미래 항공 모빌리티(AAM) 덕티드팬 추진 기술의 부상

서론: 새로운 항공 패러다임의 서막

미래 항공 모빌리티(Advanced Air Mobility, AAM)는 단순히 새로운 항공 기술의 등장을 넘어, 자율주행 지상 차량 및 통합 서비스형 모빌리티(Mobility as a Service, MaaS) 플랫폼과 함께 미래 스마트 모빌리티 생태계를 구성하는 핵심 요소로 자리매김하고 있다.1 도심의 교통 체증 심화, 환경 문제에 대한 경각심 고조, 그리고 온디맨드(on-demand) 교통수단에 대한 수요 증가는 기존의 지상 교통 시스템을 보완하고 대체할 새로운 항공 솔루션의 필요성을 가속화하고 있다.2

 

이러한 배경 속에서 AAM 기체의 성공적인 상용화를 좌우하는 가장 근본적인 설계 결정 중 하나는 바로 추진 시스템의 선택이다. 오픈 로터(open rotor), 덕티드팬(ducted fan) 등 다양한 추진 방식 중 어떤 것을 채택하느냐에 따라 기체의 성능, 소음 특성, 안전성, 그리고 궁극적으로 특정 운용 환경에서의 상업적 생존 가능성이 결정된다.

 

 

본 보고서는 덕티드팬 기술이, 특히 분산 전기 추진(Distributed Electric Propulsion, DEP) 아키텍처와 결합될 때, 도심 및 지역 간 항공 모빌리티가 직면한 고유한 과제들에 대한 매우 설득력 있는 해결책을 제시한다고 주장한다. 덕티드팬은 동일 크기의 프로펠러보다 높은 추력을 생성하고 소음은 현저히 낮추는 등 AAM에 필수적인 장점을 제공한다. 그러나 이 기술이 시장의 주류로 부상하기 위해서는 대규모 운용 환경에서의 공기역학적 효율성, 제조 공정의 복잡성, 그리고 이제 막 형성되기 시작한 규제 프레임워크라는 중대한 장벽을 넘어서야 한다. 덕티드팬 AAM의 성공은 기술적 성숙도, 엄격한 인증 절차, 그리고 대중 수용성이라는 세 가지 요소가 복잡하게 얽힌 상호작용을 얼마나 성공적으로 헤쳐나가느냐에 달려 있을 것이다.

 

제1장: AAM의 덕티드팬 추진 패러다임

1.1. 공기역학적 원리 및 성능 특성

덕티드팬 추진 시스템의 핵심은 프로펠러(또는 팬) 주위를 감싸는 덕트(duct) 혹은 슈라우드(shroud)에 있다. 이 구조는 단순한 보호 덮개가 아니라, 그 자체가 하나의 에어포일(airfoil) 역할을 수행하며 시스템 전체의 성능을 극대화한다.

 

덕트의 주된 기능은 팬으로 유입되는 공기 흐름을 가속하여 질량 유량(mass flow rate)을 증가시키는 것이다. 이 과정을 통해 덕트 자체가 추가적인 추력을 발생시키며, 일부 설계에서는 덕트가 없는 동일한 크기의 프로펠러에 비해 추력을 최대 50%까지 증대시킬 수 있다.3 더 많은 공기가 덕트 내부로 유입되어 추력이 증가하는 원리이다.

 

덕티드팬의 가장 중요한 공기역학적 이점은 팬 블레이드 끝단에서 발생하는 와류(vortex)를 효과적으로 억제하는 데 있다.3 오픈 로터 시스템에서는 블레이드 끝에서 강한 와류가 형성되면서 유도 항력(induced drag)이 발생하고 상당한 에너지 손실을 초래한다. 반면, 덕티드팬은 덕트가 이 와류의 생성을 물리적으로 차단하여 에너지 손실을 최소화하고, 팬이 만들어내는 거의 모든 공기 흐름을 후방으로 배출하여 추력으로 전환시킨다.4 이는 오픈 로터가 블레이드 끝단에서 겪는 효율성 저하 문제를 근본적으로 해결하는 핵심적인 차별점이다.

 

이러한 특성 덕분에 덕티드팬은 특히 정지 비행(hover) 및 저속 비행 구간에서 탁월한 효율을 보인다. 수직이착륙(VTOL) 운용에 있어 가장 많은 에너지가 소모되는 이 구간에서 덕트가 공기 흐름을 효과적으로 제어하고 양력을 보강해주기 때문이다.4 특정 조건에서는 덕티드팬이 오픈 로터보다 94% 더 효율적일 수 있다는 연구 결과도 존재한다.4

 

1.2. 소음 이점: 도심 운용의 전제 조건

AAM, 특히 도심 항공 모빌리티(Urban Air Mobility, UAM)의 성공 여부는 대중 수용성에 달려 있으며, 그중에서도 소음 문제는 가장 중요한 허들이다. 덕티드팬은 이 문제에 대한 효과적인 해결책을 제시한다.

 

가장 직관적인 소음 저감 원리는 물리적 차폐 효과이다. 덕트는 팬 블레이드에서 발생하는 소음, 특히 인간의 귀에 가장 민감하게 들리는 고주파의 톤 소음(tonal noise)이 외부로 전파되는 것을 막는 방음벽 역할을 한다.3 이는 도심과 같이 소음에 민감한 환경에서 운용 허가를 얻는 데 결정적인 요소가 될 수 있다.

 

더 나아가, 덕티드팬은 소음원 자체의 발생을 줄이는 근본적인 접근 방식을 취한다. 앞서 언급했듯이, 블레이드 끝단 와류를 억제함으로써 공기역학적 효율을 높이는데, 이는 동일한 추력을 내기 위해 팬이 더 낮은 회전 속도로 작동할 수 있음을 의미한다. 결과적으로 소음 발생 자체가 줄어드는 효과를 가져온다.10

최신 덕티드팬 설계에는 소음을 더욱 줄이기 위한 능동 및 수동 소음 제어 기술이 적극적으로 적용되고 있다. 대표적인 기술들은 다음과 같다.

 

• 음향 라이너(Acoustic liners): 덕트 내벽에 헬름홀츠 공명기(Helmholtz resonators)와 같은 다공성 흡음재를 부착하여 특정 주파수 대역의 소음을 흡수하는 기술이다.11
• 블레이드 형상 최적화: 블레이드의 앞전(leading edge)이나 뒷전(trailing edge)을 톱니 모양이나 물결 모양으로 설계하여 와류 방출(vortex shedding) 패턴을 변화시켜 광대역 소음(broadband noise)을 줄인다.14
• 로터-스테이터 상호작용 최적화: 팬(로터)과 고정 날개(스테이터) 사이의 간격 및 블레이드 개수를 최적화하여 상호작용으로 인해 발생하는 특정 톤 소음을 상쇄시키는 '컷오프(cut-off)' 설계를 적용한다.13

이러한 다층적인 소음 저감 전략을 통해 덕티드팬은 헬리콥터와 같은 기존 수직이착륙 항공기 대비 현저히 낮은 소음 수준을 달성하며, 도심 운용의 현실성을 높이는 핵심 기술로 평가받는다.

 

1.3. 설계 및 통합의 과제: 기술적 트레이드오프

덕티드팬은 분명한 장점을 가지고 있지만, 그 이면에는 엔지니어링 측면의 복잡한 트레이드오프가 존재한다. 가장 큰 단점은 무게와 구조적 복잡성이다. 덕트 구조물 자체가 상당한 무게를 차지하며, 이는 기체의 유상 하중(payload)과 항속 거리에 직접적인 불이익으로 작용한다.4 이러한 무게 문제를 해결하기 위해 경량의 첨단 복합소재 사용이 필수적이지만, 이는 제조 비용 상승으로 이어진다.7

 

또한, 덕티드팬은 특정 비행 조건에서 성능 저하를 겪을 수 있다. 고속으로 전진 비행할 때 덕트 자체가 상당한 항력을 발생시켜 순항 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 특히, 이착륙 시 강한 측풍을 받거나 급격한 기동을 할 때처럼 받음각(angle of attack)이 큰 상태에서는 덕트의 앞부분에서 공기 흐름이 박리되는 실속(stall) 현상이 발생할 수 있다. 이 경우, 추력과 양력이 급격히 감소하고 항력이 증가하여 비행 안정성을 해칠 수 있다.4

 

제조상의 정밀도 역시 중요한 과제이다. 덕티드팬의 공기역학적 효율은 블레이드 끝단과 덕트 내벽 사이의 간극(tip clearance)에 매우 민감하다. 최대 효율을 얻기 위해서는 이 간극을 극도로 작게 유지해야 하므로, 높은 정밀도의 가공 기술과 비행 중 하중에도 변형되지 않는 견고한 구조 설계가 요구된다.4 연구에 따르면, 이 간극이 덕트 반경의 3%를 초과하면 덕트가 제공하는 공기역학적 이점이 상쇄되기 시작하며, 7%를 넘어서면 성능 저하가 심각해진다.6

 

이러한 기술적 과제들은 덕티드팬의 선택이 단순한 부품 교체가 아님을 시사한다. 도심 운용에 필수적인 저소음 특성을 얻기 위해 덕트를 채택하는 순간, 무게 증가라는 페널티가 발생한다. 이를 상쇄하기 위해 고가의 복합소재를 사용해야 하며, 효율을 극대화하기 위해 극도로 정밀한 제조 공정과 견고한 구조가 요구된다. 결국, 덕티드팬이라는 추진 방식의 선택은 기체 설계 전반, 공급망 구성, 그리고 최종적인 생산 비용 모델에까지 영향을 미치는 시스템 수준의 복합적인 의사결정인 것이다.

 

항목	오픈 로터 (Open Rotor)	덕티드팬 (Ducted Fan)
정지 비행 추력 효율	보통	높음 (동일 직경 대비 최대 50% 증가 가능) 3
순항 비행 효율	높음 (특히 고속)	보통 (고속에서 덕트 항력 발생) 4
소음 수준	높음	낮음 (물리적 차폐 및 소음원 저감 효과) 4
무게 및 구조 복잡성	낮음	높음 (덕트 구조물로 인한 무게 증가) 4
안전성 (블레이드 보호)	낮음 (블레이드 노출)	높음 (덕트가 블레이드 파편 비산 방지)
측풍 성능	상대적으로 우수	받음각이 클 경우 덕트 실속 가능성 4
제조 정밀도	보통	매우 높음 (작은 팁 간극 요구) 6

 

1.4. 분산 전기 추진(DEP)과의 시너지

덕티드팬 기술은 다수의 전기 모터와 프로펠러를 기체 곳곳에 분산 배치하는 분산 전기 추진(DEP) 아키텍처와 결합될 때 그 잠재력이 극대화된다.

 

DEP의 가장 큰 장점은 높은 수준의 다중화(redundancy)를 통해 안전성을 획기적으로 향상시킬 수 있다는 점이다. 다수의 덕티드팬 추진기 중 하나 또는 그 이상이 고장 나더라도, 나머지 추진기들이 추력을 보상하여 안정적인 비행을 유지하고 안전하게 착륙할 수 있다.17 이는 AAM의 안전성을 입증하는 데 있어 핵심적인 요소이며, Lilium의 36개 엔진 설계나 Archer의 12개 모터 설계는 이러한 사상을 극명하게 보여준다.19

 

공기역학적으로도 DEP와 덕티드팬은 강력한 시너지를 발휘한다. 날개 앞전에 여러 개의 덕티드팬을 나란히 배치하면, 팬에서 나오는 고속의 공기 흐름이 날개 윗면을 지나면서 양력을 증대시키는 '블로운 리프트(blown lift)' 효과를 얻을 수 있다.18 이 효과는 특히 저속 구간에서 두드러져, 더 짧은 거리에서 이착륙이 가능하게 하고 저속 기동성을 향상시킨다.

 

또한, DEP는 새로운 방식의 비행 제어를 가능하게 한다. 각 덕티드팬의 추력을 밀리초 단위로 독립적으로 조절하는 차등 추력(differential thrust)을 통해 기체의 자세(피치, 롤, 요)를 제어할 수 있다.18 이는 에일러론, 러더와 같은 전통적인 기계식 조종면을 줄이거나 완전히 제거할 수 있는 가능성을 열어준다. 기계적 구조가 단순화되는 대신, 이를 정밀하게 제어하기 위한 비행 제어 소프트웨어의 복잡성은 크게 증가하는 트레이드오프가 발생한다.19

 

제2장: 주요 개발사 및 플랫폼 분석

덕티드팬 AAM 시장은 각기 다른 설계 철학과 시장 목표를 가진 선두 주자들에 의해 주도되고 있다. 독일의 Lilium과 미국의 Archer Aviation은 이 분야에서 가장 주목받는 두 기업으로, 이들의 대조적인 접근 방식은 업계의 기술적, 전략적 방향성을 이해하는 데 중요한 시사점을 제공한다.

 

2.1. 사례 연구: Lilium Jet - 분산 벡터 추력의 힘

Lilium Jet은 덕티드팬과 DEP 기술을 가장 급진적으로 결합한 사례이다. 이 기체는 주익과 전방 카나드(canard) 날개의 플랩에 통합된 36개의 소형 전기 덕티드팬(DEVT - Ducted Electric Vectored Thrust)을 특징으로 한다.8

 

Lilium의 설계 철학은 '단순성'을 통한 혁신이다. Lilium Jet에는 꼬리 날개, 러더, 기어박스 등 전통적인 항공기에서 볼 수 있는 복잡한 기계 장치들이 없다.20 모든 비행 제어는 엔진이 장착된 플랩의 각도를 조절하고 각 엔진의 추력을 개별적으로 제어하는 추력 벡터링(thrust vectoring) 방식으로만 이루어진다.19 이는 우주 로켓이나 전투기에서 사용되는 기술과 유사하며, 기체에 탁월한 기동성을 부여하지만, 동시에 비행 제어 소프트웨어에 대한 의존도를 극도로 높인다.

 

안전성은 '압도적인 다중화'를 통해 확보한다. 36개의 독립적인 엔진과 다중화된 비행 제어 컴퓨터는 여러 개의 엔진이 고장 나는 상황에서도 안전한 비행을 보장하도록 설계되었다.19 전력은 특허받은 다중화 고전압 하네스 시스템을 통해 각 엔진에 안정적으로 분배된다.24

 

Lilium Jet은 도심 내 단거리 이동보다는 도시와 도시를 연결하는 지역 간 항공 모빌리티(Regional Air Mobility, RAM) 시장을 목표로 한다. 목표 항속 거리는 약 250 km, 순항 속도는 약 250 km/h이다.23 다수의 소형 팬은 고속 순항 비행에 최적화되어 있으며, 이 구간에서는 전체 출력의 10% 정도만 사용해도 비행이 가능하다.19 하지만 이러한 설계는 정지 비행 시 디스크 로딩(disc loading, 로터 면적당 하중)이 매우 높아지는 결과를 낳는다. 이는 정지 비행 시의 에너지 효율과 지상에 미치는 하강풍(downwash)의 영향 측면에서 일부 전문가들로부터 비판을 받기도 한다.19

 

2.2. 사례 연구: Archer Midnight - 수직 및 순항 비행의 하이브리드 접근

Archer Aviation의 Midnight은 보다 실용적이고 점진적인 접근 방식을 대표한다. 이 기체는 '12 틸트 6(12 tilt 6)'로 불리는 독특한 하이브리드 구성을 채택했다. 날개 앞쪽에는 6개의 틸팅(tilting) 덕티드팬이 장착되어 수직 이착륙, 전진 비행으로의 전환, 그리고 순항 비행 시의 주된 추력을 담당한다. 그리고 6개의 추가적인 고정형 덕티드팬은 수직 이착륙 시에만 양력을 보조하고, 순항 비행 중에는 작동을 멈춘다.27

 

이 하이브리드 설계는 엔지니어링 측면의 타협점이다. 순항 비행에 최적화된 틸팅 프로펠러와 수직 이착륙에 특화된 리프트 프로펠러를 분리함으로써, 하나의 시스템으로 두 가지 상반된 요구사항을 모두 만족시키려 할 때 발생하는 성능 저하를 피하고자 했다. 이는 Lilium의 완전 추력 벡터링 방식보다는 덜 복잡하지만, 단순 멀티콥터보다는 더 복잡한 구조이다.

 

결함 허용(fault tolerance) 설계는 Midnight의 핵심 원칙이다. 12개의 모터 중 하나가 완전히 고장 나더라도 기체는 안정적인 비행을 유지하며 안전하게 착륙할 수 있도록 설계되었다.30 또한 6개의 독립적인 배터리 팩이 각 모터에 전력을 공급하여 전기 시스템의 다중화를 보장한다.27

 

Midnight은 공항과 도심을 잇는 '간선 노선(trunk routes)'과 같은 UAM 시장에 최적화되어 있다. 일반적인 운항 거리는 32~80 km, 순항 속도는 241 km/h이다.27 설계 과정에서 저소음(순항 시 45 dBA)과 빠른 충전 시간(약 10분)을 통한 높은 운용 효율성을 최우선으로 고려했다.28

 

Lilium과 Archer의 상이한 설계는 단순히 기술적 선호의 차이를 넘어선다. 이는 각 기업이 선택한 인증 전략과 시장 위험에 대한 상이한 판단을 반영하는 전략적 베팅의 결과물이다. Archer의 '12 틸트 6' 설계는 고정익과 틸팅 프로펠러를 갖춘, 전통적인 항공기에서 점진적으로 진화한 형태이다. 이러한 접근은 미국 연방항공청(FAA)의 기존 항공기 규정(14 CFR Part 23 등)에서 관련 데이터와 원칙을 상당 부분 활용할 수 있게 해준다.31

 

실제로 Archer의 비행 시험이 수직 이착륙이 아닌 일반적인 이착륙(CTOL)부터 시작했다는 점은 33, 위험을 최소화하며 단계적으로 규제 준수를 입증하려는 이들의 전략을 보여준다. 반면, 꼬리 날개 없이 완전 추력 벡터링으로 제어되는 Lilium의 설계는 기존 상용 항공 분야에 직접적인 비교 대상이 거의 없는 혁신적인 개념이다.20 이는 Lilium이 자신들의 새로운 비행 제어 시스템의 안전성과 신뢰성을 처음부터 완전히 새롭게 입증해야 함을 의미한다. 이들의 안전성 주장은 36개라는 압도적인 수의 엔진이 제공하는 복잡하고 소프트웨어 중심적인 다중화 논리에 기반한다.19 결국, 두 회사의 엔지니어링 설계는 기업의 위험 감수 수준과, 어떤 시장(UAM vs. RAM)이 먼저 성숙하고 어떤 규제 경로가 더 용이할지에 대한 전략적 도박을 물리적으로 구현한 것이라 할 수 있다.

 

2.3. 신흥 플레이어 및 국내 동향

Lilium과 Archer 외에도 다수의 기업들이 덕티드팬 기술을 활용한 AAM 기체 개발에 나서고 있으며, 이는 다양한 설계 접근 방식이 공존하고 있음을 보여준다.

 

대한민국 내에서도 AAM 기술 개발에 대한 관심과 투자가 증가하고 있다. 특히, 에어빌리티(Airbility)와 같은 스타트업은 '미래형 수직이착륙 경량항공기용 전기 덕티드팬 설계기술 개발' 과제를 통해 핵심 부품인 전기 덕티드팬의 국산화를 추진하고 있다.34 이는 정부가 발표한 'K-UAM 로드맵'에 발맞춰 이 분야의 핵심 기술을 내재화하고, 향후 성장할 AAM 시장에서 기술 주권을 확보하려는 전략적 움직임으로 해석된다.36

 

항목	Lilium Jet	Archer Midnight
항공기 유형	전동 수직이착륙 제트 (eVTOL Jet)	전동 수직이착륙 항공기 (eVTOL Aircraft)
목표 시장	지역 간 항공 모빌리티 (RAM)	도심 항공 모빌리티 (UAM)
탑승 인원	조종사 1명 + 승객 6명	조종사 1명 + 승객 4명
순항 속도	250 km/h 23	241 km/h 27
최대 항속 거리	250 km 23	161 km (최적화 구간 32-80 km) 28
추진 아키텍처	36개 덕티드팬 (DEVT) 23	12개 덕티드팬 (6개 틸팅, 6개 고정) 27
비행 제어 시스템	완전 추력 벡터링 (조종면 없음) 20	틸팅 프로펠러 및 전통적 조종면 혼합
인증 기반	EASA SC-VTOL, FAA Powered-Lift	FAA Powered-Lift
주요 인증 성과	EASA DOA 획득, EASA/FAA 인증기반(G-1) 확보 38	FAA 인증기반(G-1) 확보 32

 

제3장: 인증의 관문 - 새로운 시대를 위한 감항성 확보

AAM 기체가 상업적으로 운용되기 위해서는 규제 당국으로부터 형식증명(Type Certificate)을 받아 감항성(airworthiness), 즉 비행에 적합한 안전성을 입증해야 한다. 이는 AAM 산업이 직면한 가장 높고 험난한 장벽이다. 미국 FAA와 유럽항공안전청(EASA)은 이 새로운 유형의 항공기를 인증하기 위해 각기 다른 접근 방식을 취하고 있으며, 업계는 이들의 움직임에 촉각을 곤두세우고 있다.

 

3.1. 미국 FAA의 경로: '동력 리프트(Powered-Lift)' 인증

FAA는 AAM 기체를 위해 완전히 새로운 항공기 범주를 만드는 대신, 기존 규정인 14 CFR 21.17(b)에 따라 이들을 '특별 등급(special class)'의 '동력 리프트(powered-lift)' 항공기로 분류하기로 결정했다.40 '동력 리프트'는 수직 이착륙 시에는 엔진 추력에 의존하고, 수평 비행 시에는 고정익의 양력으로 비행하는 항공기를 의미한다.41 이 접근 방식은 FAA가 기존의 비행기(Part 23, 25) 및 회전익 항공기(Part 27, 29) 규정에서 해당 설계에 적합하고 적용 가능한 표준들을 조합하여 맞춤형 인증 기준을 수립할 수 있게 해준다.41

FAA의 인증 절차는 G-1과 G-2로 불리는 두 단계의 이슈 페이퍼(Issue Paper) 프로세스를 통해 진행된다.

 

• G-1 이슈 페이퍼 (인증 기반, Certification Basis): 개발사와 FAA 간의 협상을 통해 작성되는 이 문서는 해당 기체가 충족해야 할 구체적인 감항 및 환경 표준, 즉 '게임의 규칙'을 공식적으로 확립한다.31 Archer와 Lilium은 모두 FAA로부터 G-1 승인을 획득하며 중요한 이정표를 통과했다.32
• G-2 이슈 페이퍼 (준수 방법, Means of Compliance): 이 문서는 G-1에서 설정된 규칙들을 '어떻게' 충족할 것인지를 상세히 기술한다. 규정 준수를 입증하기 위해 수행할 구체적인 시험, 분석, 시뮬레이션 방법론을 정의하는 단계로, 실제 인증 과정의 대부분을 차지한다.31

최근 FAA는 성능 기반 규제(performance-based regulation)로의 전환을 가속화하고 있으며, 이는 새로운 자문회람(Advisory Circular) AC 21.17-4에서 명확히 드러난다.42 이 규제 방식은 "랜딩기어는 세 바퀴 형태여야 한다"와 같이 구체적인 설계를 강제하는 대신, "중요 시스템 고장 후에도 항공기는 안전하게 착륙할 수 있어야 한다"와 같이 달성해야 할 안전 목표를 명시한다.40 이는 AAM과 같은 혁신적인 설계에 유연성을 제공하지만, 동시에 개발사가 규제 당국이 수용할 만한 타당한 준수 방법을 스스로 제안하고 입증해야 하는 더 큰 책임을 부여한다.

 

3.2. EASA의 접근: VTOL 특별조건(SC-VTOL)

FAA의 하이브리드 접근 방식과 대조적으로, EASA는 AAM 기체를 위해 완전히 새로운 규정 체계인 'VTOL 특별조건(Special Condition for VTOL, SC-VTOL)'을 2019년에 발표했다.44 이는 개발사들에게 단일하고 포괄적인 규정집을 제공한다.

 

SC-VTOL은 기체의 크기나 승객 수에 관계없이 상업용 여객기(CS-25 기준)와 동등한 수준의 안전 목표를 요구하는 것이 특징이다.46 이는 시스템 다중화 및 고장 분석 등에 있어 극도로 높은 안전 기준을 설정하며, 개발사들에게 상당한 기술적 부담으로 작용한다.

 

EASA의 인증 절차에서 핵심적인 단계는 '준수 방법(Means of Compliance, MOC)'과 '설계 조직 승인(Design Organization Approval, DOA)'이다.

 

• EASA는 SC-VTOL 요구사항을 충족하는 방법을 안내하기 위해 관련 MOC 문서들을 순차적으로 발행하고 있다.44
• DOA는 개발사 자체가 안전한 항공기를 설계하고 인증할 수 있는 조직, 절차, 역량을 갖추었음을 EASA가 공식적으로 인정하는 제도이다. Lilium은 2023년 말에 DOA를 획득하며, 유럽에서 eVTOL 항공기의 형식증명 보유 자격을 갖춘 기업으로서 업계를 선도하게 되었다.39

 

3.3. 비교 분석 및 조화 노력

FAA와 EASA의 접근 방식은 철학적 차이를 보인다. FAA는 기존 규정을 활용하여 적응적으로 대응하며 초기에는 더 빠를 수 있지만, 프로젝트별로 복잡성이 증가할 수 있다. 반면, EASA는 처음부터 명확하지만 매우 까다로운 표준을 제시한다.

 

초기의 차이점에도 불구하고, FAA와 EASA는 이중 인증을 용이하게 하고 글로벌 시장 접근성을 높이기 위해 요구사항을 조화시키려는 노력을 적극적으로 기울이고 있다.50 이는 성능 및 고장 조건과 같은 핵심 분야에서 FAA와의 합의 사항을 반영하여 SC-VTOL을 개정한 사례에서 잘 나타난다.50 Lilium은 미국과 EU 간의 상호항공안전협정(BASA)을 활용하여 이러한 이중 인증 경로를 적극적으로 추진하는 대표적인 사례이다.38

 

항목	미국 연방항공청 (FAA)	유럽항공안전청 (EASA)
공식 항공기 분류	동력 리프트 (Powered-Lift)	VTOL 가능 항공기 (VCA)
주요 규정	14 CFR 21.17(b) (특별 등급) 40	VTOL 특별조건 (SC-VTOL) 44
인증 접근 방식	적응적/하이브리드 (기존 규정 조합)	규범적/목적 기반 (신규 규정 제정)
주요 절차	G-1 (인증 기반), G-2 (준수 방법) 31	MOC (준수 방법), DOA (설계 조직 승인) 39
기본 철학	성능 기반 규제, 유연성 강조	높은 안전 목표 설정, 포괄적 규정 제공
주요 문서	AC 21.17-4, SFAR 42	SC-VTOL, 관련 MOCs 44

 

AAM 기체 개발 과정을 살펴보면, 기업이 먼저 항공기를 설계한 후 인증을 모색하는 것처럼 보일 수 있다. 그러나 실제로는 그 반대에 가깝다. 예상되는 인증 경로와 그 요구사항이 설계 초기 단계부터 모든 엔지니어링 결정을 지배한다. 즉, 전체 개발 과정은 '인증 가능한 안전 사례(safety case)'를 만들어내기 위해 역으로 설계된다고 볼 수 있다.

 

상업 운용을 위해서는 FAA나 EASA와 같은 주요 항공 당국으로부터 형식증명을 받아야 하며, 이를 위해서는 10억 비행 시간당 1회의 치명적 사고율과 같은 극도로 높은 수준의 안전성을 입증해야 한다. AAM과 같이 운용 이력이 없는 새로운 설계의 경우, 이러한 신뢰성은 과거 데이터가 아닌 '설계 자체'를 통해 증명되어야 한다. 이는 다중화와 결함 허용 설계를 통해 단일 고장이나 심지어 다중 고장이 치명적인 사고로 이어지지 않음을 논리적으로 입증하는 것을 의미한다.

 

Archer가 12개의 모터와 6개의 배터리 팩을 채택한 것 27이나 Lilium이 36개의 엔진을 탑재한 것 23은 단순히 성능을 위한 엔지니어링 선택이 아니다. 이는 각 사가 자신들의 G-1 인증 기반 31에서 요구하는 안전 목표를 달성하면서도 경제성을 확보하기 위해 분석적으로 도출한 결과이다. 이처럼 프로펠러의 개수, 추진 시스템의 유형, 전기 아키텍처와 같은 핵심 설계 사양들은 규제 당국에 제시할 설득력 있고 방어 가능한 안전 논증을 구축하기 위한 전략적 결정의 산물이다. 결국, 엔지니어링이 인증 전략을 따르는 것이지, 그 반대가 아닌 것이다.

 

제4장: 합의 구축 - 표준화의 역할

AAM 산업이 성숙하고 확장되기 위해서는 개별 기업의 노력만으로는 부족하다. 항공기 설계, 제조, 운용 전반에 걸쳐 업계 공통의 합의된 표준을 마련하는 것이 필수적이다. ASTM International, SAE International과 같은 표준 개발 기구(SDOs)는 이러한 기술적 규칙을 만드는 데 핵심적인 역할을 수행하고 있다.

 

4.1. ASTM International 위원회 F44 (일반 항공 항공기)

ASTM F44 위원회는 일반 항공 항공기에 대한 합의 기반 표준을 개발하는 기구이다.52 이들이 개발한 표준은 FAA의 Part 23 규정에 대한 '수용 가능한 준수 방법'으로 인정될 수 있다. 이는 성능 기반 규제 환경에서 특히 중요한데, 제조업체들에게 인증을 위한 일종의 '사전 승인된 레시피'를 제공하기 때문이다.

 

F44 위원회의 활동 범위는 비행, 구조, 동력장치, 시스템 및 장비 등 AAM 플랫폼에 직접적으로 적용되는 모든 기술 분야를 포괄한다.52 이들은 eVTOL 인증 과제를 해결하기 위해 적극적으로 논의에 참여하고 있으며, 단순화된 조종 운영(Simplified Vehicle Operations, SVO)과 같은 주제에 대해 업계와 규제 당국 간의 협력을 촉진하는 핵심 포럼 역할을 하고 있다.54

 

4.2. SAE International 위원회 AE-7D (항공우주 전기 시스템)

모빌리티 엔지니어링 표준에 중점을 두는 SAE International 내에서도, AE-7D 위원회는 항공우주 전기 동력 및 장비 관련 표준을 전문적으로 다룬다.55

 

모든 동력이 전기로 이루어지고 고전압 DEP 시스템을 사용하는 AAM 기체에 있어 AE-7D의 역할은 근본적으로 중요하다. 이 위원회는 배터리(특히 열 폭주 현상 완화 방안, ARP7131), 배터리 관리 시스템, 고전압 전력 분배 시스템, 그리고 메가와트급 급속 충전을 포함한 충전 시스템(AIR7357)에 대한 표준을 개발하고 있다.55 이러한 표준들은 AAM의 전기 생태계 전반의 안전성과 상호운용성을 보장하는 데 필수적이다.

 

4.3. 표준화 격차와 그 영향

현재 AAM 산업은 기술 혁신의 속도가 표준 개발의 속도를 앞지르는 '표준화 격차(standardization gap)' 문제에 직면해 있다. AAM 개발사들의 기술 발전은 매우 빠르지만, 표준 개발은 여러 이해관계자의 합의를 바탕으로 신중하게 진행될 수밖에 없기 때문이다.

 

이러한 격차는 여러 가지 부정적인 결과를 초래한다. 확립된 표준이 없으면 각 제조업체는 독자적인 부품과 시스템을 개발하고 개별적으로 인증받아야 하는데, 이는 매우 비효율적이고 비용이 많이 든다. 또한, 다양한 공급업체가 참여하는 성숙한 공급망의 발전을 저해하고, 인증 리스크를 높이며, 상호운용성을 방해한다(예: 모든 버티포트에서 사용할 수 있는 표준화된 충전 플러그의 부재). 이 문제는 AAM이 대중 시장에 진입하기 위해 필요한 자동차 산업 수준의 대량 생산 체제를 구축하는 데 있어 심각한 병목 현상을 야기한다.57

 

표준화의 진정한 가치는 개별 항공기의 인증을 용이하게 하는 것을 넘어, AAM 생태계 전체의 규모 확장을 가능하게 하는 데 있다. 초기 프로토타입 단계에서는 Archer나 Lilium과 같은 기업들이 고도로 맞춤화된 독자 시스템을 개발하는 것이 불가피하다. 그러나 수백, 수천 대의 항공기를 생산하는 대량 생산 단계로 넘어가기 위해서는 신뢰할 수 있는 다수의 공급업체로 구성된 견고한 공급망이 필수적이다. 이는 표준화 없이는 불가능하다.

 

예를 들어, SAE가 AAM 배터리 커넥터에 대한 표준(AS6968 등)을 제정하면 55, 여러 배터리 제조업체와 항공기 제작사가 공통의 인터페이스를 기반으로 제품을 설계할 수 있게 된다. 이는 공급업체 간 경쟁을 촉진하여 비용을 절감하고, 어떤 항공기든 인증된 충전기를 사용할 수 있는 상호운용성을 보장하며, 특정 공급업체에 대한 의존도를 낮추는 탄력적인 공급망을 구축하게 한다. 따라서 ASTM F44나 SAE AE-7D와 같은 위원회의 활동은 단순히 기술적인 작업을 넘어, AAM을 소수의 프로토타입 집합에서 진정한 대량 생산 산업으로 전환시키는 데 필요한 근본적인 토대를 마련하는 과정이다. 이 '표준화 격차'가 얼마나 빨리 해소되느냐가 인증 이후 시장이 얼마나 빠르게 성장할 수 있는지를 결정하는 직접적인 요인이 될 것이다.

 

제5장: 주요 운영 및 생태계 장애물 극복

AAM 기체의 성공적인 상용화는 항공기 자체의 기술적 완성도만으로는 이루어질 수 없다. 이를 지원하는 지상의 인프라, 하늘의 교통 관리 시스템, 그리고 사회적 수용성이라는 세 가지 핵심 생태계 요소가 함께 구축되어야 한다.

 

5.1. 버티포트 인프라: 지상의 과제

버티포트(Vertiport)는 AAM 기체가 수직으로 이착륙하고, 승객을 태우고 내리며, 재충전하는 전용 시설이다. FAA와 EASA는 각각 초기 단계의 버티포트 설계 지침을 발표했다.58 FAA의 엔지니어링 브리프 105A와 EASA의 프로토타입 기술 사양은 이착륙장(TLOF), 최종 접근 및 이륙 구역(FATO), 안전 완충 구역, 표식 등 안전에 필수적인 요소들에 대한 초기 표준을 제시한다.58

그러나 버티포트 구축에는 여러 가지 현실적인 과제가 따른다.

 

• 도심 통합: 인구 밀도가 높은 도심 지역에서 버티포트를 건설할 적절한 부지를 찾는 것은 토지 이용 규제, 주변 공역과의 호환성, 그리고 주민들의 반대 등으로 인해 매우 어렵다.61
• 전력 인프라: 다수의 기체를 동시에 급속 충전하기 위해서는 막대한 양의 전력이 필요하며, 이는 지역 전력망에 상당한 부담을 줄 수 있다.58
• 하강풍/외풍(Downwash/Outwash): VTOL 기체가 이착륙 시 발생시키는 강한 바람은 지상의 인력과 시설 안전에 위협이 될 수 있다. 특히 Lilium Jet과 같이 디스크 로딩이 높은 기체의 경우 이 영향이 더 클 수 있으며, 이에 대한 추가적인 연구와 안전 기준 마련이 필요하다.60

 

5.2. 공역 통합: 디지털 스카이

현재의 항공 교통 관제(Air Traffic Management, ATM) 시스템은 소수의 관제사가 다수의 항공기를 통제하는 중앙 집중식 모델이다. 이 시스템으로는 도심 저고도 공역에서 예상되는 수많은 AAM 운항을 감당할 수 없다.63

 

이에 대한 해결책으로 미국에서는 무인 항공기 시스템 교통 관리(Unmanned Aircraft System Traffic Management, UTM), 유럽에서는 U-스페이스(U-space)라는 새로운 개념이 등장했다. 이는 드론과 AAM을 위해 설계된 디지털 기반의 자동화된 분산형 교통 관리 시스템이다.63

 

UTM/U-스페이스는 운항사, 서비스 제공업체, 규제 당국 등 모든 참여자에게 공통의 실시간 공역 정보를 제공함으로써, 관제사의 직접적인 통제 없이도 안전한 비가시권(BVLOS) 운항을 가능하게 한다.65 비행 계획 제출 및 승인, 충돌 방지, 비상 상황 관리와 같은 서비스가 자동화된 플랫폼을 통해 제공된다. Airbus, ANRA Technologies, Unifly와 같은 기업들이 이러한 서비스를 제공하기 위한 소프트웨어 플랫폼 개발을 주도하고 있다.63

 

5.3. 대중 수용성 확보: 데시벨을 넘어서

AAM의 성공을 위한 마지막 퍼즐 조각은 바로 대중의 수용성이다. 최근 연구에 따르면, AAM 소음에 대한 대중의 불쾌감은 단순히 소리의 크기(데시벨)만으로 결정되지 않는다. 항공기의 '가시성'이 소음 인식을 증폭시키는 중요한 요인으로 작용하며, 특히 이착륙 단계에서 이러한 경향이 두드러진다.68

 

이는 대중 수용성을 확보하기 위한 전략이 단순히 조용한 기체를 설계하는 것을 넘어, 보다 총체적인 접근이 필요함을 시사한다. 주거 지역 상공 비행을 최소화하는 최적의 항로 설계, 소음에 민감한 지역을 고려한 버티포트 부지 선정, 그리고 야간 운항 시의 조명과 같은 시각적 요소 관리까지 포함되어야 한다.68

 

궁극적으로 대중의 신뢰는 입증된 안전성을 기반으로만 구축될 수 있다. 단 한 건의 중대 사고만으로도 이제 막 싹트기 시작한 산업 전체가 수년간 후퇴할 수 있다. 이는 제3장에서 논의된 엄격한 인증 절차의 중요성을 다시 한번 강조한다.68

 

버티포트, 공역 관리, 대중 수용성은 개별적인 문제가 아니라 서로 긴밀하게 연결된 하나의 시스템이다. 대중의 반대로 도심 핵심 지역에 버티포트를 건설하지 못하면, 전체 AAM 네트워크의 경제성이 위협받는다. 유일하게 가용한 비행 경로가 인구 밀집 지역 상공을 지나는 경우, 소음 민원으로 인해 운항 시간이 제한되어 사업 모델이 붕괴될 수 있다. UTM 시스템은 주어진 교통량을 안전하게 관리할 수는 있지만, 이러한 근본적인 사회적, 정치적 제약을 해결할 수는 없다. 따라서 성공적인 AAM 도입은 기술 중심의 일방적인 추진이 아니라, 도시 계획가, 지역 사회, 정책 입안자들이 초기 단계부터 참여하는 통합적인 전략을 통해서만 가능하다. 항공기, UTM과 같은 기술 시스템과 버티포트, 지역 사회라는 물리적, 사회적 시스템이 함께 설계되어야 하는 것이다.

 

제6장: 시장 전망 및 전략적 제언

6.1. 시장 규모 및 성장 전망 (2030-2040)

AAM 시장의 잠재력에 대한 기대는 매우 크다. Morgan Stanley는 2040년까지 AAM의 전체 시장 규모(Total Addressable Market)가 1조 5천억 달러에 이를 것으로 전망했으며 69, Deloitte는 2035년까지 미국 시장만으로도 1,150억 달러 규모에 달할 것으로 예측했다.71

 

시장의 초기 성장은 공항 셔틀, 에어택시와 같은 프리미엄 여객 서비스가 주도할 것으로 예상된다.57 이후 운용 비용이 점차 감소함에 따라 시장이 확대될 것이며, 화물 및 물류 운송 또한 중요한 시장 부문으로 자리 잡을 것이다.71

 

그러나 이러한 장밋빛 전망들은 기술 성숙도, 규제 승인 일정, 배터리 기술 발전 등 여러 가지 중요한 가정들이 실현된다는 전제 하에 이루어진 것임을 인지해야 한다. 실제 시장 성장 속도는 이러한 가정들의 달성 여부에 따라 크게 달라질 수 있다.70

 

6.2. 결론적 분석: 상업적 생존 가능성으로 가는 길

AAM 산업을 이끄는 주요 동력은 지속 가능한 항공에 대한 요구, 교통 체증이 심한 도시에서의 시간 절약 가능성, 그리고 새로운 모빌리티 비즈니스 모델 창출에 대한 기대이다.1 덕티드팬 기술은 이러한 요구에 부응하는 핵심적인 역할을 할 잠재력을 가지고 있다.

 

반면, 산업의 발목을 잡는 가장 큰 제약 요인은 항공기 인증이라는 기술적, 재정적 거대 장벽, 더딘 배터리 에너지 밀도 개선 속도, 막대한 초기 인프라 구축 비용, 그리고 아직 해결되지 않은 광범위한 대중 수용성 문제이다.

결론적으로, 덕티드팬 추진 AAM은 단순한 기술적 혁신을 넘어, 규제, 인프라, 사회적 합의가 복합적으로 작용하는 거대한 시스템의 일부이다. 이 기술의 성공은 개별 기체의 성능을 넘어, 생태계 전반의 과제를 얼마나 효과적으로 해결하느냐에 달려 있다.

 

6.3. 전략적 제언

 

• 기체 개발사: 인증에 모든 역량을 집중해야 한다. 형식증명이 없는 프로토타입은 상업적 가치가 없다. 다중화와 결함 허용 설계를 기반으로 명확하고 방어 가능한 안전 사례를 구축하는 설계에 우선순위를 두어야 한다. 표준화 기구에 적극적으로 참여하여 규칙 제정에 기여하고 공급망 개발을 가속화해야 한다.
• 규제 당국: 성능 기반 표준에 대한 구체적인 준수 방법(MOC) 및 지침 자료 개발을 가속화해야 한다. 규제의 명확성은 업계가 확신을 가지고 투자하는 데 필수적이다. 단일 글로벌 시장을 창출하기 위해 국제적 조화를 지속적으로 추진해야 한다.
• 투자자: 항공기 외적인 요소를 면밀히 검토해야 한다. G-1, G-2, DOA 상태와 같은 기업의 인증 진행 상황을 성공의 가장 중요한 선행 지표로 삼아야 한다. 인프라, 운영, 공역 서비스 분야에서 신뢰할 수 있는 파트너를 확보했는지 등 생태계 전략을 평가해야 한다.
• 도시 계획가 및 정책 입안자: 지금 바로 계획을 시작해야 한다. 장기적인 도시 및 교통 계획에 버티포트 개발을 통합해야 한다. 지역 사회의 이해와 수용성을 높이기 위해 공개적인 대화와 교육 캠페인을 시작해야 한다. 초기 인프라 투자의 위험을 줄이기 위한 정책적 지원을 제공해야 한다.

 

 

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