[논문]UAM 조류 충돌 방지대책 수립에 관한 연구

김다니엘; 조희덕; 이승우; 김재우

doi:10.12673/jant.2024.28.3.338

[국내논문] UAM 조류 충돌 방지대책 수립에 관한 연구
A Study on the Prevention of Bird Collision in UAM 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.28 no.3, 2024년, pp.338 - 347

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

초록
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본 논문은 운항사 시각에서 UAM 운항에서의 조류 충돌 방지대책 수립에 관한 연구를 다루고 있다. 도심 항공교통은 친환경적인 전기 수직 이착륙 항공기를 사용하여 도심 내외 주요 지점 간의 이동 서비스를 제공하는 차세대 교통 시스템으로 정의된다. UAM 산업의 성공적인 정착을 위해서는 대중의 수용성을 결정하는 안전성에 대한 문제를 보장하여야 한다. 항공 운항에서 발생할 수 있는 위해요소 중 도심 환경 내에서 조류 충돌을 방지하는 것은 운항 안전성 및 대중 수용성을 크게 확보할 방안이다. 조류 충돌을 방지하기 위해서는 물리적 방법 외에도 절차적인 통제 방안이 요구된다. 본 연구에서는 UAM 운항의 안전성을 보장하기 위하여 조류 충돌 방지대책을 물리적, 절차적 방법과 이착륙 구간, 회랑구간 등 운항 구간별로 각 특성에 따라, UAM 조류 충돌 방지대책 수립 방안을 제시하였다. 이를 통하여 도심 항공교통 운영시스템의 안전성 향상에 기여하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper deals with the study of bird collision avoidance measures in UAM operations from an operator's perspective. Urban air traffic is defined as a next-generation transportation system that uses environmentally friendly electric vertical take-off and landing (eVTOL) aircraft to provide transportation services between key points within and around urban centers. For the successful establishment of the UAM industry, it is necessary to ensure safety issues that determine public acceptance. Among the hazards that can occur in aviation operations, preventing bird collisions in urban environments is a measure that can greatly secure operational safety and public acceptance. In addition to physical measures, procedural control measures are required to prevent bird strikes. In order to ensure the safety of UAM operations, this study aims to provide a direction for the establishment of UAM bird collision prevention measures by categorizing bird collision prevention measures into physical and procedural methods and flight sections such as takeoff, landing, and corridor sections. Through this, we hope to contribute to the improvement of the safety of the urban air traffic operation system.

Keyword

표/그림 (8)

그림 그림 1. UAM 서비스 및 버티포트 설치 우려 설문조사 [2] Fig. 1. UAM services and vertiport installation concerns survey [2].
그림 그림 2. 한강 생태 공원 위치도 [9] Fig. 2. Location Map of Han River Ecological Park [9]
표 표 1. 한강 서식 조류종 및 출현 빈도 [10] Table 1. Bird species and frequency of appearance in Han river [10].
그림 그림 3. 조류 충돌 상황 보고 체계 [12] Fig. 3. Bird collision reporting system [12].
그림 그림 4. 조류 충돌 보고서 양식 [12] Fig. 4. Bird collision report form [12].
그림 그림 5. 네덜란드 팀 개발 로봇 매 [15] Fig. 5. Robot falcon developed by Dutch team [15]
표 표 2. 한국형 도심 항공교통 미래 시나리오 내 순항속도 [14] Table 2. Cruise speed within the future scenario of Korean urban air traffic [14]
그림 그림 6. 초기 K-UAM 교통체계의 구조 [16] Fig. 6. Structure of the initial K-UAM transportation system [16].

AI 본문요약
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문제 정의

UAM 운항 안전성이 향상되는 방법으로 기상 예측, 기체 안전성, 보안 절차, 교통감시 시스템 고도화 등의 방안들이 있으나, 도심에서 운항하며 대중교통 수단으로 이착륙 빈도가 높은 UAM 운항환경과, 도심 내 서식하는 조류들의 비행 고도와 순항 고도가 겹치기 때문에 조류 충돌 위험이 기존 항공기 운항환경에 비해 높다. 특히 도심 내 조류 충돌로 발생 시, 연쇄 사고로 인한 지상에서의 대참사로 이어질 가능성이 크기 때문에 이러한 사고를 미리 방지하고자 도심 항공교통 운항환경에서 조류 충돌 방지대책을 수립하는 방안을 연구하였다.
이러한 연구 결과를 통해 시사하는 바는 항공 안전 측면에서 조류 등 야생동물의 활동을 완벽하게 제어할 수는 없으나 선진화되고 체계적인 물리적, 절차적 시스템 및 운항환경 조성을 통해 이착륙 및 순항 구간에서 항공기와 조류 충돌 가능성을 최소화할 수 있다는 것이다. K-UAM의 안전하고 지속적인 운항을 위해 항공기 구조에 중대한 손상을 입히거나 대형 인명피해를 일으킬 수 있는 조류 충돌요인에 대한 심도 있는 검토와 조류 충돌 방지대책을 제안해 K-UAM 운항환경의 안전하고 효율적 운항에 이바지하고자 한다.

가설 설정

5: 상당히 크다. 6: 크다.
5: 상당히 크다. 6: 크다.
7: 매우 크다. 8: 매우 크다.
7: 매우 크다. 8: 매우 크다.

제안 방법

도심 항공교통 운항환경에서의 조류 충돌 방지책을 설정하기 위하여 조류의 일반적인 특성과 도심 내 조류 특성, 기존 항공교통에서의 조류 충돌 방지 절차에 관한 연구를 고찰하였다.
UAM 운항환경은 전 세계적으로 실현화된 사례가 없으며, 미래 운항환경에 대해 항공교통에서 활용된 절차 및 기법을 바탕으로 새롭게 구상해야 한다. 실험 및 분석을 수행하는 데 어려움이 있으므로 정성적 연구 방법으로 연구를 수행하였다.
1972년~1983년 사이에 발생한 조류 충돌을 분석한 결과 74%가 철새 이동 시기에 발생했다. 이에 대한 대책을 수립하고자 이스라엘은 전국망을 이용한 지상 관찰, 무인기 및 경비행기를 이용한 추적으로 해당 새들의 이동 경로, 비행 고도 및 이동 기간 등을 분석해 지도에 표기하고 비행 금지 시간, 비행 고도와 경로를 결정해 항공기 운항 안전에 활용했다. 앞선 통계자료를 토대로 운항 전에 여러 상황을 가정해 대책을 마련하면 조류 충돌 위험을 줄일 수 있을 것이다.
그러나 UAM 순항 구간 전체 새들의 활동을 제어하기에는 광활한 지역이기 때문에 전체 회랑 내의 조류퇴치 방안은 회랑의 일부를 폐쇄하고 국소적인 부분의 새들 활동을 해소하는 방안밖에 없다. 따라서, 국소적인 부분의 조류활동을 해소하는 방안을 중점으로 하여, UAM에 적용할 수 있는 인접국들의 국소지역 조류퇴치 방안을 참고하였다.
본 연구에서는 안전한 UAM 운항을 위하여 기존 ATM의 조류 충돌 방지 절차 및 환경들을 분석하고, 이를 UAM 초기 도입시기를 배경으로 물리적, 절차적 방법과 이착륙 구간, 회랑구간 등 운항 구간별로 각 특성에 따라, UAM 조류 충돌 방지대책 수립방안을 제시하였다.
물리적 통제방안에는 크게 조류기피 환경조성, 조류의 특성을 반영하며 도심내 활용가능한 조류퇴치물품(조류 끈적이, 로봇매) 활용을 방안으로 제안하였으며, 절차적 통제방안에는 이해관계자(조종사, 버티포트 운영자)의 이착륙 전 조류 감시 및 정보공유 절차 수행, 산업초기 BWC 및 BIRDTAM 운영, 데이터 공유로 인한 시스템 체계화방안을 제안하였다.
이를 위하여 본 연구에서는 물리적, 절차적 조류 통제전략을 제시하였고, 기존 ATM의 기법을 배경으로 하여 UAM 환경에 적합한 조류 통제 방안을 제시하였다.

대상 데이터

네덜란드 흐로닝언(Groningen)대학과 네덜란드 공군, 이탈리아 투시아 (Tuscia)대학 연구팀은 조류 충돌(Bird Strike) 방지용 '매 로봇'을 제작하여 네덜란드 월컴 공항에서 실험을 진행하였다

성능/효과

이러한 연구 결과를 통해 시사하는 바는 항공 안전 측면에서 조류 등 야생동물의 활동을 완벽하게 제어할 수는 없으나 선진화되고 체계적인 물리적, 절차적 시스템 및 운항환경 조성을 통해 이착륙 및 순항 구간에서 항공기와 조류 충돌 가능성을 최소화할 수 있다는 것이다. K-UAM의 안전하고 지속적인 운항을 위해 항공기 구조에 중대한 손상을 입히거나 대형 인명피해를 일으킬 수 있는 조류 충돌요인에 대한 심도 있는 검토와 조류 충돌 방지대책을 제안해 K-UAM 운항환경의 안전하고 효율적 운항에 이바지하고자 한다.
이렇게 수집된 자료는 분석과 동시에 각 공항에 조류 예방활동의 기본자료로 사용될 수 있도록 배포하고 있으며, 효과적인 정보공유를 위해 인터넷을 이용한 DB를 구축하여 활용하고 있다. 일본 내에서는 조류 순찰 활동이 가장 효과적인 예방 활동으로 분석되고 있으나 실시 공항과 미시행공항을 비교한 결과 약 50%의 조류 충돌 감소 효과가 발생한 것으로 조사됐다.
본 연구는 UAM 도입 및 상용화 단계에 앞서서 새로운 운항 안전에 이바지할만한 유용한 결과를 도출하였다는 것에 중요한 의의가 있다.

후속연구

해당 UAM 운항 조류 충돌 방지 전략은 실제 운영 및 실용화 단계에서 더욱더 효율적이고 기술 성장 수준에 따라 고도화할 수 있으며, 기술적, 절차적 운영단계가 성숙화됨에 따라 기존 항공기 운항환경에도 접목이 가능할 것으로 기대된다.

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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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