한국항공우주연구원

공상과학 영화에서 자주 보아왔던 하늘을 나는 자동차, 혹은 PAV (Personal Air Vehicle)는 현실에서 만나게 될 가능성이 점점 높아지고 있다. 그동안 급속도로 발전하고 있는 무인기 기술과 접목하여 실용가능성이 매우 높은 PAV들이 속속 모습을 드러내고 있다. 가장 먼저 비행시험에 성공해서 PAV의 실현가능성을 보여준 선구자는 테라퓨지아(Terrafugia) 사의 트랜지션(Transition)이다. MIT공대 출신의 연구원들이 만든 트랜지션은 자동차에 접이식 날개를 붙여서 지상주행과 비행이 가능하게 설계되었다. 다만 지상에서 주행시 다른 자동차와의 충돌시 안전을 보장할 수 없기 때문에 도로주행 속도가 제한되었고, 이로인해 수직이착륙이 가능한 틸트로터형 모델인 TF-X를 새롭게 개발하고 있다. 자동차용 안전관련 법규를 충족하기 위해서는 차량간 충돌시의 충격에 대해 견딜 수 있도록 강한 구조로 설계되어야 하기 때문에 무거워질 수밖에 없고 비행성능은 그만큼 감소하게 된다. 따라서 PAV는 도로주행을 최소화하고 수직이착륙 기능을 이용해 목적지에 직접 착륙할 수 있도록 설계하는 것이 바람직할 것으로 예상된다.​

네델란드에서 개발한 PAL-V는 오토자이로를 기반으로 한 1인승 PAV로서 지상주행시험과 비행시험에 성공하였다. 오토자이로는 헬리콥터와 달리 동력을 직접 회전로터에 연결하지 않고, 비행체의 전진 방향으로 추진력을 발생시키기 위한 프로펠러를 회전시켜 전진속도를 얻으면 앞에서 들어오는 바람에 의해 회전로터가 바람개비처럼 돌아가면서 비행체를 들어올리는 방식이다. 오토자이로 방식은 헬리콥터 보다 먼저 개발된 단순 회전익 항공기로서 구조가 매우 간단하고, 그동안 안전성이 충분히 검증된 방식이기 때문에 경제성과 안전성이 보장된 PAV로 판단된다.

전진비행을 위한 프로펠러에 연결된 동력을 순간적으로 클러치를 통해 회전로터에 연결시켜 잠시 동안 수직으로 이륙한 이후에 프로펠러로 동력을 전환하여 전진비행이 가능하도록 고안된 자이로콥터도 있지만, PALV-는 이런 복잡한 기능은 탑재되지 않은 순수 오토자이로여서 이륙을 위한 활주로가 필요하다.​

또 다른 방식은 최근 상업용 무인기로 매우 많이 활용되는 멀티콥터 형태의 PAV이다. 이 방식의 가장 선구자는 독일의 볼로콥터이다. 볼로콥터는 18개의 전동 프로펠러를 연결하여 이미 유인 비행시험을 수행한 바 있다.​

멀티콥터 방식의 PAV로는 구글창업자인 래리페이지가 개발한 1인승 멀티콥터 PAV인 키티호크가 있으며, 이미 비행동영상이 공개된 바 있다. 또한 중국의 이항 184 모델은 아직 사람이 탑승한 상태에서의 비행시험은 이루어지지 않았지만, 중국이 세계​시장을 장악하고 있는 멀터콥터 방식의 인프라를 이용해서 어렵지 않게 비행시험이 가능할 것으로 예상된다. 에어버스 팝업은 지상주행용인 바퀴부분을 분리한 후 비행이 가능한 방식으로 개발되고 있다. 최근 텍사스와 두바이에서 상업용 비행택시 운항계획을 발표한 우버의 엘리베이터도 역시 멀티콥터 방식의 PAV로서 공항과 도심을 직접 연결하는 비행서비스를 준비중이다.​

멀티콥터 방식의 PAV는 항공역학적인 설계를 따르지 않아서 비행효율은 좋지 않을 것으로 예상되지만, 드론기술을 응용해서 수직이착륙이 가능한 PAV를 손쉽게 개발할 수 있기 때문에 많은 개발자들이 선호하는 방식이다. 이런 PAV들은 탑승자가 전문적인 조종사 자격증을 받을 필요가 없이 자율비행이 가능한 EasyFly 기능이 요구되며, 전자지도상의 목적지만 설정하면 자동적으로 주변의 PAV들 혹은 지상의 장애물과 충돌위험없이 목적지까지 안전하게 비행할 수 있어야 한다. 따라서 PAV들이 안전하게 운용될 수 있는 교통법규와 안전운용을 위한 인프라 시설, 사고에 대비한 보험등이 필요하다. 이와 같은 국제적인 PAV 개발에 대응하기 위해서 국내의 PAV 개발과제가 시급하게 필요하며, PAV 운용을 위한 하늘 길과 교통체계, 관련 법규를 개발하고 시험할 수 있는 자율비행이 가능한 공역환경구축이 요구되고 있다.​

※ 이 글은 아래 링크의 기사 및 문서를 참조하여 작성하였습니다.

https://www.terrafugia.com/about-terrafugia/
https://www.pal-v.com/
http://www.ehang.com/ehang184/
https://kittyhawk.aero/
http://www.volocopter.com/
https://www.uber.com/info/elevate/summit/
http://www.italdesign.it/project/popup/
http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2017/06/13/2017061300023.html
http://blog.naver.com/hl3qmz/220740147234​