혼잡시간대 통근시간 최대 80~90%까지 단축
과기부, Data·Network·AI 드론기술개발 추진
드론택시 등 2040년 1조5,000억 달러로 성장

영화 백투더퓨처(1987년), 제5원소(1997년), 블레이드러너 2049(2017년) 등을 보면 하늘을 나는 자동차(Flying Car)가 공통적으로 등장한다. 약 100여 년 전 미국 항공기 설계사 글렌 커티스(Glenn Curtiss)가 개발한 오토플레인(Autoplane)을 시작으로 하늘을 날고자 했던 인류의 열망이 이제 현실로 다가오고 있다.
2023년에는 플라잉카(Flying Car)를 타고 출퇴근 하는 시대가 열릴 것으로 전망된다.

보잉, 에어버스 아우디, 벤츠, 포르쉐, 현대자동차 등 글로벌 기업들은 이미 드론택시를 신성장동력으로 보고 대규모 투자를 단행하고 있으며 우버는 지난 6월 수직 이·착륙이 가능한 비행체를 기존의 우버와 동일한 방식으로 운행하는 상업서비스 우버에어를 오는 2023년부터 시작할 계획이라 밝혔다.

우리 정부도 드론 전용도로를 확보하고 5G, AI, 클라우드 등 4차 산업 핵심기술을 융합해 교통관리체계를 구축하고자 적극 나서고 있다.

국토교통부, 과학기술정보통신부를 비롯한 관계부처는 무인이동체 발전 5개년 계획(2016년), 무인이동체 기술혁신과 성장 10개년 로드맵(2017년), 무인이동체 원천기술개발사업(2018), 무인이동체 미래선도 핵심기술개발사업 시행계획(2019년) 등을 추진 중이다.
글로벌 투자 전문 기업 모건스탠리가 지난해 1월 발표한 자료에 따르면 드론택시 등 자율형 수직 이착륙 비행체 글로벌 시장은 2040년 1조5,000억 달러(한화 약 1,774조 원) 규모로 성장할 것으로 예상된다.

국토부 관계자는 “드론택시가 상용화되면 통근시간을 80~90%까지 단축할 수 있을 것”이라며 “김포공항에서 잠실에 이르는 구간을 출퇴근 시간대에 자가용으로 이동하면 73분이 소요되지만 드론을 이용하면 12분 만에 갈 수 있고 인천공항에서 과천 정부청사까지 대중교통을 이용하면 122분이 걸리지만 드론으로는 17분 만에 갈 수 있어 수도권 지상교통 혼잡을 해소하는데 도움을 줄 것”이라고 말했다.
최근 CES 2020에서는 개인용 항공기(PAV), 비행택시 등 하늘을 나는 도심 항공 모빌리티 관련 기술이 대거 공개되면서 PAV(Personal Air Vehicle)가 미래 교통수단으로 주목받았다. 현대자동차는 우버와 협력해 개인항공기 S-A1을 선보였다. 전기 추진방식의 수직이착륙이 가능한 5인승 비행체다.

PAV 개발을 위해 한화시스템은 미국 K4 에어로노틱스에 약 295억 원을 투자했으며 한국항공우주원은 최근 최대 시속 200km의 1~2인승 개인항공기 개발에 나섰다.
PAV 실현을 위한 핵심기술
3차원 교통망 구축을 위해서는 관련 법·제도 정비와 함께 탐지 및 인식, 자율지능, 시스템 기술 등의 핵심기술과 항법센서, 임무센서, 상태진단 및 예측, 원격조정 등의 원천기술의 확립이 필요하다.

PAV 핵심기술은 ▲추진계통 ▲소재 및 구조 ▲제어·안전 ▲공력 ▲항행·통신 ▲배터리 ▲사이버보안 등의 영역에서 개발되고 있다.
추진계통에서는 전기추진수직이착륙(eVTOL), 엔진 출력 효율 개선, 동력·추력 계통 부문 소음저감 기술(Ducted Fan 등), 차세대 로터·프로펠러 기술(Bladeless Propeller), 파워드레인(전력전자장치 등) 등이 필요하다.

소재·구조 부문으로는 저중량 고강도 복합 소재 개발·적용, 기체 저중량을 위한 최적 설계 기술(Fly by Wire 등), Dual Mode(도로주행·비행) 움직임 구현을 위한 형상 변경 기술(Tiltable Fan 등) 등이 개발되어야 한다.

제어·안전 영역은 조종성 향상 및 추력조절, 복합 안전구조 메커니즘(Fail-Safe Mechanism) 설계, 파일럿사출시스템 및 탄도회복패러슈트(Ballistic Recovery Parachute), 생체측정센서 등에 대한 연구가 선행되야 한다.

항행·통신 분야는 자동비행(Automatic Flight) 및 자율비행(Autonomous Flight) 기술을 비롯한 최적항로 예측 기술, 집단 PAV 관제 기술, 장애물 탐지 및 충돌회피방지 알고리즘·센서, GPS 등의 기술을 요한다.

이와 함께 최적 Body 형상 설계를 통한 양력 극대화 및 항력 최소화 기술과 연료전지, 니켈수소전지, 리튬이온배터리 등 차세대 배터리 기술 및 에너지 밀집도 개선 연구가 이뤄져야 한다.

PAV 상용화 선결과제
PAV가 상용화되기 위해서는 엔진과 로터 블레이드에서 비행 중 발생하는 소음문제가 해결될 필요가 있다. 향후 시장에 공개될 PAV에는 소음 저감에 유리한 분산전기추진방식(Distributed Electric Propulsion)이 적용될 예정이다. 최근에는 블레이드가 없는 프로펠러(Bladeless Propeller) 기술도 개발이 진행 중이다.
자율비행 또는 고도화된 자동비행을 통한 다수의 PAV가 운영되기 위해서는 사이버보안 역시 빼놓을 수 없는 중요한 부분이다. 기체들 간의 안정적 통신 기술을 기반으로 한 커넥티드 체제 구현이 필요하다.

하나의 PAV가 외부 사이버해킹 공격에 노출되면 연결된 다른 PAV들은 물론 항공교통관제(Air Traffic Control) 등 IoT 환경에 놓인 인프라 모두에 심각한 보안 문제를 야기할 수 있다.

통신 및 자율비행 기술 실현을 위해 PAV에 연결된 인프라들은 점차 디지털화되고 소프트웨어를 기반으로 구현되는 기능들은 늘어날 것이다. PAV 내 전자제어유닛(Electronic Control Units, ECUs) 수가 상당량 증가하게 되면서 사이버해킹 대상의 잠재적 공격포인트도 함께 늘어나게 되는 셈이다.
또한 PAV가 군부대나 경찰 임무수행 자원으로 활용되기 위해서는 틸팅 덕트와 같은 터보프롭 엔진이 여러 방향으로 회전·추진될 수 있는 차세대 고성능 제어기술이 확보되어야 한다.

나아가 PAV가 시민들에게 충분한 신뢰를 얻으려면 PAV 기체 내 센서들로부터 송출되는 데이터를 기반으로 고장을 예측·진단할 수 있거나 유사시 파일럿이나 승객들을 탈출시키는 긴급사출시스템, 문제가 발생한 PAV 자체에 걸리는 탄도회복패러슈트(Ballistic Recovery Parachute) 등을 장착해 인명피해를 방지해야 할 것이다. 여기에 PAV 자동 착륙이 가능한 생체측정센서 등 다양한 고신뢰성 다중 안전구조(Fail-Safe) 기술이 동반되어야 할 것이다.

PAV 시장 전망
드론 관련 기술의 성숙화와 개인이동의 자유증진을 목표로 한 대형서비스공급자의 서비스 제공계획에 따라 최근 PAV 시장이 급부상하고 있다.

글로벌 모빌리티 전문 컨설팅 기업 Mobility Foresignts의 보고서에 따르면 항공택시 서비스에 공급되는 PAV와 개별 PAV는 총 94대(2018년 기준)에 이르는 것으로 집계됐다. 이를 연평균 성장률(CAGR) 46%로 가정할 경우 오는 2025년에는 1,327대에 이를 것으로 예측된다.

또한 PAV 전체 시장가치는 2018년 약 5,000만 달러 수준에서 CAGR 34.3%로 가정 시 오는 2025년에는 약 4억 달러까지 성장할 것으로 예상된다. PAV 미래 시장가치는 비즈니스 유형에 따른 핵심기술믹스의 발전추이와 이에 대한 법·제도적 기반에 따라 크게 달라질 것으로 보인다.

글로벌 투자 전문 기업 모건스탠리는 PAV 시장은 오는 2040년까지 2.9조 달러로 성장할 것으로 전망했다.
저소음·무공해 분산전기를 비롯한 전기모터·배터리, 자율비행(AI), IoT 등 관련기술이 점차 고도화되고 미국의 우버와 같은 대형 개인운송 서비스 공급자의 사업 계획에 따라 PAV 시장은 전 세계의 주목을 받고 있다.

美항공우주국(NASA)은 PAV 시장이 2030년에 이르면 연간 25만 대(세계 자동차 시장의 3% 수준)에 달할 것으로 전망했으며 한국산업개발연구원은 2030년 연간 약 19만대 규모의 세계 시장(국내 연간 6,200여 대)이 형성되며 연평균 성장률 5.6%를 기록할 것으로 예측했다.
드론은 4차 산업혁명 핵심기술의 집합체로 인공지능, 탑재센서, 소프트웨어, 5G 통신 등의 기술이 활용된다. 드론의 활용·응용범위가 확대됨에 따라 위치 기반 정보의 중요성이 커지면서 정밀 항법시스템에 대한 연구개발도 한창이다.

이와 함께 드론 운용 및 제어를 위한 오픈소스 플랫폼에 대한 상용화도 활발히 이뤄지고 있는데 오픈소스 플랫폼으로는 아두파일럿(ArduPilot), 멀티위(MultiWii), 플렛스봇(Flexbot), 오픈파일럿(OpenPilot) 등이 있다.

드론이 활성화될 경우 불법촬영, 테러 위협 등 악용사례도 증가할 것으로 예상되는 만큼 무인비행체 대응용 대공 방어 솔루션을 갖춘 종합 안티드론에 대한 기술 개발도 진행 중이다. 센서에 따른 탐지기술(음향, 방향, 영상, 라이다 등), 비행 무력화 기술(전파 교란, 드론 파괴, 포획 등), 탐지 및 식별 기술 등이 이에 해당한다.
과학기술정보통신부는 지난 12월 ‘2020년도 무인이동체 기술개발사업 시행계획’을 공고하고 육·해·공 무인이동체에 모두 적용할 수 있는 공통부품 기술 개발 및 다수의 무인이동체 간 자율협력을 위한 통합운용체계 구현을 위해 총 269억 원을 투자한다.

새로운 드론서비스 모델 창출을 위해 ▲Data ▲Network ▲AI 기술을 접목한 DNA+ 드론기술개발도 2020년부터 2024년까지 진행되는데 이를 위해 과기정통부는 총 450억 원을 배정했다. 뿐만 아니라 저고도 무인비행장치 교통관리체계 기술개발을 위해 2020년 30억 원을, 무인이동체 중소기업 성장 지원에 25억 원을, 재난 예방·대응을 위한 무인기 개발에 17억 원을 투입한다.
앞서 지난 2017년에는 무인이동체 기술혁신과 성장 10개년 로드맵을 발표하고 6대 핵심기능기술 및 5대 용도별 플랫폼 개발에 대한 계획을 밝혔다.

6대 공통핵심기능기술은 ▲탐지 및 인식 ▲자율지능 ▲인간·이동체 인터페이스 ▲통신 ▲이동 및 작업 ▲시스템 통합 등이며 5대 용도별 플랫폼에는 ▲심해저, 혐지, 고고도 등 극한환경 내 운용(극한환경형) ▲개인 수요 및 편의에 최적화(근린생활형) ▲로봇기술을 결합을 통한 작업효율 극대화(전문작업형) ▲다수·다종 무인이동체 간 통합운용 가능(자율협력형) ▲융·복합형 등이 해당한다.