[뉴스비전e 장연우 기자] 현대자동차 뿐 아니라 국내외 주요 자동차 제조사들이 2020년 자율주행차 상용화를 예고한 가운데, 하늘을 날아다니는 '플라잉카', 이른바 무인수직이착륙기 개발에 대한 관심도 높아진다.

국내 기업들도 미리 설정된 고도와 속도에 따라 일정한 수준의 비행을 할수 있는 고정익 기술을 개발중이지만, 전력효율을 극대화함으로써 운행비용 절감 등 해결해야 할 기술적 과제가 남아있다. 

우버의 협력사와 에어버스 등 주요 기업들은 자율주행차 상용화 시점과 비슷한 시기에 무인이착률기 시대를 열기 위해 기술 개발 및 협력 체제를 강화하고 있다.  

◆수직이착륙용 드론서비스 상용화 시기 자율차와 비슷

투자자문사 ARK인베트스먼트는 리서치 보고서를 통해 주요 기업들은 배터리의 효율을 자율주행차용을 훨씬 넘어서는 수준으로 끌어올려, 2020년 수직이착륙 드론서비스를 상용화에 들어갈 것으로 전망했다. 주요 자동차 제조사들의 자율주행차 상용화 시점과 비슷한 시기다. 

무인수직이착륙기는 일반 자동차처럼 도로를 달릴 뿐 아니라 하늘을 날 수 있도록 설계된 자동차로, 최근 전기자동차와 자율주행자동차에 이어 차세대 교통수단으로 큰 관심을 모으고 있다.

세계 각국의 연구기관과 기업들이 기술 개발에 적극 나선 상태다. 

특히 가장 집중하고 있는 분야는 전기를 동력으로 사용하는 전기수직이착륙 차량, 'eVTOL(electric vertical take-off and landing)'다. 이를 통해 승객을 운송하는 서비스를 출시하기 위해 에어버스, 보잉, 길리자동차, 우버, 래리 페이지(알파벳의 CEO) 등이 기술개발을 추진중이다. 

독일 이볼로(E-Volo)사가 개발한 개인용 전기 헬리콥터인 볼로콥터(Volocopter) 드론은 단거리 비행의 비용과 시간을 줄일 수 있다. 

맨해튼에서 JFK 공항까지 볼로콥터를 이용하면 전통적인 헬리콥터를 이용하는 것보다 훨씬 저렴하다는 분석도 발표됐다. 볼로콥터를 이용하는 비용은 택시보다 조금 더 높지만 시간은 훨씬 단축할 수 있다. 

에어버스(Airbus) 그룹의 바하나 릴리엄(Vahana, Lilium) 역시 릴리엄젯(Lilium Jet)를, 키티호크(Kitty Hawk)는 키티호크 플라이어(Kitty Hawk Flyer)를 개발해 상용화를 추진중이다. 

ARK인베스트먼트의 리서치 보고서에 의하면 자율주행자동차는 비용과 편의성이 높지만 교통량의 문제는 해결하기 어려운 반면, 수직이착륙 드론은 이러한 문제를 해결할 수 있는 효과적인 방법으로 꼽힌다.

이러한 장점의 반대 급부로는, 안전성이나 교통법규 등 여러 측면에서 아직 정비해야 할 과제가 산적해 있다. 하지만 세계의 대기업들이 속속 개발에 참여하면서 예상보다 빠르게 상용화될 가능성이 높다는 것이 전문가들의 공통된 분석이다.

무인수직이착륙 시장에 가장 적극적인 기업은 차량공유서비스 제공사인 우버다. 우버는 헬리콥터 제조사등 5개 기업과 제휴해 전기수직이착륙차량인 'eVTOL' 개발에 구체적인 로드맵을 진행중이다.  

◆eVTOL 선도하는 우버...현황은?

지난해 4월 25일부터 27일까지 우버는 미국의 달라스(Dallas)에서는 Uber Elevate Summit 행사를 통해, '주문형 도시 항공 운송 시스템'과 관련된 다양한 의견 발표와 논의를 진행했다. 

우버는 오로라 플라이트 사이언스(Aurora Flight Sciences), 벨(Bell) 헬리콥터, 엠브레어(Embraer), 피피스트렐 에어크레프트(Pipistrel Aircraft), 무니(Mooney), 카터(Carter) 등  6개 회사와 eVTOL프로젝트인 'Uber Elevate' 사업 관련 협력을 체결했다.

우버가 발표한 백서에 따르면, 항공 택시용 4인승 기준 일정 중량과 왕복 횟수를 기준으로 설정해 이를 충족하는 eVTOL를 개발중이다. 핵심이 되는 전지의 성능 기준은 총중량 1,800kg을 2,000 사이클을 운행할 수 있어야 한다는 점에서 400Wh/kg으로 제시됐다. 

이는 1분 동안 수직이착륙시 필요한 동력 500kW, 240km/h 전진비행시 필요한 동력 71kW, 320km/h 등의 조건도 반영한 기준이며, 이를 비용으로 적용할 경우 1kWh 당 0.12달러의 전기 비용이 들 것으로 분석됐다. 

▲오로라 플라이트 사이언스(Aurora Flight Sciences)

2인용 eVTOL로서 총 8개의 전기 모터 프로펠러가 수직이착륙에 필요한 추력을 생성하고 1개의 전기 모터 프로펠러가 약 200km/h 속도의 전진비행에 필요한 추력을 만들며 캐너드(canard), 주날개, 그리고 꼬리날개까지 3개의 양력 발생용 날개를 갖추고 있다.

약 40km의 임무수행 거리와 50~65km의 최대비행거리 성능을 갖출 것으로 예상된다.

비행체의 길이와 너비는 각각 8m로, 이미 1/4 축소기로 수직이착륙과 전진비행에 성공했다.  2020년까지 사람이 탈 수 있는 크기의 비행체를 개발할 예정이다.

비행체를 설계함에 있어서 비행자동화, 전기추진, 복합재 구조와 같은 세 가지 핵심 기술을 활용했다.

설계 초반에는 틸트 로터나 틸트 날개 형태의 비행체 형상도 고려했었으나 최종 설계 형태로는 순항 시에 멀티콥터 형태보다 3배는 효율이 좋은 날개를 장착하고 독립된 구동장치와 고정된 피치의 프로펠러를 채택했다.  

한국항공우주연구원은 오로라플라이트사이언스사가 만드는 eVTOL은 소음 측면에서는 이착륙시 고도 18~30m 정도에서는 도로의 교통 소음에 비행체가 내는 소음이 섞여 구분이 가지 않을 것으로 예상했다. 순항 비행 시에는 소음이 거의 들리지 않는 수준이다.        

▲Bell Helicopter

헬리콥터 제조업체인 Bell사도 Uber Elevate 사업의 파트너로 참여한다.

Bell사는 아직 구상중인 eVTOL의 개념도를 배포하지 않았는데 모듈로 되어 있고 적응성이 뛰어나며 크기를 자유롭게 조절할 있는 비행체를 고려하고 있다고 밝혔다.

그리고 Bell사는 비행체의 시장에서의 성공 여부는 직접 운영비가 얼마나 적게 소요되느냐가 관건이다.  

제작성이나 정비성 뿐만 아니라 비용 을 고려한 설계에 주목하고 있다. Uber Elevate 행사에서 배포된 동영상으로 판단할 때 Bell사가 현재 고려하는 비행체는 덕티드 프로펠러를 장착하고 있을 것으로 예상 된다.  

▲Embraer

브라질의 Embraer사는 주로 민수용, 비즈니스용 항공기를 제작하는 거대 기업이다.

1970년대 초반부터 지금까지 4인승에서 130인승까지의 항공기를 약 8,000대 판매하여 70여개 나라에서 총 46백만 시간의 비행시간, 1억 4천 5백만명의 승객 이송 기록을 가지고 있다. 이미 'fly-by-wire' 조종계통을 장착한 E-jet 시리즈도 판매중이다.  

그러나 수직이착륙이 가능한 항공기 개발 이력을 가지고 있지 않다는 점에서, Uber사의 프로젝트에 참여하는 것은 앞으로의 항공 택시 시장의 전망을 상당히 긍정적으로 평가했기 때문으로 풀이된다. 

브라질의 주요 도시인 상파울로에는 무려 400대 이상의 민간 소유 헬리콥터가 운용되고 있는데 이는 전 세계의 도시들 중에서 가장 활발한 운용 실적이다. 이러한 브라질의 특수한 상황이 항공 택시 사업 전망을 긍정적으로 전망하는데도 영향을 줬을 것이라는 해석이다. 

▲Pipistrel Aircraft

슬로베니아의 항공기 제작사로서 세계에서 유일하게 전기동력 고정익기를 제작하여 판매하고 있다.

2007년에 Taurus Electro라고 명명한 세계 최초의 2인승 전기 동력 고정익기를 개발한 이후, 4인승 타우러스 G4(Taurus G4) 전기동력 고정익기도 개발했다. 이 역시 세계 최초다. 

피피스트렐의 이보 보스카롤(Ivo Boscarol) CEO는 우버와 제휴를 체결한 이후 성명서를 통해 "우리는 전기 비행기를 제조해 판매하는 세계 유일의 회사"라며 "이를 기반으로 우버의 eVTOL 네트워크를 현실화 할수 있을 것"이라는 기대를 밝히기도 했다. 

그러나 피피스트렐 Bell사와 마찬가지로 eVTOL 형상에 대한 공식적 발표는 아직 나오지 않고 있다. 

한국항공우주연구원은 피피스트렐이 그 동안 쌓아온 전기 동력, 하이브리드 동력, 경량 복합재 구조물, 전지, 충전 시스템, 인간과 기계간의 인터페이스, 능동 소음 제어 기술 등을 활용용해 eVTOL를 개발할 것으로 예상했다. 

▲Mooney 및 Carter

Mooney사와 Carter사는 우버와 전기추진 Carter Slowed-Rotor/Compound(SR/C) 항공택시 개발 및 인증을 위한 협력 관계를 맺었다.

Mooney는 2006년 인증 당시에 448km/h의 전진비행속도로 세계에서 가장 빠른 단발 피스톤 엔진 고정익기였던 M20TN의 파생형인 M20V와 M20U를 현재 생산하고 있는 회사다.

Carter사와 함께 개발하려는 SR/C 항공 택시는 1.8톤 의 최대중량, 360kg의 최대 유상하중, 그리고 순항비행속도는 280km/h를 기대하고 있다.

순항비행에 최적화된 높은 가로세로비의 주날개와 토크를 상쇄하는 꼬리 프로 펠러, 그리고 직경 10.4m의 로터를 장착하며 전지 팩은 꼬리 무게와 균형을 맞추기 위해 동체 앞쪽에 장착한다. 디스크 로딩이 낮은 로터는 정지비행시 로터의 끝단 속도를 낮출 수 있어 소음이 작다. 전진비행시에는 로터의 회전 속도를 낮춤으로써 고정익과 같은 효과를 거둘 수 있다.

한국 기업들 무인수직이착륙기 기술개발을 추진하며 부분적인 기술 개발 성공도 발표해 왔다. 그러나 보완해야 할 부분들은 산재해 있다.

이와 관련해 드론업계 관계자는 "무인수직이착륙기의 핵심인 전기효율은 물론 안전성을 위한 전압전환 기준 등에서 해외 주요 기업에 비해 뒤쳐진게 현실"이라며 "국제적 표준으로 자리잡고 있는 미국 연방항공국의 안전기준 등 글로벌 시스템과 연계한 체계적인 산업개발 생태계가 필요한 상황"이라고 설명했다.