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Nikkei Electronics_2022.10 특집 요약 (28~61)

플라잉카, 2025년 일본에서 상용 운항
오사카·간사이(関西) 박람회에 상용 운항 목표

전동수직이착륙기(eVTOL), 이른바 ‘플라잉카’의 상용화가 가까워지고 있다. 그 계기가 되는 것이 2025년 4월에 개막하는 오사카·간사이(関西) 박람회로, 플라잉카의 상용 운항 실현을 목표로 하고 있다. 

하지만 항공기 수준의 안전한 기체 개발뿐 아니라, 이착륙장과 각종 제도 정비, 사회 수용성 확보 등 난제가 산적해있다. 플라잉카의 사회 구현을 위한 최신 동향과 기술 개발, 환경 정비 등을 소개한다.

Part 1. 총론
자동차 업체도 플라잉카 시장에 잇따라 참여, 2050년에 100조엔 이상 시장

향후, 100조엔을 넘는 거대 시장을 형성할 것이라는 예측도 나오고 있는 ‘플라잉카’, 즉 전동수직이착륙기(eVTOL)의 사회적 구현이 머지않았다. 국내에서의 본격적인 시동의 장은 개막을 3년 앞둔 '2025년 일본국제박람회'(오사카·간사이엑스포, 4월 13일~10월 13일)이다. 그러나 기체 개발을 포함해 실현을 위한 과제들은 많다. 최신 동향을 살펴보았다.

오사카·간사이엑스포에서 정부 등 관계자가 목표로 하고 있는 것은 eVTOL의 단순한 데모 비행이 아니다. 엑스포 장소인 유메시마(夢洲)를 중심으로 복수의 노선에서 상용 운항을 실현하는 것이다.

구체적으로는, 박람회장 주변의 유람 비행이나, 수요가 높을 것으로 전망되고 있는 공항과 박람회장을 연결하는 노선 등이 후보로 떠오르고 있다. “오사카·간사이엑스포는 플라잉카가 사회적으로 구현되는 모습을 보여주는 일본 최초의 무대가 될 것이다. 

어디까지 실현할 수 있을지 모르는 도전이지만, 이후의 사회 구현 실현을 위해 안전한 비행을 목표로 하고 싶다”(경제산업성). 해외에서는 2024년 7월 26일에 개막하는 파리 하계 올림픽에서 상용 운항을 목표로 하는 움직임도 보이지만, 준비에 소요되는 시간 등의 문제가 있어 본격적인 상용 운항의 모습을 선보일 수 있는 것은 오사카·간사이엑스포가 세계 최초가 될 가능성도 있다.

오사카·간사이엑스포에서의 상용 운항 준비를 진행하고 있는 오사카부(府) 상공노동부 성장산업진흥실 산업창조과 산업화전략그룹은 “엑스포에서는 eVTOL을 사용한 비즈니스 모델을 제일 먼저 선보이고 싶다”라고 한다. 실제로 세계적으로도 오사카부는 eVTOL의 사회적 구현에서 선두를 달리고 있다.

물론 오사카·간사이엑스포는 eVTOL 비즈니스의 시작점에 불과하다. 오사카 부가 올 3월 발표한 '오사카 버전 로드맵' 등에 따르면 2025년경의 초기 eVTOL은 라이선스를 취득한 조종사의 조종으로 한정된 노선에서 정기 운항한다. 

이후 2030년경 확대기의 eVTOL에는 자동화 비율이 높아져 조종사가 탑승하지 않는 원격조종이 도입되고, 2035년 이후 성숙기의 eVTOL에는 사람이 조종에 관여하지 않는 자율비행에 의한 고밀도 운항이 실현된다. 이렇게 되면 최대 목표인 도시지역에서의 '에어택시' 비즈니스가 성사되고 시장은 단숨에 확대될 것이다.

야노경제연구소는 5월, eVTOL의 세계시장 조사 결과를 발표했다. 이에 따르면 2025년의 시장 규모는 146억엔에 불과하지만, 2030년에 6조3,900억엔, 2035년에 19조5,800억엔 그리고 2050년에는 122조8,950억엔 규모로 성장할 것으로 예측했다.

-- 2030년에 7,000대 운항 전망 --
eVTOL에 이처럼 큰 기대가 모아지고 있는 것은 ‘전동’, ‘수직이착륙’, ‘자율조종’이라는 3가지 특징때문이다.

eVTOL의 임팩트는 엔진을 동력원으로 하는 기존의 헬리콥터와 비교하면 알기 쉽다. 우선 전동화함에 따라 부품 개수가 큰 폭으로 줄어든다. 이로 인해 양산화가 전제이긴 하지만 기체 비용이 저렴해지고 정비 비용도 낮아진다. 앞으로 자율조종이 실현되면 조종사가 불필요해 운항 비용도 저렴해질 것이다.

헬리콥터는 수직이착륙이 가능은 하지만 상당히 어려워 위험을 피하기 위해 대각선비행으로 이착륙하는 반면, eVTOL은 수직이착륙이 전제이기 때문에 이착륙장(버티포트, V포트) 설치의 자유도가 헬리콥터보다 현격히 높아진다.

“사실 헬리콥터는(닥터 헬기 이외) 사람의 이동에는 거의 사용되지 않고, 보도나 정찰, 점검 등 정보 수집이나 물자 수송을 위한 이용이 대부분이다”(헬리포트의 설계·건설을 담당하는 에어로퍼실리티(도쿄)). 

한편, eVTOL은 새로운 이동 수단으로서 일상의 '발'이 될 가능성이 있다. ‘상공의 이동 혁명을 위한 민관협의회’의 구성원 중 한 명인 게이오기주쿠(慶應義塾)대학 대학원 SDM연구소 나카노(中野) 고문은 “보급을 위해서는 시민들이 헬리콥터보다 안전하다고 생각할 수 있도록 하는 것이 중요하다”라고 말한다.

기체의 시장 규모에 대해서는 다양한 예측이 있다. 올 1월, 일렉트리컬 부문을 신설해 eVTOL 등 전동추진시스템 비즈니스에 뛰어든 영국의 롤스로이스는 "보수적인 예측이지만 2030년까지 세계적으로 약 7,000대가 운항될 것이다"라고 전망했다. 

지금까지의 항공기와는 차원이 다른 규모로, 이것이 미국의 조비 에비에이션(Joby Aviation)과 협업하는 도요타자동차 및 일본의 기체 제조사 스카이드라이브(SkyDrive, 아이치(愛知)현)와 제휴하는 스즈키 등, 양산 기술에 강점을 가진 자동차 업체 등이 참여하고 있는 이유이다.

-- 향후에는 택시 수준의 요금 --
그렇다고 해도 2~5인승이 중심인 eVTOL로 실제 어떤 운송 서비스가 전개될지 상상이 안 가는 독자도 많을 것이다. 현시점에서는 어디까지나 참고에 지나지 않지만, 일본항공(JAL)이 신에너지·산업기술 종합개발기구(NEDO)의 조사 위탁 사업 ‘플라잉카의 선도(先導) 조사연구’에서 실시한 오퍼레이션 체제·사업 모델에 대한 조사에서의 한 사례를 소개한다.

이 조사에서는 도시지역에서의 이용 사례로서 오사카국제(이타미)공항에서 시내 중심부의 난카이(南海)전철 난바역까지 직선 14.4km의 루트와 지방의 관광지를 연결하는 사례로 미에(三重)현 도바(鳥羽)시의 료칸 마을과 도시(答志) 섬 간 9.6km의 직선 루트에 대해 1인당 운임과 상정 이용자 수, 필요한 기체 수 등을 시산했다.

“현시점에서 추가되지 않은 것도 있지만 채산성에 대해 어느 정도 정확도가 높은 수치가 나온 것은 의미가 크다. 사업화될 수 있다고 생각하고 있다”라고 JAL 디지털 이노베이션 본부 에어 모빌리티 창조부의 우쓰미(內海) 어시스턴트 매니저는 말한다.

-- 엑스포 비행, 3가지 시나리오 --
현시점에서는 아직 불투명한 요소가 많지만, 만일 오사카·간사이엑스포에서 상용 운항이 실현된다면 어떤 모습일까? 닛케이 일렉트로닉스가 생각하는 주요 비행 시나리오는 3가지이다. 최선인 ‘베스트 시나리오’, 합격점인 ‘OK 시나리오’, 그리고 가장 있어서는 안 되는 ‘유감 시나리오’이다.

베스트 시나리오는 박람회장 주변의 유람과 함께 박람회장과 복수의 다른 장소를 연결하는 2 지점 간을 복수의 기체가 높은 빈도로 상용 운항하는 케이스이다.

OK 시나리오는 유람 외에 박람회장과 다른 1곳을 연결하는 루트에서 낮은 빈도로 상용 운항을 실현할 수 있는 경우이다. 운항 수는 적지만 이를 실현하려면 안전성이 확보된 기체를 사용하고, V포트 등 인프라 및 각종 제도 정비 등을 실시해야 하기 때문에 데모 비행과는 전혀 의미가 다르다.

반면 아쉬운 시나리오는 상용 운항을 실현하기 위한 준비를 마치지 못해 데모 비행만 실시되는 경우이다. 현 시점에서는 그럴 가능성도 배제할 수 없다.

그렇다면 상용 운항을 어떻게 실현해나갈 것인가? 엑스포를 주최하는 2025년 일본국제박람회협회는 2021년 8월, 출전 참가 설명회를 개최. 플라잉카에 대해서는 행사장 북서쪽에 위치한 '모빌리티 익스피리언스' 지역에 사업자의 협력을 얻어 이착륙 시설, 정비 보관고 등을 정비하고 "다양한 플라잉카의 유람 비행, 공항과 시내 등으로부터의 이동 등을 실현하겠다”라고 발표했다. 

구체적으로는 운항 사업자 및 이착륙장 사업자 등 협찬 기업을 현재 모집하고 있으며, 출전 멤버들이 중심이 되어 계획을 추진해나간다. 예를 들어, 기체는 운항 사업자가 선정하고 비행 가능 거리, 사업 계획, V포트의 정비 상황 등에 따라 관계 부처와 조율하면서 루트를 결정하게 된다.

“현재, 전세계 약 300개사가 약 600종류의 eVTOL을 개발하고 있다”(일본UAS산업 진흥협의회(JUDA)의 센다(千田) 부이사장). 그렇지만 2025년의 엑스포 개최까지 내공(耐空) 증명을 취득할 수 있을 것 같은 기체는 사실 몇 개 안 된다.

그 선두에 있는 것이 독일의 보로콥터(Volocopter)와 조비에비에이션(Joby Aviation), 영국의 버티컬 에어로스페이스(Vertical Aerospace)이다. “구미 관계자의 말에 따르면, 이들 기업들은 2024년경에 내공 증명을 취득할 수 있을 것 같다”(센다 부이사장). 

실제로 내공 증명을 취득한 기체가 오사카·간사이엑스포에서 비행할 수 있을지 여부는 비즈니스 등 여러가지 요인이 관련되어 있기 때문에 현시점에서는 그 가능성을 논하는 것 밖에 할 수 없지만, ‘기체 후보’임에는 틀림없다고 한다.

-- 멀티콥터로는 간사이공항에서 비행할 수 없어 --
향후 오사카·간사이세계박람회에서의 상용 운항 실현을 위한 검토가 진행되는 가운데, 기체와 관련해 크게 주목을 받을 것으로 예상되는 것이 항속거리와 배터리의 충전 시간이다. 이 두 가지가 eVTOL을 사용하는 에어택시의 비즈니스 설계에 크게 영향을 미치기 때문이다.

eVTOL에는 고정날개가 있는 타입과 고정날개가 없는 멀티콥터 타입이 있다. 또한 고정날개 타입은 추력편향형(Vectored Thrust)과 리프트크루즈형으로 나뉜다. 일반적으로 고정날개 타입은 순항 시 고정 날개의 양력을 사용할 수 있기 때문에 비행 효율이 높고 멀티콥터보다 항속 거리가 길다.

예를 들면 항속거리의 스펙 수치는 볼로콥터가 개발하는 멀티콥터형의 ‘VoloCity’(2인승)가 35km인데 반해, 조비에비에이션의 추력편향형 'S4'(5인승)는 약 240km로 큰 차이가 있다. 

이 때문에 멀티콥터형은 에어택시에서 수요가 많은 공항에서 도시로의 이동이나 도시 간의 이동에는 사용되지 못할 수 있다. 실제로 오사카부 상공노동부는 멀티콥터형으로는 간사이국제공항에서 엑스포장까지 비행하기 어려울 것으로 보고 있다.

JUIDA의 센다 부이사장은 “세계적으로 5인승의 추력편향형 개발 경쟁이 활발해지고 있다. 멀티콥터형 2인승은 루트가 한정되고 조종사 외에 1명만 탈 수 있어 수익화하기 어렵다”라고 말한다.

한편, 볼로콥터를 대상으로 VoloCity를 포함한 최대 100대의 구입 예약과 함께 추력편향형 기체를 개발하는 버티컬 에어로스페이스와도 구입 또는 리스 계약을 맺은 JAL은 “기존 사업에서도 다양한 기체를 사용하고 있어 항속거리에 따라 기체를 구분해 사용하는 것도 가능할 것이다. 멀티콥터형은 기체 구조가 단순하기 때문에 기체 비용 및 유지보수 비용이 낮아질 것으로 생각한다”(우쓰미 매니저)라고 한다.

스카이드라이브의 후쿠자와(福澤) CEO는 “컴팩트한 기체로 10km 이내의 단거리 이동에 사용할 수 있는 서비스 제공을 목표로 한다”라고 언급, 멀티콥터형의 활로는 여기에 있을지도 모른다.

-- 보이기 시작한 배터리의 한계 --
기체에 관련해 향후 최대 과제가 될 것으로 보이는 것이 ‘배터리 충전’이다. 에어택시로 수익을 내기 위해서는 V포트에 착륙한 기체를 빠르게 충전해 최대한 가동률을 높여야 한다. 하지만 현재 기술로는 충전에 상당한 시간이 소요된다.

예를 들어, eVTOL에 탑재되는 리튬이온전지 용량은 조비에비에이션의 S4가 1MWh 정도, 2인승 소형기체가 200kWh 정도 된다고 한다. EV(전기자동차)용 급속 충전기 출력은 국내에 설치된 것의 경우 50kW도 높은 편이다. 

구미에서는 200kW가 넘는 급속 충전기도 설치되어 있지만, 그래도 S4 충전에 5시간이나 걸린다는 계산이 나온다. 이 때문에 오사카·간사이엑스포에서는 배터리 교환 방식으로 대응하는 구상도 나온 것으로 알려졌다. 하지만 배터리 무게만 수 백kg 이상 되기 때문에 인력에 의한 교환은 어렵다.

“현재의 배터리 기술로는 eVTOL의 사업성을 담보할 수 없을 가능성이 높다고 보고, 최근 가스터빈과 배터리의 하이브리드에 의한 동력 시스템을 개발하는 기업이 증가하고 있다”(JUIDA의 센다 부이사장)라고 한다. 이것을 상징하는 것이 2021년 9월, 혼다가 밝힌 eVTOL로의 참여이다. 항속거리 최대 400km를 목표로, 도시 간 이동에서의 적용을 노리고 있다.

혼다가 개발하는 eVTOL은 하이브리드식으로 가스터빈으로 발전기를 가동. 큰 출력이 요구되는 수직이착륙시에는 가스터빈 발전기와 배터리의 전력을 조합하고, 고도를 확보한 후 순항 시에는 발전한 전력을 배터리에 축적하면서 모터를 구동해 비행한다.

혼다는 사업화 목표 시기를 2030년으로 잡고 2023년경에 미국에서 시작기 비행을 실시, 2025년에는 미국에서 하이브리드 엔진 기체 비행을 계획하고 있다. 사업화에 적합하다는 판단이 나오면 미 연방항공국(FAA)에서의 인증 취득을 추진할 방침이다.

Part 2. 해외동향
구미 ‘플라잉카'의 최전선, 2024년 상용서비스 개시를 노린다

구미에서는 일본보다 빠른 2024년경 eVTOL 서비스의 상용화를 목표로 한 움직임이 추진되고 있다. 이러한 해외에서의 기체 개발과 인프라 및 제도 정비, 비즈니스 설계 등의 최신 동향에 관한 정보는 플라잉카의 사회 구현을 추진하는데 있어서 크게 참고가 된다. 해외 동향에 밝은 미쓰비시종합연구소의 오오키 씨에게 설명을 부탁드렸다.

제3부: 요소기술
덴소의 고출력 모터에 업계 들썩, 혼다도 참여, 가스터빈 개발 경쟁도

eVTOL은 완전히 새로운 에어 모빌리티이기 때문에 기체 개발과 동시에 그 성능을 좌우하는 모터와 배터리 등의 요소기술, 이착륙장, 운행관리시스템 등 인프라 기술 등의 개발도 활발히 진행되고 있다. 최근에는 배터리 한계설도 나오고 있는 가운데, 가스터빈 발전기 개발 경쟁도 펼쳐지고 있다. eVTOL용 기술개발의 최전선을 소개한다.

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