전기전자/정보통신

Nikkei Electronics_2020.3 Breakthrough (p20~48)

‘하늘을 나는 자동차’ 급상승
우버가 선도, 도요타도 참전

제1부: 동향
eVTOL기, 2023년의 이륙을 목표 -- 도요타가 하늘의 MaaS를 지원

대형 배차 서비스 업체인 미국 우버 테크놀로지스(Uber Technologies)가 ‘하늘을 나는 자동차’에 의한 모빌리티 구상을 발표한지 어언 3년이 되었다. 우버와 신흥기업을 중심으로 항공업계까지 가세하며 하늘을 나는 자동차 실현을 위한 움직임이 빨라지고 있다. 마침내 대형 자동차 제조사가 이 분야에 진출. 2023년의 상용 서비스 개시가 현실성을 띠기 시작했다.

“3년 전에는 꿈 같은 얘기라고 했다. 그러나 에어 모빌리티 실현을 위한 움직임은 예상 보다 진전되어 현실화 되고 있다. 대형 자동차 제조사가 가세함으로써 이 흐름은 더욱 가속화될 전망이다”. 우버에서 하늘의 라이드셰어 ‘Uber Air’를 위한 기체 개발을 진두 지휘하는 무어(Moore) 씨는 2020년 1월에 개최된 수직이착륙(VTOL)기 업계의 이벤트 ‘Transformative Vertical Flight 2020’의 단상에서 이렇게 말했다.

우버는 2023년의 상용 서비스 개시를 목표로 2016년경부터 공격적으로 활동하고 있다. 이 목표 달성을 위해 반드시 필요한 것은 ‘하늘을 나는 자동차’로 불리는 전동 VTOL(eVTOL)기 이다.

Uber Air와 같은 도심에서의 ‘하늘의 라이드셰어’ 및 ‘에어 택시’는 ‘UAM(Urban Air Mobility: 도심 항공 모빌리티)’으로 불리고 있다. 행정 등이 도심의 교통정체를 해결하는 수단으로서 기대를 모으고 있으며 이전부터 eVTOL기 이용에 관한 연구가 추진되고 있다.

우버는 eVTOL기를 이용해 헬리콥터보다 운임을 저가로 한다. 파일럿이 필요 없는 자율주행과 결합된다면, 자동차의 라이드셰어보다 저렴한 운임이 가능할 것으로 보고 있다. 또한 자동차로 이동하는 것에 비해 수 분의 1의 시간이면 가능하다. 이처럼 비약적으로 편의성이 향상됨에 따라, UAM시장은 급속도로 확대될 가능성이 크다.

우버를 비롯한 UAM업계는 자동차 업계에 기대를 모으고 있다. 이는 자동차 업계가 항공기 제조를 상회하는 속도로 저렴하게 양산하는 노하우를 보유하고 있으며 전동화 경험도 풍부하기 때문이다.

eVTOL기가 현실성을 띠게 된 것은 하이브리드차 및 전기자동차(EV)와 같은 전동 차량용으로 모터 및 인버터의 소형∙경량화, 고출력화, 2차배터리의 용량 증대 및 비용 절감이 진행되었기 때문이다. 수 명을 태워 수 km를 비행하는 UAM 용도의 경우, 2차배터리 전력만으로 비행하는 ‘풀(Full) 전동형’의 eVTOL기를 달성할 수 있는 수준이 되었다.

-- 자동차 업계로부터 도요타가 참전 --
2019년 후반에서 2020년 초반에 걸쳐 한국의 현대자동차와 도요타자동차와 같은 대형 자동차 제조업체가 잇따라 eVTOL기 사업에 본격적으로 진출한다고 선언해 UAM업계는 크게 요동쳤다.

먼저 움직인 것은 현대자동차이다. 현대는 UAM부문 설립을 2019년 9월에 발표. NASA의 저명한 연구자인 Jaiwon Shin 씨를 책임자로 영입했다. 2020년 1월의 ‘CES 2020’에서는 eVTOL기의 디자인 및 eVTOL기와 자율주행차를 연계한 도시교통의 미래상을 선보이며 우버와의 협업을 선언했다.

그로부터 1주일 뒤, 도요타자동차가 본격적인 참여 의지를 표명. eVTOL기를 개발하는 미국의 신흥기업 Joby Aviation에 3억 9,400만 달러(약 433억 4,000만엔) 출자를 공표했다. 원래는 도요타 산하의 미국 Toyota AI Ventures가 Joby에 출자하고 있었다. 이번 투자로 Joby의 조달액이 누계 7억 25,000만달러(약 792억엔)에 이르렀다.

자금 지원뿐만 아니라, 도요타는 eVTOL기 양산에도 관여. 기체의 설계 및 소재, 전동화 기술 개발에 관여함과 동시에, ‘도요타 생산방식’의 노하우를 공유한다. 전동화에 관해서는 도요타그룹의 덴소가 항공기 장비 대기업인 미국 Honeywell International과 제휴해, eVTOL기용 모터 및 인버터 개발을 공동으로 추진하고 있다. 이처럼 도요타그룹 차원에서 eVTOL기 상용화를 뒷받침한다.

-- 우버의 백서가 계기 --
이전부터 eVTOL기 개발은 시행되어 왔으나, 우버가 2016년 10월에 발표한 Uber Air의 구상을 정리한 백서를 계기로, 우버를 중심으로 eVTOL기로의 신규 참여 및 개발 성과의 발표 등이 활발히 이뤄지고 있다. 또한 우버와는 다른 수단으로 eVTOL기에 의한 UAM실현을 노리는 신흥기업이 잇따라 등장했다.

eVTOL기 개발 기업은 지금까지 미국 및 유럽, 중국과 같은 해외가 중심이었으나, 2018년 후반에는 일본에서도 창업하거나, 산∙관∙학을 뛰어넘는 조직이 발족되는 등 움직임이 활발해졌다.

그 결과, eVTOL기에 의해 UAM 보급을 위한 5가지 과제가 해결을 눈앞에 두고 있다. (1)기체 개발, (2)사업 모델의 구축, (3)이착륙장 및 전력 공급 등의 지상 인프라 정비, (4)안전 기준 및 소음 규제와 같은 각종 규제의 구축, (5)사회 수용성 향상이다. 이들 중, 기체 개발은 최근 커다란 진전이 있었다. 소규모 운항일 경우, 2023년~2025년의 상용화는 사정권 안에 들어왔다. 2030년의 본격적인 가동도 더 이상 꿈 얘기가 아니다.

제2부: 우버 진영
하늘로 펼쳐지는 ‘우버 생태계’ -- 약진하는 기체 제조사

차세대 UAM(Urban Air Mobility) 실현을 위한 우버 테크놀로지스의 기세가 멈추지 않고 있다. 기체 제조사 8사를 중심으로 다양한 분야의 기업과 협업해 에코 시스템을 확대하면서 2023년의 상용 서비스 개시를 향해 전진하고 있다. 우버와 협업하면서도, 기체 제조사 또한 하늘에서의 이동 혁명의 물살을 타기 위해 독자적인 활동에 나서고 있다.

거대한 ‘MaaS(Mobility as a Service)’ 플랫폼을 중심으로 일상생활을 뒷받침하는 기업이 된다는 야망을 가진 우버는 자동차 라이드셰어 서비스 ‘UberX’를 시작으로, 자동자전거, 전동킥보드의 공유 서비스, 공공교통의 환승 안내 기능 ‘Transit’을 제공하는 등, 이동 수단의 ‘멀티모달(Multi-model)화’를 추진해왔다. 또한 요리 배달 서비스 ‘Uber Eats’를 발판으로 식료품 배달에도 본격적으로 진출할 것으로 지목되고 있다.

그런 우버에게 하늘의 라이드셰어 ‘Uber Air’는 매우 중요한 차세대 사업이다. 2023년의 상용 서비스 개시를 목표로 2020년에 실증시험을 개시. 미국의 댈러스, 로스앤젤레스, 호주의 멜버른이 그 대상이다.

이와 같은 스케줄을 달성하기 위해 열쇠가 되는 것은 전동의 수직이착륙(eVTOL)기의 실용화이다. 우버의 자동차 라이드셰어 서비스는 운전자가 소유한 차를 이용하기 때문에 리스크가 작으며 확장하기 쉬운 사업 모델이었다. 그에 반해 하늘의 라이드셰어는 eVTOL기를 실용화하는 것부터 시작하지 않으면 안 된다. 우버의 목표인 자동차의 라이드셰어 보다 저렴한 운임으로 하기 위해서는 기존의 헬리콥터보다 많은 eVTOL기를 갖춰야 할 필요가 있다.

이에 따라, 우버는 NASA의 연구자였던 마크 무어 씨를 기체 개발의 책임자로 영입해 Uber Air용 기체의 연구개발 등을 추진했다. 그 결과물로, ‘eCRM(eVTOL Common Reference Model)’로 불리는 샘플용 시리즈를 공개해왔으며, 외부 기업에 의한 eVTOL기 개발을 촉구하는 것이 주된 목적이다.

우버는 자동차의 라이드셰어와 마찬가지로 기체를 제조∙소유하지 않고 서비스 프로바이더를 고집한다. 자체 업무는 샘플기 개발 및 검증 등에 한하며, 파트너 기업에게 상용기 개발 및 제조 의탁 방침을 고수. 기체 개발에는 2020년 1월 시점에 8사가 파트너로서 이름을 올리고 있다.

우버가 제시하는 사양은 파일럿 1명과 승객 4명이 탑승할 수 있는 5인승이며, 2차배터리의 전력만으로 비행하는 ‘풀 전동형’. 이동 거리는 최대 60마일(약 96km), 순항 속도는 시속 150마일, 급속 충전 대응과 같은 것이다.

우버는 다양한 입장의 이해 관계자와 함께 2016년경부터 ‘Uber Elevate’라는 프로젝트를 추진했다. 그 이후 2017년부터 연차 이벤트 ‘Elevate Summit’을 개최해 추진상황을 공개해 왔다. 또한 기체에 필요한 전동화의 요소기술 및 설계 시의 시뮬레이션 기술, 이착륙장 및 충전기와 같은 인프라, 운항관리 시스템까지 외부 단체의 협력을 구하며 Uber Air 실현을 위한 준비 태세를 갖추고 있다.

-- 헬리콥터로 ‘물밑 작업’ --
-- Joby가 실증시험기를 제공하나? --
-- eVTOL기의 꿈이여 다시 한번 --
-- NASA의 프로젝트에 참여 --
-- CES로 신형기, 운항 관리도 --
-- Embraer도 전방위 체제 --

제3부: 우버의 대항 세력
미국과 유럽 기업이 우버에 대항 -- 일본도 맹렬히 추격, 유인 비행 개시

우버가 독점하고 있는 차세대 UAM(Urban Air Mobility) 업계. 그러나, 미국 및 유럽, 중국 각지에서 독자적인 eVTOL기를 주축으로, UAM 서비스까지 구축하려는 움직임이 엿보인다. 수십 억엔~100억엔 정도의 투자를 조달한 신흥기업 및 Airbus와 같은 대형 항공기 업체가 그 주인공이다. 뒤처진 일본 기업도 서둘러 그 뒤를 쫓고 있다.

자율비행이 가능한 전동 수직이착륙(eVTOL)기로 안전한 모빌리티 서비스를 제공한다는 목표를 향해, 신흥기업 중 선두에서 활약하고 있는 것이 독일 Volocopter이다. Volocopter는 2012년에 창업해 독일 Daimler나 중국의 Zhejiang Geely Holding Group(浙江吉利控股集团), 미국 인텔캐피탈 등으로부터 출자를 받고 있다. 그 총액은 8,500만유로(1유로 120엔 환산으로 102억엔)에 달한다. 2025년까지의 상용 서비스 개시를 위해 급속도로 개발을 추진하고 있다.

Volocopter의 전략은 우버와 크게 다르다. 예를 들어 18개의 회전날개를 탑재한 풀 전동형 기체는 2인승이다. 이것은 Uber Air의 5인승보다는 적다. 그러나 “전동기이므로 운용 비용이 저렴해 운임을 줄일 수 있다”라고 Volocopter의 Reuter CEO는 말한다. 2인승 기체로 한 것은 소음을 줄이기 위해서이다. 3인승 이상의 기체인 경우, 도심에서 비행할 수 있는 수준으로 정음화하기 위해서는 많은 어려움이 따른다고 판단했다.

전력 공급 방법 또한 다르다. 우버는 급속충전을 지향하고 있는 것에 반해, Volocopter는 배터리를 교체한다. 약 5분만에 교체하는 것을 목표로 한다.

-- 싱가포르에서 시험 비행 --
창업 이래, 순조롭게 실적을 쌓아 온 Volocopter는 2019년에 기체와 인프라 면에서 커다란 진전이 있었다. 예를 들어, 2019년 8월에 에어 택시용 상용기 ‘VoloCity’를 발표. 기존의 시험기 ‘2X’를 기반으로 개발했다. VoloCity는 유럽항공안전기관(EASA)이 VTOL기용으로 2019년 7월에 책정한 안전기준 ‘SC-VTOL’을 충족시킨다고 한다. 순항 속도는 최고 시속 110km로, 항속거리는 35km이다. 2X에는 없는 화물 공간을 설치했다.

그 후, 2019년 10월에는 싱가포르에서 개최된 교통시스템 등에 관한 이벤트 ‘26^th ITS World Congress’에서 비행 시연과 더불어, 영국 Skyports와 공동으로 개발한 이착륙장 ‘VoloPort’의 컨셉트 모델을 선보였다.

-- 실물 크기의 이착륙장을 전시 --
-- 시속 300km의 기체 --
-- ‘자율주행의 아버지’의 하늘 나는 자동차 --

-- 나스닥(NASDAQ) 상장의 중국 기업 --
‘드론 대국’인 중국의 신흥기업으로는 EHang이 있다. 2019년 12월에 미국 나스닥 증권거래소에 상장해, 실용화를 위한 자금을 조달했다.

지금까지 EHang은 ‘EHang 184’와 그 후속기 ‘EHang 216’의 2기종을 개발했다. 그 중 216을 2019년 6월말(첫 번째)과 10월(두 번째)에 고객에게 인도했다고 한다. 고객은 구미(歐美)와 아시아에 있으며 교통 및 여행용, 구급용 등에서의 이용을 상정하고 있다.

소형 드론으로 축적한 자동조정 기술을 적용해 좌석에 있는 태블릿 단말기로 출발지와 도착지를 지정하는 것만으로 탑승자가 조작하지 않고도 이동할 수 있게 된다. 조작은 원칙적으로 자동 조정이며 지상 시설에서 집중 관리하는 것을 상정한다. 따라서 184와 216기종을 ‘Autonomous Aerial Vehicle(AAV)’라고 부른다. EHang에 따르면 이미 중국 내외에서 eVTOL기에 의한 총 2,000회 이상의 비행 시험을 실시해 안전성을 확인했다고 한다.

-- 프로젝트의 집약을 추진하는 Airbus --
프랑스의 Airbus 그룹은 대형기에서 소형기까지 전동 추진계를 갖춘 전동항공기 개발에 주력하고 있다. 그 중 소형기에 해당하는 것이 eVTOL기이다.

Airbus에는 지금까지 크게 3가지 프로젝트가 존재했다. 그것은 (1)‘CityAirbus’와 (2)’Vahana’, (3)’Pop.Up’이다. 그 중 2020년 1월 시점에서 계속해서 하고 있는 것이 CityAirbuse이다. 2019년 5월에 시험기 비행에 성공. 2023년의 실용화를 목표로 추진하고 있다.

-- 일본 기업도 드디어 유인 비행 시험 --
일본에서도 신흥기업이 등장했다. 민간비영리단체인 ‘CARTIVATOR’와 모기업인 SkyDrive는 eVTOL기를 공동으로 개발 중에 있다. 2023년의 기체 판매 개시와 2026년의 양산을 목표로 하고 있다.

SkyDrive가 원하는 기체의 특징은 소형이며 지상에서도 주행할 수 있는 것이다. 2인승이며 순항 시에 최고 속도 100km를 달성하는 것이 목표이다.

2018년 12월에 야외에서의 무인 비행에 성공해 2019년 9월에는 15억엔의 자금을 조달했으며 누계 금액이 20억엔에 달한다. 2019년 12월부터 유인 비행 시험을 개시. 2020년에는 도쿄올림픽∙패럴림픽 기간인 8월에 유인 비행으로 공개 시연을 실시할 예정이다.

제4부: 기체 설계
전문가가 기체를 평가 -- 공력(空力) 활용으로 노포에 승리의 깃발

각 사가 개발 중인 하늘 나는 자동차의 실력은 어떨까? 야마하 발동기의 사업용 무인 헬리콥터 ‘Rmax’ 및 틸트윙(Tiltwing)에 의한 수직이착륙 항공기 등의 개발 경험을 가진 전문가가 항속 거리, 최대 적재량, 수직이착륙의 능력, 소음, 안전성 등의 관점에서 공개 정보를 기반으로 기체를 분석했다.

국내외에서 개발이 추진되고 있는 하늘을 나는 자동차의 용도는 ‘하늘을 나는 택시’이다. 다시 말해, 동일한 도심에서의 거점간, 공항과 도시간과 같은 목표 지점을 서로 연결해 목적지까지의 직선 이동을 전제로 한다. 운용 범위를 근교 도시와 공항으로 생각했을 경우, 항속거리로 100km는 필요하다.

승객 수는 최저 2명. 표준 승객 수를 생각하면 4명정도가 좋다. 파일럿 1명과 수하물 등이 추가되기 때문에 최대 적재율(페이로드)은 500kg 정도가 적당하다.

활주로를 갖추기 힘든 도심을 비행하는 것을 상정하고 있기 때문에 이착륙 거리는 거의 없는 것이 좋다. 도시 상공을 날기 때문에 소음 대책도 필수다. 또한 사람을 운반하기 때문에 ‘언젠가는 반드시 낙하한다’라는 것을 전제로, 리스크를 꼼꼼히 평가해 여러 방법을 통해 승무원이 살아남을 수 있는 대책도 중요하다.

그 요건을 정리하면, (1)100km의 항속거리, (2)500kg 정도의 페이로드, (3)수직에 가까운 이착륙 성능, (4)저소음, (5)충분한 안전성이 확보되어야 할 필요가 있다. 이 중 (1)항속거리와 (2)페이로드는 이착륙, 이동에 있어서 소비 에너지를 최소화하는 것이 해결의 지름길이다. (3)이착륙 성능과 같은 요건을 추가해 고려할 필요가 있다.

-- 고정 날개 측에 의한 양력(揚力)이 중요 --

 -- 끝 --

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