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- 775평방미터 면적 약 200만 명 주민 거주하는 함부르크에 시뮬레이션을 기반으로 예측
- 전기로 구동되는 항공 택시, 나선형으로 위쪽으로 올라가 소형 밴 크기 정도 4명 탑승
- 조종사가 탑승하지 않으며 비행은 완전 자동으로 수행
- 기존 활주로에서의 항공 택시 교통은 교통량이 적은 시간에만 가능
- 금세기 말 실현 가능

항공 택시를 타고 도시를 통과하다.
도시 항공 교통이 어떻게 작동할 수 있는가(독일 함부르크 예)

운전 대신 비행:
미래에는 자율 항공 택시가 교통 체증과 장애물을 넘어 공항에서 도심 또는 다른 목적지로 우리를 데려갈 수 있다. 이 도시 항공 운송은 자율적으로 항해해야 하며, 저렴하면서도 안전해야 한다. 그러한 시나리오는 얼마나 현실적일까? 풀어야 할 과제는 무엇일까? 그리고 발전은 어디까지 왔는가? 독일 항공우주센터(DLR)에게 항공 택시는 유토피아가 아니다. 10개 DLR 연구소의 과학자들은 이러한 도시 비행 차량과 물류의 다양한 측면을 연구하고 작업한다. 그들은 항공 택시 자체의 설계와 기술뿐만 아니라 내비게이션, 필요한 이륙 및 적재 장소와 안전에 대해서도 연구하고 있다. 

▲ 함부르크 상공의 항공 택시 – 이 시나리오는 얼마나 현실적일까? © DLR

운전 대신 비행: 항공 택시

마르티나 마이어(Martina Meyer)가 함부르크-Fuhlsbüttel 공항에 방금 도착했다. 그녀는 시내 중심가로 곧장 가야 한다. Martina는 시계를 본다. 지하철이나 트램을 이용하면 의회 센터까지 10km를 이동하는 데 40분도 채 걸리지 않는다. 택시나 렌트카를 이용하면 시간이 조금 더 걸리지만 그녀가 잘 통과할 경우에만 가능하다. 현재 출퇴근 시간을 고려하면 의심스럽다. 하지만 최근에는 실용적인 대안이 등장했다. 바로 항공 택시다.

물론 이 시나리오는 미래에 대한 비전이다. 금세기 후반에는 현실이 될 수도 있다. 독일 항공우주센터(DLR) 내 총 10개 연구 기관이 비행 유도 연구소의 지시에 따라 구현을 위해 노력하고 있다. DLR이 NASA 및 Bauhaus Aviation과 협력해 현재 완료된 프로젝트를 HorizonUAM(Urban Air Mobility)이라고 한다.

Vertidrom에서 Vertistop까지

마르티나(Martina)는 이웃 Vertidrom으로 향한다. 여기에서 전기로 구동되는 항공 택시가 나선형으로 위쪽으로 올라간다. 소형 밴 크기 정도이며 4명이 탑승할 수 있다. Martina는 목적지가 같은 다른 승객 3명과 함께 체크인하고 탑승한다. 조종사가 탑승하지 않으며 비행은 완전 자동으로 수행된다.

HorizonUAM 프로젝트에서 "Vertidrom"은 항공 택시의 이착륙 구역을 총칭하는 용어다. 여기에는 Vertiport와 Vertistop이 모두 포함된다. 버티포트(vertiport)는 충전소 외에도 유지보수 및 수리를 위한 용량을 갖춘 착륙 패드 세트다. 예비 부품과 도구는 여기에 보관되어 있으며 사람들은 항공 택시가 작동하는지 확인한다. Vertistops에는 착륙장과 승객 처리, 기상 모니터링, 통신 및 내비게이션을 위한 최소한의 인프라만 있다.

▲ Vertidrom에서 승객은 도심으로 향하는 항공 택시 비행을 위해 체크인한다. © DLR /CC-by-nc-nd 3.0

이착륙장 교통체증?

연구원들은 이미 Vertidrom에서 에어사이드 프로세스를 모델링했다. DLR 비행 유도 연구소(DLR Institute of Flight Guidance)의 프로젝트 관리자인 Bianca Schuchardt는 “함부르크에서 우리는 Binnenalster에 Vertistop이라는 단일 착륙 패드가 있는 버티드롬을 배치했다”고 말했다. "우리는 이착륙을 위한 여러 개의 패드가 있는 버티드롬, 즉 함부르크 공항을 위한 버티포트를 설계했다.“

연구원들은 변화하는 바람 조건뿐만 아니라 인프라 실패 및 지연 가능성도 고려했다. 시뮬레이션을 통해 그들은 다양한 발사대 설계를 평가하고 비교할 수 있는 개념을 도출했다. 항공 택시가 기존 항공 교통에 너무 가까이 접근하는 것이 허용되지 않았기 때문에 공항에서의 통합은 특별한 과제였다. 이를 위해 프로젝트팀은 실시간 시뮬레이션을 수행했다.

결과:
기존 활주로에서의 항공 택시 교통은 교통량이 적은 시간에만 가능하다. 여기에는 두 가지 이유가 있다. 타워 컨트롤러는 제한된 수의 추가 차량만 제어할 수 있다. 따라서 DLR 전문가는 그곳에 특수 UAM 컨트롤러 워크스테이션을 설정할 것을 권장한다. 또한 기존 활주로에는 추가 출발 또는 도착을 위한 자유 시간이 몇 개밖에 없다.

▲ Vertistop은 착륙 지점으로만 구성된다. Vertistops의 첫 번째 프로토타입은 이미 로마, 시카고 및 싱가포르에서 사용 가능하다. © DLR /CC-by-nc-nd 3.0

도시에는 몇 개의 착륙장이 필요할까?

공항의 Vertidrom 외에도 도심 전역에 분산된 여러 개의 작은 Vertistop이 필요하다. DLR 전문가들은 775제곱킬로미터 면적에 약 200만 명의 주민이 거주하는 함부르크에 대한 시뮬레이션을 기반으로 예측을 작성했다. 그들은 모든 필수 요소, 특히 항공기와 여행자를 개별적으로 행동하는 단위로 간주했다. 평가 결과 하루에 총 2,800편의 항공편이 필요하고 수용 능력 활용률은 최대 80%인 것으로 나타났다. 이러한 요구는 도시 전역에 퍼져 있는 20개의 착륙장 사이를 순환하는 275대의 항공 택시로 충족될 수 있다. 그러나 모든 Vertidromes에 대한 수요가 동일하지는 않다. 그렇기 때문에 각 이착륙 장소마다 항공 택시 주차 위치가 다르다. 함부르크의 경우 총 약 400개다.

비행 시간 및 네트워크 관리

좋은 네트워크 관리를 통해 비행시간을 최적화할 수도 있다. 선택은 기존 비행 운영에서 알려진 시간 슬롯 기반 접근 방식과 궤도 기반 접근 방식 중에서 선택되었다. "위도", "경도", "고도" 및 "시간" 정보를 사용하여 가능한 가장 직접적인 비행경로가 자동으로 계산되고 해당 지역의 다른 차량의 비행경로와 조정된다.

시뮬레이션 결과, 궤적을 사용할 때보다 시간 슬롯을 할당할 때 비행시간이 더 길어지는 경향이 있는 것으로 나타났다. 방법에 관계없이 선택한 경로에서는 지상 교통에 비해 시간이 30% 이상 절약되지만, 교통 정체, 터널 폐쇄 및 도로 교통의 기타 장애물은 시뮬레이션에서 고려되지도 않았다. (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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