[논문]운항사 관점의 저밀도 도심항공교통 운항통제 운용개념 연구

진성현; 조희덕; 김다니엘; 김재우

doi:10.12673/jant.2024.28.2.201

운항사 관점의 저밀도 도심항공교통 운항통제 운용개념 연구
A Study on the Concept of Operation of Low-density Operation in Urban Air Mobility from the Perspective of an Airline

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.28 no.2, 2024년, pp.201 - 209

진성현 (대한항공 항공기술연구원) , 조희덕 (대한항공 항공기술연구원) , 김다니엘 (대한항공 항공기술연구원) , 김재우 (대한항공 항공기술연구원)

초록
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본 논문은 운항사 시각에서 접근한 저밀도 도심항공교통(UAM) 운항통제 운영 개념 연구를 다루고 있다. 인구수 천만 이상의 메가시티의 증가와 이로 인한 지상교통 혼잡, 환경 오염, 미래 도시 인프라의 공급과 수요 문제 등 사회적인 문제가 이슈됨에 따라, 도시 내 교통 혼잡의 중요한 해결책으로 UAM이 전세계적으로 큰 관심을 받고 있다. UAM은 친환경적인 전기 수직 이착륙(eVTOL) 기술을 탑재하며, 도심 내외 주요 지점 간의 이동 서비스를 제공하는 차세대 교통 시스템으로 정의된다. UAM 시장은 초기 실용화 단계에서부터 성장기를 거쳐, 성숙기 자동화 단계까지 저밀도에서 고밀도 환경으로 점차 성숙해감에따라, 안전한 UAM 운영을 위해서는 성장 단계별 UAM 운항 통제에 대한 새로운 개념과 시스템이 요구된다. 본 연구에서는 UAM 시장 초기인 저밀도 운영환경 에서의 운영 제어 개념, 중요 인프라, 운영 시나리오 등을 운항사 시각에서 살펴보며, UAM 운항 초기 단계인 저밀도 환경내에서 UAM 운항통제 운용개념을 분석하여 UAM의 안전하고 효율적인 운항에 기여하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigates the operational facets of low-density urban air mobility (UAM) from an airline's perspective amid burgeoning concerns about urban congestion in megacities. UAM, employing electric vertical takeoff and landing (eVTOL) technology, emerges as a potential remedy to the challenges of traffic gridlock and environmental degradation. As the UAM market progresses from initial stages to maturity, tailored traffic control systems become paramount. Focused on the context of low-density environments during UAM's inception, this research scrutinizes operational frameworks, essential infrastructure, and likely scenarios. It aims to bolster the safety and efficiency of UAM operations by delving into the specifics of traffic control concepts designed for these unique settings. The study seeks to significantly contribute to optimizing UAM's initial phases, providing insights into crucial operational dynamics for a smoother integration of urban air mobility into contemporary urban landscapes.

주제어

표/그림 (16)

그림 그림 1. 도시 규모별 성장 흐름 Fig. 1. Growth by city size.
그림 그림 2. 도심항공교통 분야별 시장 동향 Fig. 2. Market trends by urban air mobility sector[3].
표 표 1. 서비스 분야별 주체 Table 1. Subjects by service category.
그림 그림 3. 운항통제 통신시스템 예시 Fig. 3. Example of operation control communication system.
그림 그림 4. CPDLC/AFN 기능 예시 Fig. 4. Example of CPDLC/AFN function.
그림 그림 6. 비행감시 시스템 예시 Fig. 6. Example of flight control monitoring system.
그림 그림 6. 정보공유 시스템 Fig. 6. Example of an infromation sharing system.
표 표 2. 성숙단계별 운항서비스(안) Table 2. Air transport service type by mature stage.
표 표 3. eVTOL 항공기별 비에너지와 항속거리 Table 3. Energy density and range of eVTOL aircraft.
표 표 4. 대응능력 요구 시나리오 Table 4. Response capability requirement scenario.
표 표 5. 도심항공교통 항공종사자 예시 Table 5. Examples of air transportation workers in urban areas.
그림 그림 9. 운항통제 시스템 기능 구성도 Fig. 9. Operation control system functional configuration diagram.
그림 그림 10. 운항통제 시스템 인터페이스 구조도 Fig. 10. Operation Control System Interface structure chart.
그림 그림 11. 편명별 지상조업 관리 화면 예시 Fig. 11. Example of ground operation management screen by flight name.
그림 그림 12. 제주지역 공공 Corridor 예시 Fig. 12. Example of jeju public corridor.
그림 그림 13. 운항절차 예시(비행계획 단계) Fig. 13. Example of operation procedures (flight plan phase).

AI 본문요약
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문제 정의

성숙단계별 서비스가 기술의 발전과 맞물려 변화할 것이다. 본 연구는 초기 상용화 단계의 저밀도 환경에서 운송서비스를 수행하기 위한 운항통제 운용개념을 기술한다.
본 연구에서는 저밀도 운용환경에서의 도심항공교통을 효과적으로 운영하기 위한 운항사 관점의 요구조건, 문제점 및 시사점을 제시하였다. 기존 운항사의 시스템은 필수종사자별로 구분되어 있어 비효율적인 부분을 개선하여 하나의 시스템으로 통합 관리하도록 하였다.
운용개념 (ConOps; concept of operation)은 사용자 관점에서 시스템의 운영목적을 명확하고 간결하게 언어 또는 그래픽으로 기술한 문서로 운영에 대한 전체적인 개념을 제공하는데 목적을 두고 있다. 본 연구에서는 현재 항공운송사업에서 승객 및 화물 운송을 담당하는 운항사 관점에서 초기 도심항공교통의 저밀도 운용환경의 운송서비스 특징 및 방향, 운항통제를 위한 기본개념, 필수 인프라, 운용 시나리오 등을 기술하였다.
관제기관으로부터 승인받은 비행계획에 따라 운항사는 운항을 준비한다. 출발지에서 도착지까지 운항하는 구간 동안 항공기가 안전하게 운항할 수 있도록 경로 내 항공기 상태를 관리함에 주 목적이 있다.

제안 방법

또한, 비행계획을 자동으로 생성할 수 있게 할 뿐 아니라 제출한 비행계획도 지속 관리할 수 있도록 시스템을 구축하였다. 4DT 기반으로 Corridor 통과 시간을 연동하여 실시간 운항 궤적 모니터링, 수평이탈 감시 뿐 아닌 수직이탈 감시도 가능하며 풍향 영향없이 전 방위에서 버티포트 접근이 가능한 개념을 제안함으로써 안전한 운송서비스를 제공할수 있도록 하였다. 뿐만 아니라 지상조업 현황이 실시간으로 공유되어 기재관리를 효과적으로 할 수 있도록 하였으며 운항사 운항통제시스템이 교통관리시스템에 계획을 승인 요청하고 데이터로 송수신 연동하는 차이를 고려한 운용개념을 수립하였다.
비행감시: eVTOL 항공기에 장착된 ADS-B 등의 신호를 통해, 비행계획과 비행궤적과의 일치성을 감시한다. 감시를 위해 3D 지도를 활용하여 예정항로, NOTAM, 기상 정보 등 다중 정보를 시각화하여 운항관리사에게 제공한다. 운항 중인 eVTOL 항공기의 상태(배터리 소모량, 통신상태, 결함 여부 등)와 기내 상황을 실시간으로 확인하여 필요시 정비사, 버티포트 운영자, 지상조업사 등과 협력하여 초도 대응될 수 있도록 한다.
안전한 도심항공교통의 운항통제를 위해서는 운송사업자로써 법/제도 및 규정에 맞는 준비가 필요하며, 전문인력과 체계를 갖추어야 한다. 기존의 항공운송사업과의 비교를 통해 운항통제를 위한 요구사항에 대해 분석하고 관련 예시를 제안한다.
새로운 교통체계를 구축하기 위하여 정부 주도로 인프라 구축을 위하여 다양한 노력 중으로 기존 항공운송사업에서 축적한 운항통제 경험 기반으로 도심항공교통 초기 운용과정에서의 운항통제 요구사항을 제시한다. 또한, 안전한 운항을 위해 현재 연구 중인 도심항공교통 운항통제 시스템을 제안하고 비행 단계별 시나리오를 통한 예상되는 실질적인 문제점 및 시사점을 제기하는 운항통제 운용개념을 다룬다.
또한, 항공기를 운항하기 위해 연관되어 있는 다양한 이해관계자간의 의사 결정 시스템 IROPS/DSS (interline considerations on irregular operations/decision supporting system)을 운영하여 비정상 상황 발생 시, 신속하고 정확한 대응이 가능하도록 한다.
4DT 기반으로 Corridor 통과 시간을 연동하여 실시간 운항 궤적 모니터링, 수평이탈 감시 뿐 아닌 수직이탈 감시도 가능하며 풍향 영향없이 전 방위에서 버티포트 접근이 가능한 개념을 제안함으로써 안전한 운송서비스를 제공할수 있도록 하였다. 뿐만 아니라 지상조업 현황이 실시간으로 공유되어 기재관리를 효과적으로 할 수 있도록 하였으며 운항사 운항통제시스템이 교통관리시스템에 계획을 승인 요청하고 데이터로 송수신 연동하는 차이를 고려한 운용개념을 수립하였다.
새로운 교통체계를 구축하기 위하여 정부 주도로 인프라 구축을 위하여 다양한 노력 중으로 기존 항공운송사업에서 축적한 운항통제 경험 기반으로 도심항공교통 초기 운용과정에서의 운항통제 요구사항을 제시한다. 또한, 안전한 운항을 위해 현재 연구 중인 도심항공교통 운항통제 시스템을 제안하고 비행 단계별 시나리오를 통한 예상되는 실질적인 문제점 및 시사점을 제기하는 운항통제 운용개념을 다룬다.
현재 운항사가 운영 중인 운항통제 시스템 및 인프라를 설명하고 도심항공교통에서의 요구사항을 제시하고 이를 기반으로 설계한 구조도와 시스템을 기술한다.

후속연구

일례로 eVTOL 항공기 특성 상 비상구 열 좌석을 별도로 구분하기 어려워 비상탈출절차 교범 내 ‘비상구 열 좌석 착석 규정’은 삭제 또는 수정되어야 할 것으로 보인다. 이와 더불어 운항증명 신청자 항공기 형식별 또는 계획하고 있는 운항방식별로 시범비행을 수행하는 현행 절차와 동일하게 도심항공교통 운항을 위해서도 특정 시간 동안 시범비행을 수행해야 할 것이며, 야간비행 및 계기비행, 운항 예정인 버티포트 진입 허가를 위해 추가적인 비행 경험 기준이 필요할 것이다. 이러한 시범비행 중 운항증명 신청자는 표 4와 같이 가상 시나리오를 통해 운항, 정비, 운항통제 등 정상 및 비상대처 능력 등이 있음을 보여야 할 필요가 있다.

참고문헌 (3)

UAM Team Korea, K-UAM concept of operations 1.0,？MOLIT, Sejong, Korea, September 2021.
H. R. Baek, S. B. Kim, H. H. Shin, D. G Kim, "A study on the vertiport installation location of each stage between？cities based on the distance derived from the battery capacity？of the UAM AI rcraft," in Proceedings of The Architectural？Institute of Korea Spring Conference, Seoul: Korea, pp.？653-656, 2022.
The Limiting Factor, Munro 4680 Energy Density Tested //Model Y Pack Size Explained [Internet]. Available:？https://www.youtube.com/watch?v4XOHetABrag

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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