[생생일본통]일경 일렉트로닉스, 육·해·공 미래 이동수단 최신 연구동향 소개

대덕넷이 매주 목요일 일본 과학기술 및 산업계 최신 동향을 소개하는 '생생일본통'을 연재합니다. 해동일본기술정보센터의 지원을 받아 일본의 기술서적과 정기간행물, 일본 정부 산업계 백서 등 다양한 정보를 번역해 제공합니다. 더 많은 최신 일본 기술정보는 해동일본기술정보센터 홈페이지를 통해 확인 할 수 있습니다.<편집자 주>

하늘을 나는 자동차, 최고시속 500km를 실현하는 신칸센, 1200km로 달리는 최고속 열차 하이퍼루프 등 다양한 이동수단의 잇따른 탄생이 예고되고 있다. 일본 전기전자·정보통신 정기간행물 일경 일렉트로닉스(日経エレクトロニクス)는 지난 2월 '육·해·공에서 탄생하는 꿈의 모빌리티'를 주제로 다양하고 새로운 이동수단의 가능성과 선진국의 기술현황에 대해 소개했다.

일경 일렉트로닉스에 따르면 2019년을 시작으로 하늘을 나는 자동차가 순차적으로 제품 출하를 앞두고 있으며, 미국의 신흥기업을 중심으로 초음속여객기의 부활을 꿈꾸고 있다. 특히 배차 서비스를 수익모델로 창업한 미국기업의 우버가 하늘을 나는 자동차를 실현시키기 위한 프로젝트를 시작 중이라 전했다.

자세한 기사내용을 하단에 소개한다. (기사 원본 클릭하기)

일경 일렉트로닉스는 지난 2월 '육·해·공에서 탄생하는 꿈의 모빌리티'를 주제로 미래 이동수단의 최신 연구동향을 소개했다.<사진=해동일본기술정보센터 제공>
일경 일렉트로닉스는 지난 2월 '육·해·공에서 탄생하는 꿈의 모빌리티'를 주제로 미래 이동수단의 최신 연구동향을 소개했다.<사진=해동일본기술정보센터 제공>

육∙해∙공에서 탄생하는 꿈의 모빌리티
다양하고 새로운 이동 수단의 실용화

◆ 제1부 트렌드…도시하늘을 나는 자동차/음속기가 대륙 간을 비행하다

2020년대를 시작으로 하늘, 육지, 바다에서 다양하고 새로운 이동수단(모빌리티)이 실용화된다. 기존의 이동수단과 비교하여 훨씬 고속으로 이동시간을 단축할 수 있다. 또한 조용하고 쾌적한 이동도 가능하다. 2030년대는 이러한 새로운 이동수단이 MaaS(Mobility as a Service)의 일익을 담당할 것이다.

2027년에 도쿄-나고야 사이에 개통되는 리니어주오신칸센. 최고시속 500km를 실현하여 현재의 신칸센으로 90분 걸리는 이동시간은 약 40분으로 반감한다. ‘꿈의 초특급’ 이동수단이라고 할 수 있는 리니어주오신칸센은 30년대가 되면 지금의 신칸센처럼 누구나 이용할 수 있을 것이다.

새로운 이동수단은 일본에서만 탄생하고 있는 것은 아니다. 세계로 눈을 돌리면 다양한 새로운 이동수단을 탄생시키기 위해 투자가 집중되고 연구개발이 진행되고 있다.

30년이 되면 정체 없이 이동할 수 있는 ‘하늘 나는 자동차’나 대륙간 이동에 걸리는 시간을 절반으로 줄이는 초음속기, 튜브 속을 시속 1200km로 달리는 최고속 열차 하이퍼루프, 일반적인 대화가 가능할 정도로 조용한 보트까지, 하늘과 육지, 바다에서 새로운 이동수단이 잇달아 탄생한다.

2019년부터 하늘 나는 자동차 
새로운 이동수단 중에서도 ‘미래의 이동수단’이라고 할 수 있는 것이 하늘 나는 자동차다. 명확한 정의는 없지만 누구나가 일상의 이동을 위해 이용할 수 있는 간편하고 새로운 하늘의 이동수단을 가리킨다. 30년대에는 도시나 도시근교의 하늘을 가득 메울지도 모른다.

하늘 나는 자동차에는 크게 2개의 형태가 있다. 하나는 문자대로 자동차처럼 지상을 주행할 수 있는 타입이다. ‘드라이브 모드’로 자동차처럼 지상을 이동, ‘플라이트 모드’로 고정익이나 회전익을 갖춘 항공기로 변형하여 비행한다. 19년을 시작으로 순차적으로 제품이 출하될 전망이다.

다른 하나의 형태는 회전익(로터)으로 수직이착륙(VTOL)을 가능하게 하여, 로터를 모터로 돌리는 전동 VTOL기(eVTOL기)다. 내연기관을 이용하는 기존의 헬리콥터와 비교하여 연비 향상과 메인터넌스의 부담을 줄일 수 있고 운용비용의 대폭 삭감을 전망할 수 있기 때문이다. 또한 내연기관과 비교하여 모터가 조용하다.

때문에 '에어택시'나 '하늘의 라이드셰어'와 같은 도시나 도시근교의 단거리 이동에 적합하다. 자동차의 라이드셰어와 비교하여 이동시간은 수 분의 1로 단축할 수 있고, 언젠가 지금보다 저렴한 금액으로 이용할 가능성도 있다. 결과적으로 이용자가 급증하여 시장이 단숨에 성장할 가능성이 있기 때문에 항공업계나 MaaS업계, 투자가 등으로부터 뜨거운 시선을 받고 있다.

독일의 컨설팅기업 Porsch Consulting에 따르면 25년부터 eVTOL기를 이용한 모빌리티 서비스가 서서히 시작되어, eVTOL기는 35년에 약 2만 3000기, 서비스 등을 포함한 전체의 시장 규모는 320억 달러로 성장할 것으로 보고 있다.

이 거대시장에서 주도권을 잡기 위해 대기업부터 스타트업 기업과 같은 신흥기업까지 많은 기업이 eVTOL기나 eVTOL기를 이용한 도시항공교통 분야에 일제히 달려들고 있다. 컨설팅기업인 독일 Roland Berger의 조사에 따르면 50사 정도의 기업이 eVTOL기의 개발 경쟁을 치열하게 벌이고 있다. 항공업계는 물론 자동차업계도 전동차량으로 축적한 모터나 인버터, 2차전지와 같은 전동화 기술을 무기로 eVTOL기에 참여할 움직임을 보이고 있다.

초음속여객기 '부활'
대륙간 하늘의 이동을 살펴보자. 초음속여객기 ‘콩코드’의 철수에서 10년 이상이 경과한 현재, 미국의 신흥기업을 중심으로 초음속여객기를 ‘부활’시키려는 움직임이 나오고 있다. 콩코드 시대보다 진화한 공력기술이나 재료기술, 시뮬레이션기술 등을 사용하여 초음속기에서 과제였던 큰 소음이나 높은 연비 등의 문제를 극복하고 있어 기대를 받고 있다. 실현된다면 도쿄-샌프란시스코를 불과 5시간 30분에 비행할 수 있다.

초음속기를 전개하는 신흥기업 중에서 대표적인 기업이 미국의 Aerion과 Boom Technology다. Aerion은 비즈니스제트기 ‘AS2’의 첫 비행을 23년 6월에, 23년 10월에는 최초의 대서양 횡단 비행을 예정하고 있다고 한다. 그 후에 인증을 얻어 25년의 상용 비행을 목표하고 있다.

기체 인증이나 양산 등에서는 대형항공기업체인 미국 Lockheed Martin과, 제트엔진에서는 미국 General Electric(GE)의 항공기엔진부문 GE Aviation과, 콕피트시스템에서는 미국 Honeywell과 각각 협업하고 있다. 이 중에 GE Aviation이 초음속기용 제트엔진의 기본설계를 끝냈다.

AS2는 마하1.4의 순항속도로 비행할 수 있다. 최대 승객 수는 12명이다. 항속거리는 마하1.4시에서 7,780km로 도쿄-샌프란시스코 간 거리에는 다소 부족하다. 그러나 AS2를 실용화한 후에 마하1.6, 마하1.8, 마하2.0 이상으로 단계적으로 고속화하고 기체를 대형화하여 보다 많은 승객을 태울 수 있도록 할 계획이다. 현재, 비즈니스클래스나 퍼스트클래스로 이동하는 사람은 30년대는 초음속기로 이동하게 될 것이다.

최초의 상용 기체 ‘Airliner’에서 단숨에 마하2.2를 실현. 비즈니스클래스 사양의 좌석에서 승객 45~55명을 태울 수 있는 중형기를 이르면 25년에 실현할 생각이다. 19년에 실시 예정인 소형 실증기 ‘XB-1’에 의한 초음속 비행의 시험이 목표 실현을 위한 시금석이 될 것이다.

◆ 제2부 하늘 나는 자동차…대기업에서 신흥기업까지 백가쟁명/ 해외 기업을 추격하는 일본

새로운 거대시장이 될 가능성을 안고 있는 ‘하늘 나는 자동차’. 대기업부터 신흥기업까지 다수의 기업이 참여하고 있다. 앞서고 있는 것은 해외 기업이다. 미국의 우버, 프랑스의 에어버스그룹, 독일의 볼로콥터가 기체부터 인프라, 서비스 등을 포함한 에코시스템의 확충을 도모하고 있다. 뒤처져 있던 일본도 산∙학∙관이 협력하여 그 뒤를 추격하기 시작하였다.

하늘 나는 자동차라는 큰 흐름을 만들기 시작한 계기는 배차서비스 기업인 우버 테크놀로지다. 지금까지와 같이 기존 사업을 파괴하면서 단독으로 돌진하는 것이 아니라 항공기업체나 NASA, 항공업계의 규제 당국, 지자체 등과도 처음부터 협력하면서 하늘의 라이드셰어 ‘uberAIR’의 23년 개시를 목표로 적극적으로 활동하고 있다. 기존의 자동차나 전동자전거의 라이드셰어를 합하여 거대 MaaS(Mobility as a Service) 플랫폼을 만들고자 하고 있다.

우버가 전면에 서서 움직이기 시작한 것은 ‘Uber Elevate’라는 프로젝트를 시작한 16년 무렵부터다. 라이드셰어에 이용하는 전동수직이착륙(eVTOL)기의 사양 책정이나 개발 촉진과 함께 이착륙장이나 충전기와 같은 인프라, 기체의 안전∙소음기준의 책정, 운항관리시스템, 사회 수용성 등에 대해 다양한 입장의 이해관계자와 함께 본격적으로 논의∙검토하기 위한 것이다. 공식 초대 이벤트 ‘Elevate Summit’을 17년 4월에 미국 댈러스에서, 18년 5월에 로스앤젤레스에서 2년 연속 개최하여 추진 상황을 공개해 왔다. 댈러스는 20년에 개시 예정인 실증실험의 최초 도시이고 로스앤젤레스는 두 번째에 해당한다.

5사가 eVTOL기 개발 
이러한 일련의 이벤트를 통해 인프라나 운항관리시스템, 서비스까지 포함한 에코시스템 전체를 착착 준비하고 있는 모습을 볼 수 있다. 우버는 자동차의 라이드셰어와 마찬가지로 기체를 소유하지 않고 서비스 프로바이더에 집중할 생각이다. 때문에 다수의 eVTOL기의 운항관리와 자동차나 전동자전거에 의한 자사의 라이드셰어를 포괄하여 매니지먼트하는 통합관리시스템을 중핵으로, 기체나 이착륙장, 충전기와 같은 ‘하드웨어’는 외부 기업과 협력하여 실현할 생각이다.

예를 들면 기체의 경우는 18년 12월 시점에서 미국 Aurora Flight Sciences(보잉 산하)와 미국 Bell Helicopter, 브라질 Embraer, 미국 Karem Aircraft, 슬로베니아 Pipistrel의 5사가 파트너기업으로 이름을 올렸다. 추가적인 업체의 참여나 eVTOL기의 개발 등을 촉진하기 위해, 우버 스스로도 eVTOL기의 참조디자인을 설계하여 공개해 왔다.

이착륙장 'Skyports'에 관해서는 '3에이커의 부지 면적에서 시간당 4,000명 이상의 승객을 수송할 수 있을 것' '모듈러 디자인을 채용하여 확장성에 뛰어날 것' 등의 조건을 제시하여 건축분야나 엔지니어링분야의 컨설팅펌 등으로부터 제안을 모집하였다. 응모된 수십 건의 제안 가운데 실현성이 높은 6개를 선정하여 18년 5월의 Elevate Summit에서 공개하였다. 아울러 eVTOL기가 내장할 2차전지를 충전하는 최대 출력 2MW의 급속충전기용 커넥터도 공개하였다.

18년 8월에는 이벤트 ‘Uber Elevate – Asia Pacific Expo’를 도쿄에서 개최, 미국 밖에서도 uberAIR를 시작한다는 방침을 표명하였다. 그곳에서 발표한 실증시험 후보국은 일본과 호주, 브라질, 프랑스, 인도의 5개국. 또한 18년 12월 시점에서 결정 사항을 발표하지 않았다. 아직 선정 중인 것으로 보인다.

19년 6월에는 미국 워싱턴DC에서 세 번째 Elevate Summit를 개최할 예정이다. 미국 밖의 실증시험 도시를 포함하여 uberAIR에 관한 정보가 업데이트될 것 같다.

3개의 프로젝트를 추진하는 에어버스 
항공업계를 공략하려는 우버에 대해 항공기업체인 프랑스의 에어버스가 대항한다. 하늘의 라이드셰어 실현에 필수인 eVTOL기의 개발을 축으로 우버에 대항한다. eVTOL기에 관해서는 크게 (1)CityAirbus, (2)Vahana, (3)Pop.Up의 3개의 연구개발 프로젝트가 있다. 이들 프로젝트의 성과를 활용하여 자율비행이 가능한 eVTOL기라는 ‘이상적인 하늘 나는 자동차’의 실현을 목표하고 있다.

이 중 19년 초까지의 비행시험, 23년 상용 플라이트 개시와 같은 구체적인 목표를 내걸고 있는 것이 CityAirbus다. 프랑스의 에어버스 헬리콥터가 중심이 되어 연구개발을 추진하고 있다.

(1)의 CityAirbus는 4인승 기체로, 쿼드콥터형 드론을 크게 만든 모양이다. 2차전지의 전력만으로 모터를 구동하여 회전익(로터)을 돌려 비행하는 ‘풀전동형’이다. 상하로 배치된 로터를 한 조로 한다. 그것을 4조, 총 8개의 로터를 갖춘다. 하나의 모터로 하나의 로터를 돌린다. 모터 하나에 인버터 하나가 필요하기 때문에 로터와 모터, 인버터는 각각 8개가 된다.

모터나 모터를 구동하는 인버터, 그리고 ‘EPDC(Electrical Power Distribution Center)’라고 부르는, 전동 추진계에서 전력 교환을 제어하는 유닛을 갖춘다. 이들의 개발∙제조는 독일 지멘스가 담당한다. 이러한 전동 추진계에 이용하는 전압(DC버스전압)은 800V다.

모터는 최대 연결 출력이 204kW인 ‘SP200D’다. 운항 시에는 100kW로 움직일 예정이다. 회전 수를 1,300rpm으로 낮게 억제하고 토크를 1,500N∙m으로 높이고 있다. 토크가 크기 때문에 감속기 없이 직접 로터를 돌린다. 무게는 49kg, 무게 당 출력밀도는 약 4.13kW/kg, 토크밀도는 약 30N∙m/kg이다. 이 중에 특히 토크밀도가 크다고 한다. 유냉식이다. 출력 140kW의 2차전지를 4개 탑재하여 총 용량은 110kWh가 된다.

자율비행에 중점, 자동차보다 용이 
(2)의 Vahana는 완전자율비행이나 수직이착륙을 가능하게 하는 ‘틸트형’ 날개, ‘풀전동’형 추진계 등의 기술을 검증하기 위한 기체다. Vahana의 연구개발은 미국 실리콘밸리를 중심으로 한 연구개발조직 ‘A3(에이큐브)’에서 추진하고 있다. 18년 초에는 실기와 같은 사이즈의 1인승 시작 초대기 ‘Alpha One’의 비행에 성공하였다.

Vahana에서 특히 중점을 두고 있는 것이 자율비행의 실현이다. Vahana는 자율비행 시의 위험 검출∙회피를 위해 센서를 탑재한다. Alpha One에서는 순행할 때를 위해 카메라와 레이더를 탑재, 이착륙할 때를 위해서는 LiDAR를 탑재한다.

이러한 센서는 자동차 용도와 종류는 같지만 약간의 차이가 있다. 예를 들면 측정 범위가 넓다. eVTOL기의 경우는 시속 200~300km로 자동차보다 항상 고속으로 비행하는 만큼 위험 회피까지의 시간이 짧다. 때문에 1~2km 앞의 위험을 감지할 수 있도록 해야 한다. 한편, 이착륙시의 지상에서의 위험 검출 범위는 그렇게 넓지 않아도 되기 때문에 자동차용 LiDAR를 유용할 수 있을 것으로 본다.

▲ 캐빈 탈착으로 지상에서도 주행 
▲ 오퍼레이션센터도 계획 
▲ 18개의 로터를 가진 볼로콥터 
▲ 싱가포르에서 실증실험 개시 
▲ 일본에서의 움직임도 활발 

<해동일본기술정보센터는 김정식 대덕전자 회장의 기부금으로 설립된 비영리 일본 기술정보센터입니다. 후학들이 선진 일본기술을 습득해 기술강국을 만드는데 기여했으면 하는 바람으로 2010년 3월 서울대학교 관악캠퍼스 공과대학 내에 개소했습니다. 다양한 일본 기술 서적과 일본 정부·산업계 백서, 기술보고서 등을 보유, 온·오프라인으로 정보를 제공하고 있습니다. 매주 발행되는 주간브리핑 신청은 hjtic@snu.ac.kr 로 가능합니다.>

 

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