[논문]SORA 모델을 적용한 화물운송 한국형 도심항공교통(K-UAM) 시범운용 회랑의 운용위험도 평가 연구

남궁평; 엄정호; 이승근; 권태화

doi:10.12673/jant.2022.26.3.125

SORA 모델을 적용한 화물운송 한국형 도심항공교통(K-UAM) 시범운용 회랑의 운용위험도 평가 연구
A Study on the Operational Risk Assessment of cargo transport Korean Urban Air Mobility(K-UAM) trial operation corridor applying SORA Model 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.26 no.3, 2022년, pp.125 - 135

남궁평 (항공안전기술원 UAM 안전지원센터) , 엄정호 (대전대학교 대학원) , 이승근 (항공안전기술원 UAM 안전지원센터) , 권태화 (항공안전기술원 UAM 안전지원센터)

초록
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최근 항공산업 분야의 최대 이슈로 부각되고 있는 UAM(Urban Air Mobility)은 국내 뿐아니라 국제적으로 많은 관심이 집중되고 있다. 현재 우리나라는 미래 K-UAM 운용개념서 제정 등 정부 및 산학연을 중심으로 활발한 연구가 진행되고 있으나 아직까지 비행안전의 핵심 요소인 K-UAM 운용 환경에 대한 위험도 평가 방안은 마련되어 있지 않다. 따라서 본 논문에서는 유럽 JARUS(Joint Authorities for Rulemaking on Unmanned Systems)에서 제정한 SORA(Specific Operation Risk Assessment) 모델을 적용하여 정부가 추진하고 있는 화물 운송 목적의 K-UAM 운용 환경 및 특정 회랑을 대상으로 위험도를 평가하고 그에 따른 결과 분석을 통해 위험도 완화를 위한 정책 및 기술적 방안을 제시하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

UAM is emerging as the biggest issue in the aviation industry and which is attracting a lot of attention not only domestically but also internationally. In Korea, active research is being conducted centered on the government and industry-university research institutes, such as the establishment of a future K-UAM concept of operation. Therefore, in this study applies the SORA (Specific Operation Risk Assessment) model established by the European JARUS (Joint Authorities for Rulemaking on Unmanned Systems) to apply the K-UAM operation environment and specific corridor for the purpose of cargo transportation that will be operated in the future that the government is promoting. We intend to suggest policy and technical measures for risk mitigation in the initial operating environment by evaluating the level of risk and analyzing the results.

주제어

표/그림 (20)

표 표 1. 국내외 UAM 개발 동향 Table 1. Domestic and foreign UAM development trends
그림 그림 1. 유럽 항공안전청의 수직이착륙항공기 및 전기추진 시스템 특별요구조건 Fig. 1. European EASA special conditions for vertical take-off and landing aircraft and electric propulsion systems
그림 그림 2. 항공기 안전성 평가 지침 Fig. 2. Guideline of aircraft safety assessment
표 표 2. 항공기 안전성 평가 기준 및 내용 Table 2. Aircraft safety assessment guidelines and contents
그림 그림 3. SORA 모델의 개념 Fig. 3. Concept of SORA model
그림 그림 4. SORA 모델 절차 Fig. 4. Procedure of SORA model
그림 그림 5. 한강 헬기 회랑을 활용하는 K-UAM 시범운용 항로 Fig. 5. K-UAM demonstration route using Han River helicopter corridor
그림 그림 6. K-UAM 김포-잠실 회랑 비행 영역 Fig. 6. Flight profile of K-UAM Gimpo-Jamsil corridor
표 표 3. 운용위험도 평가 대상 수직이착륙 무인비행체 Table 3. Vertical take-off and landing UAS subject to operational risk assessment
그림 그림 7. K-UAM 김포-잠실 시범 운용 회랑 Fig. 7. K-UAM Gimpo-Jamsil corridor of Demo operation
표 표 4. 무인항공체계 지상위험도 분류 Table 4. Ground risk class for UAS
표 표 5. 서울시 지역별 인구 현황 Table 5. Population status by region in Seoul city
표 표 6. 김포-잠실 회랑의 지상위험도 산출 인자 Table 6. Factors of calculating K-UAM ground risk class of Gimpo-Jamsil corridor
표 표 7. 공중위험도 판단 기준 Table 7. Determination of air risk class
표 표 8. 김포-잠실 회랑의 K-UAM 공중위험도 Table 8. K-UAM air risk class of Gimpo-Jamsil corridor
표 표 9. 특정보장무결성수준 산출표 Table 9. Calculation of Specific Assurance Integrity Level(SAIL)
그림 그림 8. K-UAM 김포-잠실 시범 운용 회랑의 운용위험도 Fig. 8. Operation risk of K-UAM Gimpo-Jamsil corridor
표 표 10. 비행운용 시나리오별 안전등급 산출기준 Table 10. Safety class of calculation criteria for flight operation scenario
그림 그림 9. 위험도 완화 조치 절차 Fig. 9. Process of risk mitigation
표 표 11. 위험도 완화 방안 Table 11. Method of risk mitigation

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 서울 도심 공역의 김포-잠실회랑(Corridor)을 K-UAM 시범운용 단계(2025년)에 적용하는 특정 회랑(Specific Corridor)으로 설정하고 국내 B사 개발 기체를 대상으로 화물운송 목적의 무인항공체계의 운용위험도 평가 방법인 SORA 모델을 적용하여 운용위험도를 평가하였다.

가설 설정

화물 운송 K-UAM 운용위험도 평가를 위한 이착륙 장소는 정부에서 K-UAM 시범운용 장소로 검토하고 있는 서울 잠실 인근에 Vertiport 구축 및 김포공항 인근에 Vertiport를 구축하여 운용하는 것으로 가설하였으며 정부 K-UAM 운용개념서에 초기 시범 운용 단계는 유인기 형태로 운용하고 성숙기 단계인 2035년경 완전 자율비행 체계를 갖춘 무인기로 운용하는 것으로 명시되어 있으나 본 연구에서는 최종 운용 목표에 대비하여 화물운송 목적으로 무인형태의 K-UAM에 대한 운용위험도를 평가하는 것으로 가설하였다.

제안 방법

따라서, 본 논문에서는 미래 도심 하늘길을 이용하여 화물 및 승객 운송을 위한 한국형 도심항공체계(K-UAM ; Korean-Urban Air Mobility, 이하 ‘K-UAM’이라 한다.)의 시범운용에 앞서 화물 운송을 위한 무인형 K-UAM을 대상으로 특정 회랑(Corridor)에 대한 운용위험도평가(SORA; Specific Operation Risk Assessment, 이하 ‘SORA’라 한다.) 모델을 적용하여 위험도 평가 및 결과를 분석하고 완화 방안을 제시하였다.
본 연구를 위해 적용한 김포-잠실 회랑에 대한 지상 위험도 수준은 Intrinsic GRC의 경우 비행운용 개념 즉, 가시권 및 비가시권 비행영역과 지상에 분포하는 인구밀집 수준, 비행체 크기 등을 기준으로 표 4에 나타낸 바와 같이 SORA 모델에서 제시하는 Kinetic Energy 값을 기준으로 위험도 등급을 평가한다.

대상 데이터

본 연구의 운용위험도 평가 대상으로 선정한 국내 B사 개발 OO 형상의 최대 비행속도는 90 km/h이며 최대이륙중량은 220 kg이다. 이를 기준으로 공식(1)을 적용하여Kinetic Energy값을 산출하면 68.

이론/모형

고정익 및 회전익 유인항공기에 대한 안전성 검증은 미국 FAA Part 23, 25 등과 유럽 EASA의 CS-23, 25 등 항공기 유형별로 감항인증을 위한 기술기준을 적용한다.

성능/효과

본 연구결과의 시사점은 향후 운용하게 될 K-UAM의 운용 회랑 설정 시 공중위험도가 높지 않은 기존 한강 항로 활용은 가능하나 지상위험도는 매우 높으므로 위험 완화를 위해 이착륙장 설치 시 인구 밀집 지역 회피 등의 조치가 필요함을 증명하였다.
연구결과, K-UAM 시범운용 특정회랑에서 지상위험도는 매우 높은 수준인 ‘Go to Certified Category’로 평가되어 SORA 모델에서 제시한 위험도 평가 범위를 벗어나 별도의 감항인증 절차를 따라야 하며 공중위험도는 낮은 수준인 ‘B’ 등급으로 평가되었다

후속연구

SORA 모델은 화물 운송 무인항공체계의 비행안전을 위한 운용위험도를 평가하는 절차이므로 미래 승객운송 K-UAM의 설계 적합성에 대한 감항인증에 추가하여 특정 운용 회랑에 대한 위험도를 평가하는 보완요소로 활용이 가능하다. 앞의 2-3절의 표 2에 서술한 바와 같이 항공기 비행안전성을 평가하기 위한 여러가지 기준과 지침이 제정되어 있으므로 승객 운송을 위한 K-UAM의 시범운용 단계에서 적용 기체 및 특정회랑에 대해 다양한 방법을 적용한 안전성 평가를 통해 종합적인 비행안전 수준을 판단할 필요가 있다.
SORA 모델을 적용한 위험도 평가 결과를 참고하여 화물 운송 K-UAM 시범운용을 위한 최적의 비행안전, 즉 지상 및 공중 위험도가 낮은 회랑 설정의 자료로 활용이 가능하다. 안전한 비행을 위한 최적의 회랑은 지상 안전 요건 뿐만 아니라 공중 상황의 안전을 모두 고려해야 하므로 여러가지 회랑 대안을 바탕으로 회랑별 운용위험도를 평가하여 최적 회랑 설정을 위한 객관적 평가 방법으로 SORA 모델을 유용하게 적용할 수 있다.
따라서, 상기와 같은 항공기 유형별 국제 안전 설계 요구 기준을 참고하여 국내 도심 환경에서의 화물 및 승객 운송용 K-UAM의 설계 안전목표를 보수적으로 접근하여 설정하는 방안을 검토할 필요가 있다.
SORA 모델은 화물 운송 무인항공체계의 비행안전을 위한 운용위험도를 평가하는 절차이므로 미래 승객운송 K-UAM의 설계 적합성에 대한 감항인증에 추가하여 특정 운용 회랑에 대한 위험도를 평가하는 보완요소로 활용이 가능하다. 앞의 2-3절의 표 2에 서술한 바와 같이 항공기 비행안전성을 평가하기 위한 여러가지 기준과 지침이 제정되어 있으므로 승객 운송을 위한 K-UAM의 시범운용 단계에서 적용 기체 및 특정회랑에 대해 다양한 방법을 적용한 안전성 평가를 통해 종합적인 비행안전 수준을 판단할 필요가 있다.
연구결과를 통해 SORA 모델을 활용하여 승객 운송 K-UAM 시범운용 시 특정회랑에 대한 운용위험도 평가를 위한 보완자료로 활용이 가능함을 입증하였으며 향후 K-UAM 운용과 관련하여 비행안전성 검증을 위해 국내 환경에 부합된 한국형 K-SORA 개발 등 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
연구의 제한사항은 K-UAM 시범 운용은 승객 운송이 주 목적이나 SORA 모델은 승객 탑승에 대한 운용위험도 평가에는 적용대상이 아니므로 화물 운송 목적의 무인항공체계에 대한 지상 및 공중 위험도를 평가함에 따라 연구결과를 승객 운송 무인항공체계 운용위험도 평가에 적용하는데에는 한계가 있다.
향후, SORA 모델을 기반으로 우리나라의 복잡한 도심환경과 공역 조건에 부합된 특정 회랑에 대해 위험도 평가 목적의 한국형 K-SORA 모델 개발이 필요할 것으로 판단된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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