▲ 문학훈 오산대학교 자동차과 교수     ©화성신문

기술이 가져다줄 새로운 미래란 무엇일까? 미래 모빌리티 기술은 시간과 공간의 한계에서 벗어나 사람들이 더 가치 있는 일을 할 수 있도록 만드는 라이프 스타일 혁신을 꿈꾼다. 미래 모빌리티 솔루션의 핵심은 ‘연결성’이며 서로 다른 형태의 모빌리티를 이어 주는 하나의 생태계 안에서 사람들은 혁신적 이동성을 경험할 수 있고 그중 하나가 하늘을 자유롭게 나는 ‘도심형 항공 모빌리티(UAM: Urban Air Mobility)’이다. 빌딩 숲 사이를 비행하는 UAM을 타고 환승 거점인 허브(Hub)에 도착하면 곧바로 친환경 자율 주행차로 갈아탈 수 있는 미래 도시, 도심에서도 안전하고 편리하게 이용할 수 있는 UAM을 개발하고 있다.

미래 혁신 모빌리티 솔루션은 하늘과 지상을 연결하고 이동의 제약이 없는 심리스(Seamless) 모빌리티다. 그 핵심이 될 UAM 기술은 시공간 제약이 많은 항공 이동 서비스를 일상에서 쉽게 접할 수 있는 대중교통 서비스로 만들어 준다. 2030년 상용화를 이뤄 이를 위해 UAM 시장 조기 진입을 위한 로드맵 설정, 항공기체 개발을 위한 형상 설계 및 비행 제어 소프트웨어·안전기술 등 핵심 기술 확보에 주력하고 있다.

아울러 배터리, 모터, 경량 소재, 자율 주행 등 자동차 분야의 기술을 적극 활용해 시너지를 극대화할 계획이며, UAM은 몇 가지 전제 조건을 충족시켜야 한다. UAM에는 소음 저감 및 안전사고 예방을 위해 여러 개의 로터를 독립적으로 구동하는 분산 전기 추진 기술(DEP: Distributed Electric Propulsion)이 적용된다. 

UAM이 도심에서 가장 적합한 개인 항공기인 이유는 바로 분산 전기 추진 기술을 적용한다는 점이며, 분산 전기 추진 기술은 하나의 배터리에서 생성하는 전기 에너지로 여러 개의 로터가 독립적으로 구동된다. 개별 로터에 문제가 생겨도 다른 로터가 지속적으로 구동되기 때문에 안전하게 비행할 수 있으며 헬리콥터보다 작은 로터를 사용하고, 이착륙과 주행 등 비행 상황에 따라 필요한 로터만 작동하기 때문에 소음 발생을 최소화하여야 한다.

현대에서 개발하는 기체를 보면 총 8개의 로터가 탑재되며 날개 15m, 전장 10.7m로 활주로 없이 수직 이착륙이 가능하다. 조종사를 포함해 총 5명이 탑승할 수 있으며, 최대 약 100㎞를 비행할 수 있다. 최고 속력은 290㎞/h, 이착륙 장소에서 승객이 타고 내리는 5분여 동안 고속 배터리 충전이 가능하다. 아울러 비상 상황에 대비한 낙하산 전개 시스템, 탑승자 간 원활한 대화를 돕는 저소음 설계, 탄소 복합재를 이용한 경량화 등으로 안전성, 편의성, 경제성까지 갖췄다.

하늘을 나는 자동차는 착륙 장치가 아주 중요한데 착륙 장치는 가장 기본적인 역할은 비행기 착륙 장치의 역할과 동일하게 이착륙 시 발생하는 충격을 흡수하는 것이다. 이를 위해 동체와 착륙 장치 간 충격 흡수를 적절히 나눠 구조적인 안정성을 확보해야 한다. 다만, 착륙 장치가 일반 비행기와 다른 점은 수직 이착륙을 비롯해 짧은 이착륙 거리로 인해 일반 비행기와 비교했을 때 훨씬 많은 무게가 가중된다는 점이다.

착륙 장치는 총 비행에서 약 6%의 상황에서만 이용되는 서브 시스템이지만, 이때 발생하는 사고 비율은 약 62%라는 조사 결과가 있다. 따라서 착륙 장치는 효율 측면에서 최소한의 중량으로 설계함과 동시에 구조적인 강성을 확보해야 하는 전형적인 Trade-Off 부품이다. 주요 부품의 구성 면에서 착륙 장치와 자동차 서스펜션은 유사한 구조라 볼 수 있다.

두 부품 모두 완충 장치와 타이어로 구성돼 있으며, 본체에 전달되는 하중을 상쇄하기 위해 스프링을 적용하고 있다. 이러한 공통점 외 두 부품은 요구되는 성능과 내구성 면에서 차이가 있다. 자동차 서스펜션은 핸들링 성능과 내구 수명에 초점을 두는 반면, 착륙 장치는 결함 발생 시 탑승자의 생명에 직결되는 중대 사고로 이어지므로 충격 하중 및 안전성 면에 보다 집중하고 있다.

항공기 기체 표면 주위에 흐르는 공기와 와류에 의해 발생하는 소음 문제도 풀어야 할 숙제다. 착륙 장치의 소음 저감 방법은 착륙 장치 주위에 유선형 모양의 페어링(Fairing)을 적용해, 공기와 착륙 장치 간의 불필요한 마찰을 줄여 최대 10dB 정도 제어할 수 있다. 그러나 이 또한 여러 조건 상 완벽하게 제어하는 데 한계가 있어 추가적인 최적화 설계가 동반되어야 할 것이다. 향후 2030년이 되면 우리도 나는 자동차를 볼수 있고 순간 이동이 가능한 시대에 살 수 있게 된다.

hhmoon@osan.ac.kr