선은 그림 1과 같다. 국토교통부가 2021년 10월 발간한 “한국형 도심항공교통(K-UAM) 운용개념서 1.0” 에서는 UAM 상용서비스 개시와 단계별 운용에 필요한 기본개념 정의, 각 주체별 역할, 운영절차 등을 다루며 2025년 K-UAM 상용화 착수를 위한 개념을 정립하였다[2]. 또한 2022년 9월, “모빌리티 혁신 로드맵”을 발표하면서 2022년 8월 발의된 UAM 법 제정안과 함께 2023년 초 도심지 실증 노선을 확정 발표하여 2025년 UAM 실증 사업을 본격적으로 추진할 계획임을 밝혔다[3].

그림 1. 국토교통부의 UAM 실증노선(안)[1]

Fig. 1. UAM Demonstration route proposed by the Ministry of Land, Infrastructure and Transport [1].

또한, 2021년 11월부터 각 기업들은 공공기관과 컨소시엄을 구성하여 UAM 상용화 및 산업의 확장을 위해 노력하고 있다. 각 컨소시엄에서 vertiport와 관련하여 인프라 구축을 담당하고 있는 기업과 공공기관에는 GS건설, 현대건설, 인천국제공항공사, 한국공항공사, 롯데건설 등이 있다. 서울, 인천, 부산, 제주 등의 지방자체단체들은 UAM 시설 인프라 구축을 위해 UAM 교통 수요와 주변 환경을 고려한 부지 선정을 진행 중이다.

현재 국내에서는 vertiport의 설치기준 검토 및 유형 분석, vertiport 위치 선정, UAM 경로 분석 등의 연구가 진행되고 있다. 하지만, 본 논문에서와같이, 검토된 위치에 대해 주변 환경 특성을 반영한 연구가 부족하며, UAM을 운용하는 도시 또는 도심 내 설치 위치에 따라 설치 환경은 매우 다르므로, vertiport 구성 및 실용성 검토가 필요하다고 사료된다.

Ⅱ. Vertiport 관련 최근 선진국 표준 현황

FAA (Federal Aviation Administration)와 EASA (European Union Aviation Safety Agency)는 UAM vertiport와 관련하여 2022년 9월과 3월에 새로운 규정을 공표하였다[4]-[5]. 따라서 본 연구에서는 vertiport 관련 이러한 새 규정을 검토하여 국내 UAM 운용을 위한 vertiport 표준화 방안을 제시하고 이를 인천공항 제1여객터미널 장기주차장과 청라 로봇랜드에 적용하였다.

FAA는 도심항공교통(UAM) 대신 미래항공모빌리티(AAM; advanced air mobility) 용어를 채택하여 사용하고 있으며, VTOL (vertical takeoff and landing) 항공기와 함께 운용될 vertiport 설계 지침으로써 Engineering Brief 문서를 발간하였다. 이 문서는 새로운 유형의 항공기에 대해 항공기를 구성하는 특성, 성능 및 작동 조건 등의 충분한 연구가 진행되기까지 착륙장 설계에 관한 설계 특성, 예상 기능 등에 대해 설명하고 있다. Heliport 및 Helistop과 관련된 규정인 Heliport Design, AC 150/5390-2C[6]를 AAM 운용에 맞춰 일부 수정하거나 추가하는 형태로 문서를 발표하였다. 반면, EASA는 UAM의 새로운 기체에 맞추어 헬기장 규정을 대폭 수정하며 vertiport 설치 시 요구되는 자세한 규정들을 제시하였다.

2-1 FAA의 새 Vertiport 규정

FAA의 새 문헌은 시각비행규칙(VFR; visual flight rules)을 따르며, 전체 길이 및 폭이 각각 15.2 m 이하이고, 최대이륙중량이 5,670 kg 이하인 eVTOL (electric vertical takeoff and landing) 항공기를 기본으로 한다. 또한, vertiport를 구성하는 요소들의 크기를 결정하는 기준 크기를 D (controlling dimension)로 명명하였으며, 이는 로터를 포함해 항공기의 가장 바깥 점들로 이루어진 가장 작은 원의 지름이다.

FAA는 기존 헬기장에서 사용되던 표식인 “H” 대신, 그림 2에 표시된 표식을 사용하였다. 해당 그림과 같이 vertiport의 이착륙 패드는 TLOF (touchdown and liftoff area), FATO (final approach and takeoff), 그리고 Safety Area로 구성되며, 각각 D의 최소 1배, 2배 그리고 3배 이상의 크기를 충족해야 한다.

그림 2. TLOF, FATO, Safety Area의 크기[4]

Fig. 2. Dimension of TLOF, FATO, and Safety area [4].

이착륙 패드 주변 공역에 대한 규정에는 8:1 비율의 Approach/Departure surface와 2:1 비율의 Transition surface가 포함되며, 이 두 표면은 FATO 외곽선으로부터 시작된다(그림 3). 하나의 이착륙 패드에서 둘 이상의 이착륙 방향을 지원하는 경우 각 이착륙 표면의 중심선은 135°이상의 각도를 확보하여야 한다.

그림 3. 접근/출발 표면과 전이 표면 규정[4]

Fig. 3. Regulations for approach/departure surface and transitional surface [4].

또한, 기존 공항 인프라와 연계하여 공항 내 vertiport 위치에 대한 규정을 제시하고 있다. VFR에 따른 공항 내 vertiport의 FATO 중심선과 공항 활주로의 중심선 사이의 분리 거리는 설치되는 vertiport의 운용 항공기의 크기에 따라 달라지며, 해당 규정은 표 1과 같다.

표 1. Vertiport FATO 중심선과 활주로 중심선 사이 거리[4]

Table 1. Distance between vertiport FATO centerline and runway centerline [4].

2-2 EASA의 새 Vertiport 규정

EASA의 새 문서는 vertiport 설계를 위한 최초의 세부 프로토타입 기술 사양 지침 형식으로 게시되었으며, 물리적 특성, 필요한 주변 제약 조건, 시각 보조 장치, 조명과 표시, 지속적인 안전한 비행 및 착륙을 위한 항로 등 vertiport에 대한 개념을 자세히 설명하고 있다[5].

이 문서에서 고려되는 “VTOL-capable aircraft”는 EASA에서 정의하고 있는 “Special Condition for small-category VTOL aircraft [7]” 중 “Category Enhanced” 범주에 속한다. EASA는 또한 기존 헬기장 표식과 다르게 인식될 수 있도록 “V” 자 형태의 표식을 새롭게 도입하였고 운용 목적이나 이착륙 방향에 따라 모양과 색상에 차이가 있지만, 기본적인 형태는 그림 4와 같다.

그림 4. FATO 표시와 조명 배치[5]

Fig. 4. FATO mark and Lighting system [5].

또한, FAA 규정에 비해 EASA 규정은 같은 지상 면적에서 더 많은 항공기가 이착륙할 수 있도록 vertiport 크기를 비교적 작게 규정하였다. EASA에서 규정하는 UAM 비행체의 크기는 그림 5와 같이 비행체를 포함하는 최소 지름 ’D‘로 표시되며, 이는 FAA 문서에서의 정의와 유사한 개념이다.

그림 5. 가장 작은 원의 중심과 지름 ‘D’[5]

Fig. 5. Center and diameter ‘D’ of the smallest enclosing circle [5].

Vertiport는 단일 이착륙 패드로 구성되어 그 기능을 충분히 수행할 수 있지만, 효율적인 UAM 운용을 위한 다소 큰 규모의 vertiport(예: verti-hub)는 여러 이착륙 패드와 계류 공간을 확보하고, 이를 연결하는 유도로를 함께 갖추고 있기 때문에 EASA는 vertiport를 구성하는 주요 물리적 공간들에 대해서도 각각의 크기를 규정하고 있으며 표 2와 같다.

표 2. EASA 규정에서 Vertiport 주요 구성요소의 크기[5]

Table 2. Dimension of main vertiport components in the EASA regulation [5].

Safety Area는 Downwash protection의 조건에 따라 그 범위가 달라질 수 있다. Downwash protection은 바람이 없는 1 m 상공에서 VTOL 항공기가 호버링하고 있을 때, 2 D 원 내에서 항공기 로터에 의해 발생하는 세류(downwash)의 최대 속도에 따라 적합한 주변 지역의 유형을 분류한 지표이다. UAM은 도심에서 운용되므로 기존 인프라와 안전하고 유연하게 융합되기 위해 해당 조건을 반영하여 최소 크기가 아닌 이착륙 패드의 크기를 고려하는 것이 필요하다. 항공기의 세류가 영향을 주는 주변 지역의 유형에는 사람에게 직접적인 영향을 주는 지역도 포함되며, 승무원이나 승객, 그리고 여러 사람이 모일 가능성이 있는 vertiport 경계 내부 또는 외부 공공장소가 세류 속도 60 km/h 이하인 범주에 속한다. 세류의 영향에 따라 보호가 필요한 영역에 대한 분류를 표 3에 나타내었다.

표 3. 영역에 따른 최대 세류 속도에 대한 초기 지침[8]

Table 3. Initial guidelines for the maximum downwash velocity per type of area [8].

또한, vertiport 내 지상 유도 조건에서 계류장 설치를 고려했을 때, 인접한 계류장을 동시에 사용하는 상황과 그렇지 않은 상황으로 나뉜다. 그림 6은 나타낸 모든 계류장을 동시에 사용하는 경우이며, 그림 7은 중앙 계류장을 제외하고 좌우 계류장을 동시에 사용하는 경우이다.

그림 6. 인접한 계류장을 동시에 사용하는 경우[5]

Fig. 6. Simultaneous use of adjacent stands [5].

그림 7. 인접한 계류장을 동시을 사용하지 않는 경우[5]

Fig. 7. Non-simultaneous use of adjacent stands [5].

EASA 문헌에서 제시하는 접근/이륙 상승면은 그림 8과 같으며, 한 방향의 이착륙만을 지원하는 경우의 경사면 분류와 크기는 표 4와 같다. 표에 설명된 경사 설계 범주는 운영 경사가 아닌 최소 설계 경사 각도로, vertiport.주변 환경 및 운용 항공기에 따라 적절한 경사 범주를 결정할 수 있다. 해당 표에서 나타내는 Category C에 해당되는 접근/이륙 상승면은 전체적인 수치가 FAA의 규정과 일치하지만, EASA는 가상의 표면이 시작되는 기준을 FATO의 외곽선이 아닌, Safety Area의 외곽선으로 규정하고 있다는 점에서 차이가 있다.

그림 8. 일반적인 접근/이륙 상승 면[5]

Fig. 8. Generic approach/take-off climb surface [5].

표 4. 접근/상승 표면의 종류와 크기[5]

Table 4. Dimensions of surfaces and slopes [5].

또한, EASA는 VTOL 항공기의 특징을 고려하여 안전하고 효율적인 도심지에서의 운용을 위해 vertiport 이착륙 패드와 접근/이륙 상승면 사이에 OFV (Obstacle-Free Volume) 개념을 추가하였다. 사각형의 OFV는 그림 9와 같이 ’D’의 중심을 기준으로 수평면을 따라 항공기의 정면 방향과 후면 방향, 좌우 방향의 변수로 구분되며, 수직 방향으로는 h₁까지의 고도와 h₂까지의 고도 변수로 구분된다. 각각의 변수는 이착륙 시 운용 항공기의 성능과 지형적 특성(예: 심한 돌풍)을 고려하여 설정되어야 하며, 문헌에서는 도심 지역의 참고 수치로 3 m의 h₁과 30.5 m의 h₂를 제시하고 있다. 각 변수의 정의와 최대/최소 값을 표 5에 나타내었다.

그림 9. 일반적인 수직 이착륙 절차 변수[5]

Fig. 9. Generic vertical take-off and landing procedure parameters [5].

표 5. OFV 절차 변수의 정의와 최대/최소 규정[5]

Table 5. Minimum/maximum vertical take-off and landing procedure parameters [5].

Ⅲ. 국내 Vertiport 표준화 방안

3-1 기준 운용 항공기 설정

Vertiport를 구성하는 각 공간의 물리적 크기는 운용되는 항공기의 크기에 따라 결정되며, 도심에서 운용될 UAM을 넘어서 주요 도시 간 장거리 운항, 화물 운송 수단 등의 여러 목적성을 가지고 계속해서 지역항공교통(RAM: Regional Air Mobility)을 포함하는 미래 항공 모빌리티(AAM: Advanced Air Mobility)로 발전할 경우 항공기 자체의 크기가 커질 가능성이 매우 크다. 따라서, 여러 기종의 항공기를 운용할 수 있도록 충분한 여유 공간을 두고 vertiport를 설계하는 것은 장기적인 운용 측면과 예상치 못한 위험 요소가 많은 초기 시장을 고려했을 때 바람직한 vertiport 설계로 판단된다.

현재 개발 중인 주요 VTOL 항공기의 종류는 표 6과 같으며, 항공기의 전장과 wingspan으로 만들어지는 직사각형의 투영 면적에서의 대각 길이가 FAA의 ‘Controlling Dimension,’ EASA의 ‘D-value’와 같다고 가정하였다. 본 연구에서는 검토한 항공기 중 대각선 길이가 가장 큰 현대자동차의 S-A1 항공기를 기준으로 vertiport 표준화 방안을 수립하였으며, S-A1의 길이는 그림 10과 같다. S-A1의 대각선 길이를 기준으로 FAA 및 EASA의 새 규정에 따른 국내 vertiport 표준화 방안을 제시하였다.

그림 10. 현대자동차 S-A1 대각길이 측정

Fig. 10. Measurement of diagonal length of Hyundai S-A1.

표 6. eVTOL 항공기별 차지하는 공간[9]-[14]

Table 6. Footprints of each eVTOL aircraft [9]-[14].

3-2 FAA 규정에 따른 표준화

현대자동차 S-A1의 대각선 길이를 기준으로, FAA 규정에 따라 이착륙 패드 및 계류장(Gate)의 크기를 규정하였으며, 그림 11과 그림 12에 나타내었다. FAA 문헌에는 vertiport 내 계류장에 대한 규정이 명시되어 있지 않으므로, 명시되지 않은 세부 규정은 FAA의 헬기 규정인 참고문헌 [6]의 수송 헬기 규정을 참고하였다. 계류장의 크기는 수송 헬기 로터깃 반경으로부터 10 ft (3 m)의 여유 공간을 확보해야 한다는 규정을 반경하여 기준 크기 D에 10 ft를 추가한 크기를 Gate 크기로 가정하였다.

그림 11. S-A1 크기를 사용한 FAA 규정에 따른 이착륙 패드 표준화

Fig. 11. Vertipad standardization using S-A1 size with FAA regulations.

그림 12. S-A1 크기를 사용한 FAA 규정에 따른 계류장 표준화

Fig. 12. Standardization of vertiport gate using S-A1 size with FAA regulations.

3-3 EASA 규정에 따른 표준화 예시

현대자동차 S-A1의 대각선 길이를 기준으로, EASA 새 규정에 따라 이착륙 패드 및 계류장(Gate)의 크기를 규정하였으며, 각각 그림 13, 14에 나타내었다. 각 요소의 크기는 표 2에 나타낸 각각의 크기 규정에 대해 D 값에 18.4 m를 대입하여 계산되었다.

그림 13. S-A1에 대해 EASA 규정에 따른 이착륙 패드 표준화

Fig. 13. Vertipad size for S-A1 that complying with the EASA regulations.

그림 14. S-A1에 대해 EASA 규정에 따른 계류장 표준화

Fig. 14. Standardization of vertiport gate for S-A1 complying with EASA regulations.

Ⅳ. Vertiport 설치(안)

4-1 Vertiport 종류

UAM 운용에 사용되는 VTOL 항공기는 헬리콥터와 유사한 특성을 가지므로, 많은 항공기 대수를 운영하지 않는 상용화 초기 vertiport는 헬기장의 운영 방식을 참고하여 사용하는 것이 효율적이다. 헬기장의 배치 방식은 크게 선형 배치(Linear), 위성 배치(Satellite), 부두 배치(Pier), 독립 계류 배치(Remote Apron) 등, 네 가지로 분류할 수 있으며[15], 독립 계류 배치는 상당히 체계적인 배치이지만 비교적 많은 면적이 요구되기 때문에 도심 지역에 배치되는 UAM의 특성을 고려하여 본 연구에서는 다루지 않았다.

선형 배치는 여러 이착륙 패드가 일렬로 배치되어 있는 형태로, 해변이나 강가와 같이 얇고 긴 공간에 대해 효율적으로 배치될 수 있다. 이 배치는 이착륙 패드에서 승하차와 항공기 턴어라운드 등 vertiport의 모든 기능이 지원되므로 다른 배치들에 비해 설치가 용이하지만, 이착륙 방향에 대한 제한과 항공기 처리 효율 측면에서 불리하다는 단점이 있다. FAA와 EASA의 규정에 따르며 세 개의 이착륙 패드를 보유한 vertiport 선형 배치를 그림 15와 16에 나타내었다.

그림 15. FAA 규정에 따른 선형 배치

Fig. 15. Linear topology complying with the FAA regulations.

그림 16. EASA 규정에 따른 선형 배치

Fig. 16. Linear topology complying with the EASA regulations.

위성 배치는 하나 이상의 이착륙 패드를 여러 계류장이 부채꼴 모양을 둘러싸고 있는 형태로, 정사각형이나 원에 가까운 형태의 공간에 설치되기에 적합하다. 이 배치는 이착륙 패드와 계류장을 연결하는 유도로의 배치가 용이하기 때문에 계류장의 활용도가 높지만 계류장 위로 이착륙을 지원할 수 없는 경우, 이착륙 방향 규정을 충족시키기 어려울 수 있다. 또한, 일정 크기 이상의 가로 및 세로 폭이 요구되기 때문에 기존 인프라와의 연계가 까다롭다. FAA와 EASA의 규정에 따르며, 선형 배치와 같은 면적에 대한 위성 배치를 그림 17과 18에 나타내었다.

그림 17. FAA 규정에 따른 위성 배치 Fig. 17. Satellite topology complying with the FAA regulations.

그림 18. FAA 규정에 따른 위성 배치 Fig. 18. Satellite topology complying with the EASA regulations.

부두 배치는선형 배치와 위성 배치의 중간 형태로 직사각형 배치 구조를 갖는다. 이 배치는 이착륙 구역과 계류 구역을 간접적으로 분리하여 이착륙 패드에서 보다 넓은 범위의 이착륙을 지원할 수 있으며, 많은 수의 계류장을 기존 자동차 주차장과 같이 사용하여 보유할 수 있다. 하지만 작은 규모의 vertiport에서 부두 배치를 사용할 경우, 하나의 유도로를 공유하기 때문에 계류장 구역이 혼잡해질 가능성이 있다. 이를 해결하기 위해서는 높은 레벨의 비행 관제 시스템 또는 두 개 이상의 유도로를 확보할 수 있는 넓은 공간이 요구된다. FAA와 EASA의 규정에 따르며, 선형 배치와 같은 면적에 대한 부두 배치를 그림 19와 20에 나타내었다.

그림 19. FAA 규정에 따른 부두 배치

Fig. 19. Pier topology complying with the FAA regulations.

그림 20. EASA 규정에 따른 부두 배치

Fig. 20. Pier topology complying with the EASA regulations.

4-2 인천 지역 vertiport 설치(안)

인천시는 인천국제공항을 기점으로 국내 최초 UAM 상용화 노선 구축을 위해 노력하고 있으며 vertiport 입지 및 저고도 비행환경 등의 분석을 추진하고 있다[16]. 2025년 초기 인천형 UAM 실증노선의 주요 거점으로 영종과 청라, 계양테크노밸리가 지목되고 있다[17]. 따라서 본 논문에서는 앞에서 검토한 FAA와 EASA의 vertiport 설치 규정과 vertiport 표준화 방안을 바탕으로 인천공항 제1여객터미널 장기주차장과 청라 로봇랜드 부지의 크기를 검토하여 적합한 형태의 vertiport 설치 예를 제시하였다.

FAA와 EASA는 기존 헬기장 운용 방식을 차용하여 동시에 운용되는 이착륙 패드 사이의 최소 분리 거리는 200 ft (60 m)로 권장하고 있으며, vertiport에서도 안전 평가의 기준으로 사용될 수 있는 수치라고 언급하고 있다.

2021년 7월, 인천국제공항은 제1여객터미널 장기주차장 부지를 ‘랜드마크 복합단지’로 조성할 계획을 발표했으며[18], 2022 무인이동체산업엑스포에서 장기주차장 부지에 ‘UAM Verti-Hub’도입(안)을 공개하였다. 해당 부지에 대해 FAA와 EASA의 규정을 적용한 vertiport 설치(안)은 각각 그림 21, 22과 같다. 제1여객터미널 위치는 양쪽으로 활주로가 위치하고 있으므로, 안전한 운영과 다른 지역에 위치할 vertiport와 연계 및 운영 노선의 효율성을 고려하여 배치를 구성하였다.

그림 21. FAA 규정에 따른 인천공항 vertiport 배치(안)

Fig. 21. Incheon Airport vertiport layout proposal complying with FAA regulations.

그림 22. EASA 규정에 따른 인천공항 vertiport 배치(안)

Fig. 22. Incheon Airport vertiport layout proposal complying with EASA regulations.​​​​​​​

인천경제자유구역은 인천 로봇랜드에 복합테마파크를 조성할 계획이며 그림 23과 같은 조감도를 제시하고 있다[19]. UAM vertiport 설치에 적합한 부지는 그림의 왼쪽에 있는 주차장 공간을 활용하여 주차타워 옥상을 vertiport로 활용하는 방식을 채택하는 것이 유용할 것으로 판단된다. UAM은 고층 건물 및 소음을 고려하여 서해와 경인아래뱃길을 따라 운영할 것으로 예상되므로, 인천 로봇랜드의 vertiport 구성은 그림 24, 25와 같이 배치하였다.

그림 23. 청라 로봇랜드 부지 조감도[19]

Fig. 23. Aerial veiw of Cheongna Robot Land [19].

그림 24. FAA 규정에 따른 청라 로봇랜드 vertiport 설치(안)

Fig. 24. Vertiport layout proposal on Cheongna Robot Land with FAA regulations.​​​​​​​

그림 25. EASA 규정에 따른 청라 로봇랜드 vertiport 설치(안)

Fig. 25. Vertiport layout proposal on Cheongna Robot Land with EASA regulations.

Ⅴ. 소요시간 비교

IFEZ 내의 vertiport 중 인천공항에서 택시나 승용차 이용시 미단시티와 송도 컨벤시아까지 소요되는 시간을 UAM을 이용했을 때의 시간과 비교하였고, 송도 컨벤시아(인천대입구역)에서 서울 여의도 한강공원과 도심공항터미널까지 소요되는 시간을 비교하였다.

UAM 소요시간은 현대자동차 S-A1 항공기의 임무형상[20]을 기준으로 계산하였으며, 승용차 소요 시간은 카카오맵 어플리케이션에서 제공하는 미래 예상 소요시간 기능[21]을 사용하여 가장 오래 소요되는 시간대와 UAM 소요시간을 비교하였다.

또한, UAM 노선 선정에 중요한 사안 중 하나인 경제성을 평가하는 기준으로 식 (1)의 Travel Time Savings Ratio[22] 계산을 통해 기존의 교통수단에 비해 UAM 이용 시 절약되는 시간 비율을 계산하였다. 이때 r_tts의 값이 1에 가까울수록 경제성이 높은 노선임. t_gb는 출퇴근 시간대와 기타 시간대, 대중교통과 승용차 모두를 고려할 필요가 있다.

\(\begin{aligned}r_{t t s}=1-\frac{t_{u a m}}{t_{g b}}\end{aligned}\)       (1)

여기서 t_uam은 UAM을 이용 시 소요시간을, t_gb는 기존 지상 교통수단을 이용했을 때의 소요시간을 나타낸다.

5-1 인천 지역 내 소요시간 비교

인천 지역에서 송도는 GTX B 노선의 종착역으로 예정된 인천대입구역을 기준으로 소요시간을 계산하였다. 또한, 이 위치는 각종 컨벤션이 개최될 송도 컨벤시아와도 근접한 위치이다. 인천공항 제1여객터미널부터 인천대입구역과 미단시티까지의 비행경로는 각각 그림 26-27과 같다.

그림 26. 인천공항 - 송도 컨벤시아 비행경로

Fig. 26. Flight path between Incheon airport and Songdo Convensia.

그림 27. 인천공항 - 미단시티 비행경로

Fig. 27. Flight pah between Incheon airport and Midan city.​​​​​​​

인천대입구역 주변은 고층 건물이 건설될 예정이며, 비행 경로에 송도 마천루 등이 방해가 될 수 있기 때문에 비교적 높은 고도까지 수직이착륙하는 임무형상이 필요하다. 인천공항과 미단시티에서의 수직이착륙 고도는 EASA 문헌[5]에 예시로써 언급한 고도 h₂(100 ft)를 참고하였다. 또한, 인천공항과 미단시티 사이는 350 m의 순항고도를, 인천공항과 송도 사이는 송도에서의 이착륙 고도를 고려하여 500 m의 순항고도로 설정하였다. 인천 지역 내 UAM 비행에 대한 임무형상은 그림 28-30과 같으며, 임무형상에 표시된 고도와 속도를 바탕으로 승용차 이용시간과 UAM 소요시간을 비교한 결과를 표 7에 나타내었다.

그림 28. ‘인천공항 - 미단시티’ 임무형상

Fig. 28. Mission profile of Incheon airport – Midan City.

그림 29. ‘인천공항 출발 – 송도 도착’ 임무형상

Fig. 29. Mission profile of Incheon airport – Songdo.

그림 30. ‘송도 출발 – 인천공항 도착’ 임무형상

Fig. 30. Mission profile of Songdo – Incheon airport.​​​​​​​

표 7. 승용차와 UAM 소요시간 비교 (인천 지역 내)

Table 7. Comparison of the time required between car and UAM (Inside Incheon).

5-2 인천과 서울 사이 소요시간 비교

국토교통부는 2022년 5월 10일부터 P73 구역 지정을 일시적으로 해제하고 새 비행금지구역을 설정하는 항공고시보(NOTAM; notice to airman)를 발령하였다. 또한 2022년 10월 14일, 그림 1의 실증노선 중 ‘김포~잠실’ 노선은 용산 대통령실 이전에 따라 ‘김포~여의도로’ 축소되었다고 밝혔다. 서울 용산 전쟁기념관 반경 2해리(3.704 km)와 대통령 자택 반경 1해리 (1.852 km)가 새로운 비행금지구역으로 추가되었다.

따라서 인천과 서울을 오가는 UAM 경로는 기존의 한강을 이용하는 ‘송도~여의도’ 경로와 경기도 산악지역을 지나는 ‘송도~도심공항터미널(코엑스)’ 경로로 설정하였으며, 두 경로 모두 경로 내에 있을 산악지형이나 건물의 고도를 고려하여 인천 지역 내 비행 고도보다 높은 600 m로 순항고도를 설정하였다. 예상 경로는 그림 31과 같다[23]. 여의도(여의나루)에서의 이착륙은 한강을 이용하기 때문에 이착륙 고도를 높게 설정할 필요가 없으므로 인천공항 및 미단시티와 같이 이착륙 고도를 30 m로 설정하였으며 임무형상은 그림 32와 같다.

그림 31. ‘인천 ~ 서울’ 제안 UAM 비행 경로[23]

Fig. 31. Incheon ~ Seoul proposed UAM flight path[23].

그림 32. ‘송도 – 여의도’ 임무형상

Fig. 32. Mission profile of Songdo-Yeouido.​​​​​​​

코엑스의 경우, 건너편 부지에 2026년에 현대차 GBC(글로벌비즈니스센터)가 건설될 예정이며, GBC 건물 옥상에 vertiport를 설치할 예정이다. 또한, 근처 삼성역에는 GTX역과 여러 지하철 노선이 건설될 예정이며, 2호선 삼성역에서 9호선 봉은사역 사이의 도로는 지하로 건설되고 지상은 공원으로 활용될 예정이다. 따라서, 이 지역에 vertiport가 설치될 가능성이 매우 높으며, 바로 옆 양재천과 아래의 관악산 및 수리산 등의 산악지역을 활용하여 소음을 고려한 남쪽 경로를 확보할 수 있다. 소요시간 비교에 사용된 임무형상은 그림33과 같다.

그림 33. ‘송도 출발 – 코엑스 도착’ 임무형상

Fig. 33. Mission profile of Songdo-COEX.​​​​​​​

임무형상에 표시된 고도와 속도를 바탕으로 수평 거리에 대한 UAM 소요시간을 계산한 결과를 표 8에 나타내었다.

표 8. 승용차와 UAM 소요시간 비교 (인천~서울)

Table 8. Comparison of the time required between car and UAM ( Incheon~Seoul).

Ⅵ. 결론

본 논문에서는 FAA와 EASA에서 발표한 새 규정을 기반으로 UAM 운용을 위해 필수적인 vertiport의 설치기준과 국내적용에 관한 연구를 수행하였다. 또한, 검토한 규정과 현대자동차 S-A1 모델의 크기를 사용하여 vertiport 표준화 방안을 제시하였으며, 초기 UAM의 최대 시장인 공항 셔틀 vertiport로 사용할 인천공항 제1여객터미널 장기주차장과 청라 로봇랜드의 토지 개발 계획을 고려하여 vertiport 설치(안)을 제시하였다. 이후, 인천 지역 내에서와 인천과 서울을 이동하는 자동차와 UAM의 소요시간을 비교하였다.

UAM 운용에 사용되는 eVTOL 항공기의 소음은 63 dB (대화 수준) 이하인 헬기 대비 20% 수준을 목표로 하고 있다[1]. 이러한 소음 기준 및 과거 항공기 사고 통계 등을 활용한 버티포트 설치 환경에 관한 연구는 버티포트 형상 및 배치에 직접적인 영향을 주기 때문에 본 논문의 연구와 함께 고려된다면 보다 실용적인 결과가 도출될 수 있을 것으로 기대된다.

또한, 현재 국내에 vertiport 관련 규정은 제정되어 있지 않으므로, 본 논문에서 검토한 문헌들의 규정과 표준화 방안이 UAM 인프라의 핵심인 vertiport 구축에 기준을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.