제15부 AAM — UAM·RAM·화물의 기술과 운용

15.1 AAM·UAM 운용 개념(ConOps): FAA·NASA·EASA·K-UAM 비교

15.1.1 이 장에서 배우는 것 / 선수 지식 / 특히 중요한 독자

AAM(첨단항공모빌리티)은 아직 규정이 완성되지 않은 운용을 개념 문서로 먼저 그린다. 규정은 개념의 일부만 확정하고, 개념은 '어떤 구조가 되어야 하는가'를 시험하는 도구다. 이 장은 네 나라·기관의 개념을 비교한다. 미국 FAA의 UAM 운용 개념 2.0(2023-04-26)과 NASA의 UAM 성숙도(UML) 척도는 원문을 읽었고, EU의 U-space 운용 개념과 한국의 K-UAM 운용개념서는 읽은 범위가 좁다. 그리고 개념이 말하는 '전략적 분리만으로는 높은 운항 빈도를 받기 어렵다'는 서술을 14.22의 시간 창 모형으로 계산한다. 이 책의 방침(BK-04)에 따라 군용 운용 개념은 다루지 않는다.

배우는 것:

• 구조 — FAA 개념은 현행 규칙에서 출발해 UAM 회랑과 협력 운용 관행(COP)을 거쳐 고밀도 회랑망으로 가는 세 단계를 두고, 서비스 제공자(PSU)의 연합 네트워크가 운용 의도를 교환한다(15.1.2.2·15.1.2.3).
• 척도 — NASA의 UML은 교통 밀도·운용 복잡도·자동화 의존도로 여섯 단계를 나누고, 'UML-4' 이상은 규정의 큰 개정을 전제한다(15.1.2.4).
• 한국 — K-UAM 운용개념서 1.0은 초기 2025~2029(기장 탑승), 성장기 2030~2034(원격조종), 성숙기 2035~(자율비행)로 구분하고 회랑을 지상 300~600 m에 둔다(15.1.2.6, 공식 보도 자료를 요약 도구로 읽음).
• 계산 — 구간 500 m·속도 60 m/s에서 전략적 분리만으로 트랙당 시간당 60편을 받으려면 도착 시간 불확실성이 12.9 s 이하여야 하고 120편이면 5.4 s 이하다(15.1.3.1).
• 밀도 — 회랑 10개가 방향당 시간당 60편, 체공 15분이면 동시에 300대가 떠 있고, 이는 NASA가 '중간 밀도(수백 대)'라 부르는 규모다(15.1.3.2).

선수 지식: 14.22·14.23(UTM·U-space), 9.14(정보 교환), 3.15(항공 통신)을 읽었다고 가정한다.

특히 중요한 독자: 정책 담당자는 15.1.2·15.1.4를, 사업 담당자는 15.1.2.7·15.1.5를, 엔지니어는 15.1.3을, 인증 담당자는 15.1.2.4·15.1.8을 먼저 읽는다.

기준 시점과 정직성. 2026년 11월 기준이다. 원문을 읽은 것: FAA, Urban Air Mobility (UAM) Concept of Operations v2.0(2023-04-26, 42쪽; 요약·1.3의 구조·2 원칙·3 진화·4.1~4.6 운용 개념을 읽었고 5 구조·6 시나리오·7 진화는 읽지 못했다), NASA, Goodrich·Theodore, Description of the NASA Urban Air Mobility Maturity Level (UML) Scale(AIAA SciTech 2021, NTRS 20205010189; 서문·UML-1~4·UML-5·UML-6 서술 일부). 요약 도구로만 읽은 것: 한국 국토교통부 K-UAM 운용개념서 1.0 정책 브리핑(2021-09-28)의 웹 요약. 2차로만 읽은 것: CORUS-XUAM의 U-space 운용 개념 4판(검색 요약). 읽지 못한 것: K-UAM 운용개념서 2.0과 1.0 원문, EU U-space 운용 개념 원문, NASA의 UAM 비전 운용 개념(UML-4, 2020), FAA 운용 개념 2.0의 5~7장, EASA의 UAM 관련 문서. 이 장은 개념 문서를 읽은 것이며 규정이 아니다. 계산의 속도·구간·불확실성·회랑 수는 설명용 가정이다.

15.1.2 개념·직관

15.1.2.1 용어와 위치

FAA 개념은 UAM을 AAM의 부분 집합으로 두고, AAM은 지역·광역·도시 사이의 접근이 부족한 곳을 새 항공기·기술·운용으로 잇는 FAA·NASA·업계의 구상이라고 설명한다. UAM은 도시 안팎의 비행 운용에 초점을 둔다. 같은 문서는 UTM(무인기)·UAM·상층 Class E 교통관리(ETM)를 협력 환경(xTM, 확장 가능한 교통관리)이라는 한 묶음으로 보고, 기존 항공교통업무(ATS)와 나란히 둔다. 이 책의 용법도 같다(BK-01).

15.1.2.2 FAA UAM 운용 개념 2.0 — 원칙과 진화

개념은 먼저 원칙을 둔다. FAA는 NAS 공역과 운용의 규제 권한을 유지하고, 운용에 대한 정보에 요청 시 접근하며, 공역 관리는 필요한 곳은 정적으로 가능한 곳은 유연하게 한다. 운용자는 운용의 조정·실행·관리 책임이 있고 규정과 COP를 준수하며, 공유한 운용 의도에 적합하고, 전체 환경을 해치면서 자기 운용만 최적화할 수 없다. 협력 교통관리는 이해 당사자가 함께 만들고 정부가 승인하는 COP에 따른다. 개념은 스스로 '정책 발표가 아니며 먼 장래의 통합을 규정하는 서술도 아니다' 라고 밝힌다.

진화는 여섯 지표로 서술한다. 운용 빈도(tempo), UAM 구조(공역·절차), UAM이 요구하는 규정 변경, COP, 항공기 자동화 수준(사람이 직접 통제 HWTL, 감독 HOTL, 자동화가 필요할 때만 사람을 부르는 HOVTL), 조종사의 위치(기내 대 원격)다. 세 단계는 다음과 같다.

초기 운용은 VFR·IFR 같은 현행 규칙을 플랫폼으로 삼는다. 개념은 이 현행 규칙 아래 운용이 늘면 규정과 ATS의 한계에 이를 수 있다고 본다. 개념의 서문은 '기어가기-걷기-달리기'의 단계적 접근이라고 요약한다.

15.1.2.3 COP·PSU·회랑·진출입점

• COP(협력 운용 관행). 업계가 정의하고 FAA가 승인하는, 협력 환경에서 운용자들이 충돌 관리·공역 형평·수요-용량 균형(DCB)을 어떻게 다룰지에 대한 관행이다. 이전 판의 '공동체 사업 규칙(CBR)'을 바꾼 용어다. FAA의 관여 정도는 주제에 따라 최소에서 높음까지이고, 높으면 문서화·시험·공식 수락이 필요할 수 있다.
• PSU(UAM 서비스 제공자). 운용자에게 서비스를 제공하는 주체로 14.22의 USS에 대응한다. 제출된 운용 의도가 완전하고 현재의 권고·제한과 맞으며 이미 확정된 운용 의도·COP·회랑 용량·공역 제한·버티포트 자원·악조건을 고려해 전략적으로 충돌이 해소되었는지 분석해 확정한다. 확정한 의도를 연합 서비스 네트워크에 제공하고, 회랑 사용 상태를 조정하고, 운용 자료를 기록으로 남기며, 공항 접근을 공항 운영자와 협상한다. 운용자가 스스로 PSU가 될 수도 있다.
• UAM 회랑. 성능 기반 공역 구조다. 요건을 만족하는 항공기는 누구나 들어갈 수 있고 모든 공역 등급을 지날 수 있으며, 초기에는 점대점이고 나중에는 분절해 망이 된다. 회랑의 개폐는 ATC가 정한다(인접 공항의 운영 형태에 따라). 회랑 안의 분리의 배분은 ATC에서 운용자·조종사에게 맡겨진다.
• 진출입점(CEP). ATS 환경과 협력 환경의 경계를 지나는 점이다. 회랑에 정의된 '확립된' 것과 운용 의도의 궤적이 경계를 지나는 '운용 정의' 것이 있다. 회랑을 드나드는 항공기는 회랑 밖의 공역 요건을 충족해야 한다.
• 회랑 진화. 초기 회랑은 단방향이나 방향별 한 트랙처럼 단순하고, 수요가 용량을 넘으면 트랙 추가, 항행 성능 향상에 따른 분리 기준 축소, 추월 구역(수직 공통·수평 추월 구역) 으로 키운다.

15.1.2.4 NASA의 UAM 성숙도(UML)

NASA의 UML 척도는 UAM 생태계가 시간에 따라 갖출 운용 능력을 여섯 단계로 정리한 틀이다. 단계는 교통 밀도(한 도시권에 동시에 떠 있는 기체 수: 낮음 100대 미만, 중간 수백 대, 높음 수천 대, 편재 수만 대 이상), 운용 복잡도(주요 포트의 처리 용량, 포트망의 분산, 날씨 내성, 다른 기체·공역과의 통합, 도심 통합), 자동화 의존도의 조합으로 구분한다. 논문이 읽은 범위에서 서술한 단계는 다음과 같다.

논문은 이 척도를 한 가지 실현의 예로 제시하며, 도시마다 속성별 진도가 다를 수 있다고 한다. 예를 들어 시계가 늘 좋은 곳은 IMC 운용 없이도 UML-4 교통 밀도에 도달할 수 있고, 몇몇 개발사는 다른 속성보다 먼저 원격 조종으로 가려 한다.

15.1.2.5 EU — U-space 운용 개념(2차)

검색 요약에 따르면 EU에서는 SESAR 공동사업의 CORUS-XUAM이 U-space 운용 개념을 도심항공교통까지 확장한 4판(2023년 9월)을 냈다. 요약은 UAM을 'U-space 공역에서, 도시 위(적어도 일부 구간), 전술적 분리가 필요한 혼합 교통'의 운용으로 정의하고, UAM 지원에는 공항·도시 거점과 연결된 고급 U-space 서비스가 필요하며 U-space는 단계적으로 진화해야 한다고 결론 낸다고 전한다. 규정 측은 이행규칙 2021/664와 14.23에서 읽었다. 이 장은 EASA의 UAM 관련 문서와 운용 개념 원문을 읽지 못했다(확인 필요).

15.1.2.6 한국 — K-UAM 운용개념서

국토교통부 정책 브리핑(2021-09-28)의 웹 요약에 따른 K-UAM 운용개념서 1.0의 내용은 다음과 같다. 단계는 초기 2025~2029(기장이 탑승해 조종), 성장기 2030~2034(원격조종, 비상 시 안전관리자 탑승 고려), 성숙기 2035~(자율비행)다. 회랑은 두 버티포트를 일대일로 잇는 고정형 회랑(초기에는 소수), 이를 엮은 고정형 회랑망, 호출마다 열고 닫는 동적 회랑망(성숙기)으로 나뉜다. 회랑은 지상 300~600 m에 두고 소형 드론의 운용 고도보다 150 m 이상 위에 있어야 한다. 교통관리는 K-드론시스템과 별개로 신설되는 UAM 교통관리체계(UATM) 가 국가 항공교통관제 대신 회랑을 관리하며, 통신은 상용 이동통신으로 시작하고 음성 무선을 병행하다 디지털 통신으로 대체한다. 이 장은 운용개념서 2.0(단계 기간·회랑 규정의 변경 여부)과 두 판의 원문을 읽지 못했다(확인 필요, 18.13).

15.1.2.7 비교

15.1.3 원리 — 전략적 분리의 용량과 밀도의 규모

15.1.3.1 계획만으로는 높은 빈도를 받을 수 없다

FAA 개념은 4.4.2·4.4.3에서 계획 단계의 전략적 분리가 산업이 원하는 운용 빈도를 지원하기에 충분하지 않을 수 있다고 말한다. 불확실성을 흡수하는 완충이 운용 빈도가 오를수록 커져 결국 전술적 분리와 DCB가 필요해진다는 서술이다. 이 말을 14.22.3.2의 모형으로 계산한다. 한 구간의 시간 창을 $\ell/v+2k\sigma$로 예약하면 트랙당 처리량은 $C=3600/(\ell/v+2k\sigma)$이고, 시간당 $\lambda$편을 받는 데 허용되는 불확실성은 다음이다.

$$\sigma_{\max}=\frac{3600/\lambda-\ell/v}{2k}$$

$v=60$ m/s(약 117 kt), $k=2$로 두면 구간 $\ell=200\cdot500\cdot1{,}000$ m의 통과 시간은 3.3·8.3·16.7 s이고 처리량은 다음과 같다.

구간 500 m에서 트랙당 60편/h는 도착 시간 불확실성 12.9 s 이하, 120편/h는 5.4 s 이하를 요구한다. 승객 탑승·이륙 승인·바람 같은 변동이 20~30 s이면 시간당 30~40편 안팎이 전략적 분리만으로 받을 수 있는 한계이고, 그 이상은 전술적 분리나 구간·트랙을 늘리는 구조(15.1.2.3의 트랙 추가·추월 구역)가 필요하다. 이는 FAA 개념이 말하는 방향과 같다. 모형의 한계도 14.22.3.2와 같다(직선 한 차선, 구간마다 독립 오차, 같은 속도).

15.1.3.2 얼마나 많은 기체가 떠 있나

회랑의 시간당 도착률 $\lambda$와 체공 시간 $T$에서 동시에 떠 있는 기체 수는 리틀의 법칙으로 $N=\lambda T$다. 체공 15분, 양방향이라고 하면 다음과 같다.

NASA 논문이 인용한 eVTOL 생산성 가정(하루 6시간 가동, 시간당 30마일 3회, 평균 탑승 2.7명)은 한 기체당 하루 $6\times3\times30\times2.7=1{,}458$ 승객 마일이고, 같은 논문은 이를 승용차의 하루 약 33마일과 견주어 UML-5의 도시권 승객 마일이 개인 승용차 군의 4~5 % 규모라고 한다. '중간 밀도'(수백 대)는 방향당 60편/h의 회랑 10개로 이미 도달한다. 그런데 15.1.3.1에서 60편/h는 트랙당 12.9 s 이하의 시간 정확도를 요구하므로, UML-4가 필요로 하는 교통량은 구조(트랙·분기)와 시간 정확도를 함께 키울 때 가능하다(해석).

15.1.4 규제와의 관계

• 개념은 규정이 아니다. FAA 개념은 '정책 발표가 아니고 해결책·세부 절차를 규정하지 않는다'고 밝히고, 각주에서 UAM 운용을 규율하는 14 CFR Part 135·91·23·25·27·29를 검토해 갱신이 필요한 곳을 찾아야 한다고 적는다.
• 미국의 규정 변경 시나리오. NASA 논문은 UML-3에서 4로 가려면 Part 91 일반 운용 규칙의 큰 개정이 있어야 하고 Part 61·Part 65 같은 조종사·관제사 규정도 바뀐다고 본다. 초기 운항에 필요한 것은 형식 증명 기체, 감항 유지, 자격 조종사(동력양력 등급)와 승객 운송 허가다(15.17·15.18·17.7).
• EU·한국. EU는 규정 2021/664(14.23)와 운용 개념의 확장, 한국은 도심항공교통법과 K-UAM 로드맵·그랜드챌린지(18.13)로 구현한다. 이 장은 한국 법령 본문을 읽지 못했다(확인 필요).

15.1.5 설계·운용의 선택

• ① 현행 규칙 대 신규 구조. 초기에는 현행 규칙을 쓰면 규정 부담이 적지만 빈도가 늘면 한계에 닿는다. 회랑은 새 규정과 COP가 필요하다.
• ② 산업 주도 COP 대 정부 규정. COP는 업계가 만들고 FAA가 승인하나 안전·형평·보안이 걸린 부분은 정부 규제 영역과 맞물린다(개념의 '지분(equity interest)' 서술).
• ③ 구조 대 정밀도. 처리량은 트랙·구간을 늘리거나(구조) 시간 정확도를 높여(정밀도) 키운다(15.1.3.1).
• ④ 조종사 위치의 이동 속도. 개념은 원격 조종을 중기에 한 운용당 한 명으로 도입한다고 서술하고, NASA는 일부 개발사가 경제적 이유로 다른 속성보다 먼저 원격 조종으로 이동하려 한다고 지적한다.

견해: 회랑 설계의 첫 변수는 도착 시간 불확실성 $\sigma$로 두는 편이 낫다. 근거는 15.1.3.1이다. 같은 구간에서 60편/h에는 12.9 s, 120편/h에는 5.4 s가 필요하므로 '몇 편을 받을 것인가'는 곧 '시간을 몇 초 안에 맞출 것인가'다. 개념 문서가 '완충이 커져 결국 전술 분리가 필요하다'고 말하는 것은 이를 질적으로 서술한 것이다. 반론은 $\sigma$는 운용 설계가 아니라 기상·승객·관제의 외생 변수라는 점이다. 그러나 탑승 절차, 버티포트 슬롯, 속도 조정으로 줄일 수 있는 몫이 있으므로 성능 요건과 COP의 한 항목으로 명시하는 편이 낫다고 본다.

15.1.6 세 축 비교

15.1.7 관련 규격·프로토콜

15.1.8 관련 규제·인증 요구와의 연결

15.1.9 함정과 한계

15.1.10 체크포인트·연구 질문

체크포인트

1. FAA 개념의 세 단계와 여섯 지표를 말하고 PSU·COP·회랑·CEP의 역할을 구별할 수 있는가?
2. NASA UML의 세 속성과 UML-2·UML-4·UML-5의 차이를 설명할 수 있는가?
3. 트랙당 시간당 처리 요구에서 허용 도착 시간 불확실성을 계산할 수 있는가?
4. 회랑 수·방향당 도착률·체공 시간에서 동시에 떠 있는 기체 수를 구할 수 있는가?
5. 네 개념(FAA·NASA·EU·K-UAM)의 단계 기준 차이를 설명할 수 있는가?

연구 질문(25.7에 모은다)

• UAM 기체의 출발 시각·도착 시각 오차의 실측 분포는 승객 탑승·바람·관제에 따라 어떠한가?
• 전략적 분리와 전술적 분리의 균형점은 처리 요구에 따라 어디에 있는가?
• K-UAM 운용개념서 2.0은 1.0에서 단계 기간과 회랑 구조를 어떻게 바꾸었는가?
• 원격조종·자율 UAM으로의 이동 속도를 정하는 요인은 규정과 경제 가운데 무엇인가?

1차 출처(이 장)

• FAA, Urban Air Mobility (UAM) Concept of Operations v2.0 (2023-04-26)
• Goodrich, K. H., Theodore, C. R., Description of the NASA Urban Air Mobility Maturity Level (UML) Scale (AIAA SciTech 2021, NTRS 20205010189)
• 국토교통부, K-UAM 운용개념서 1.0 정책 브리핑(2021-09-28, 웹 요약 도구로 읽음)

2차 출처(이 장)

• CORUS-XUAM U-space 운용 개념 4판 요약(검색 결과)

다음 장: 15.2 수요 예측과 노선·네트워크 설계 — 개념이 전제한 운용 빈도를 수요에서 거꾸로 구한다.