제15부 AAM — UAM·RAM·화물의 기술과 운용

15.23 자율 비행 UAM으로의 경로

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

15.17·15.18는 조종사가 탄 운항을 다루었고, 그 계산은 조종사 수와 가동률이 서로 연동됨을 보였다(하루 8시간 가동에 조종사 2.1~2.4명). 조종사 비용과 공급이 병목이라는 사실이 UAM 업계가 원격 조종과 자율 비행으로 가려는 이유다. 이 장은 그 경로를 조종사의 위치와 자동화 수준의 단계, 단계마다 필요한 규제·안전 조건, 세 가지 숫자(원격 조종사의 업무량, 링크 두절의 빈도, 파국적 고장 목표의 기단 규모 환산)로 본다. 일차 자료는 FAA UAM ConOps v2.0(2023-04-26), NASA의 UAM 성숙도 척도(UML)를 설명한 논문, EASA SC-VTOL-01의 서문과 AMC VTOL.2510, EU 규정 (EU) 2019/947(채택본), EASA의 설명 노트다. 대형 무인기 일반의 경로는 14.25가 다루며, 이 장은 사람을 태우는 UAM에 한정한다. 군용 무인 여객기·무인 수송은 다루지 않는다(BK-04).

배우는 것:

• 단계의 사다리 — FAA ConOps v2.0은 자동화 수준을 사람이 직접 제어(HWTL)·감독(HOTL)·예외만 알림(HOVTL) 으로 나누고, 중기에 원격 조종이 탑승 조종만큼 흔해질 수 있다고 본다. NASA의 척도는 기체마다 전담 조종사가 필요한 단계(on- 또는 off-board)와 실시간 전담 인력이 필요 없는 단계를 구분한다(15.23.2.1).
• 법의 빈자리 — SC-VTOL은 원격 조종과 자율과 양립하도록 의도했지만 그 내용을 아직 다루지 않는다고 밝힌다. EU 규정 2019/947은 사람을 수송하는 무인기를 인증 범주로 분류하고 기체 인증·운영자 인증·원격 조종사 면허를 요구한다(15.23.2.2·15.23.2.3).
• 원격 조종사 1명이 맡는 대수는 상수가 아니다 — 항공기가 시간당 1회, 6분의 주의를 요구하면 동시 비행 20대에 8명(1:2.5), 100대에 21명(1:4.8), 500대에 71명(1:7.0)이다. 처리 시간이 3분이면 100대에 14명(1:7.1), 12분이면 35명(1:2.9)이다(15.23.3.1).
• 가용성 99.999 %도 두절을 거의 매일 만든다 — 두절 평균 10초이면 기단 100대에서 하루 2.9회, 1,000대에서 28.8회다(15.23.3.2).
• 안전 목표는 조종사 승선을 전제한다 — SC-VTOL의 파국적 고장 목표 10억분의 1/FH는 '조종사가 탑승한 항공기' 의 표에 있다. 목표를 만족하는 기단 1만 대에서도 파국적 사건이 35년에 한 번(15.23.3.3).

선수 지식: 14.25(대형 UAS와 무인화 경로), 15.1(운용 개념·UML·K-UAM), 15.15(C2 링크 요구), 15.17·15.18(운항·조종사)를 읽었다고 가정한다.

특히 중요한 독자: 엔지니어는 15.23.3을, 인증 담당자는 15.23.2·15.23.4를, 정책 담당자는 15.23.2·15.23.4·15.23.9를, 운용 담당자는 15.23.3.1·15.23.5를 먼저 읽는다.

기준 시점과 정직성. 2026년 11월 기준이다. 원문을 읽은 것: FAA, Urban Air Mobility (UAM) Concept of Operations v2.0(2023-04-26)의 자동화 수준·PIC 서술·용어; Goodrich·Theodore, Description of the NASA Urban Air Mobility Maturity Level (UML) Scale(자동화 의존도 서술); EASA SC-VTOL-01(Issue 1)의 서문(적용 범위)과 AMC VTOL.2510의 안전 목표 표(15.4에서 읽음); Commission Implementing Regulation (EU) 2019/947의 채택본 전문 11·12와 제6·7조(legislation.gov.uk의 채택본 XML); EASA Explanatory Note to ED Decisions 2025/010/R, 011/R & 012/R의 2.1(무인화 서술); EASA Opinion 03/2023의 Annex IIIa·Va(초안)의 일부; EASA Easy Access Rules for Air Operations(2026년 3월판)의 Part-IAM Section 1(VCA)·2(MVCA)의 구성; 15.15의 C2 링크 요구(가용성 99.999 %). 읽지 못한 것: 2019/947의 이후 개정본과 2019/945 제40조, EASA의 경량 UAS 특별 조건(Light-UAS)과 중위험 MOC, ICAO 시카고 협약 제8조·Annex 2(접근 불가), 승객을 태운 원격 조종 UAM에 대한 FAA의 규칙(읽은 범위에서 없음), JARUS 지침, 한국의 K-UAM 원격·자율 단계 규정(15.1에서 2차로 읽음). 이 장의 업무량·두절 계산은 사건 발생률·처리 시간·두절 지속 시간을 가정한 설명용 단순 모형이며 실제 운영 자료가 아니다. 단계별 필요 조건은 읽은 자료를 정리한 이 책의 해석이다. 이 장은 원격·자율 운항의 승인 지침이 아니다.

15.23.2 개념·직관

15.23.2.1 단계의 사다리

FAA. UAM ConOps v2.0은 항공기 자동화 수준을 세 가지로 나눈다. HWTL(Human-Within-the-Loop)은 사람이 자동화를 항상 직접 제어하고, HOTL(Human-on-the-Loop)은 사람이 자동화를 감독하며 필요하면 완전히 넘겨받고, HOVTL(Human-Over-the-Loop)은 자동화가 처리할 수 없는 예외나 규칙 단계의 상향 때만 사람을 호출한다. 이 개념은 탑승 PIC를 가정하되 원격 조종이나 자동 운용을 배제하지 않는다고 적고, 중기에는 원격 조종이 더 흔해져 PIC 운용만큼 자주 있을 수 있으며, 자동화의 개선이 HOVTL 능력으로 이어질 수 있다고 본다.

NASA UML. 척도의 자동화 의존도는 다섯 수준이다. 보조(고도로 증강된 조종), 포괄적 안전 보증(지상 충돌·교통 충돌 회피 같은 안전 감시와 개입이 있으나 운영 안전의 책임은 사람), 협력적·책임 있는 자동화, 고도로 통합된 자동화 네트워크, 시스템 전체의 최적화다. 셋째 수준에서는 자동화가 지정된 기능을 수행하도록 보증되어 사람이 그 기능의 고장을 감시하고 완화할 필요가 없어지고, 조종사와 관제사의 역할과 자격 요건을 다시 정의할 수 있으나(이상한 고장 모드의 절차 훈련 요건이 줄 수 있다), '탑승이든 비탑승이든 기체마다 전담한 조종사가 여전히 필요하다.' 전담한 실시간 인력이 필요 없는 것은 넷째 수준이다. 그래서 한 명이 여러 대를 감독하는 단계(그림의 넷째 단계)는 UML의 셋째 수준과 넷째 수준 사이의 쟁점이다(해석).

한국. K-UAM 운용개념서 1.0은 초기(2025~2029) 기장 탑승, 성장기(2030~2034) 원격 조종, 성숙기(2035~) 자율 비행으로 구분한다(15.1, 2차).

15.23.2.2 EU — 인증 범주와 규정의 구성

무인기 규정(2019/947). 전문 11은 '인증(certified)' 범주의 운용이 원칙적으로 운영자의 인증과 원격 조종사의 면허를 규정 (EU) 2019/945에 따른 기체 인증과 함께 받아야 한다고 한다. 제6조 1항은 UAS가 인증되고 운용이 집회 위 비행·사람 수송·위험물 운반 가운데 어느 조건에 있을 때만 인증 범주로 분류한다. 곧 승객을 태운 무인 UAM은 인증 범주다. 제7조 3항은 인증 범주의 운용이 SERA(923/2012), Air OPS(965/2012), 1332/2011의 해당 운영 요건을 따르도록 한다(채택본; 이후 개정은 읽지 못함).

Part-IAM의 구성. Part-IAM의 점 번호는 Section 1(VCA, 모든 VTOL 항공기) 과 Section 2(MVCA, 유인 VTOL 항공기) 로 나뉜다(UAM.OP.VCA·UAM.OP.MVCA, UAM.POL.VCA, UAM.IDE.VCA·UAM.IDE.MVCA). 같은 장에서 읽은 것처럼 승객 브리핑·좌석·비행 계획·착륙 선택지는 MVCA에 있다(15.17·15.20). 이 분리는 무인 VCA를 위한 절을 나중에 더할 수 있는 구조로 읽힌다(해석). EASA 설명 노트는 초기에 에어택시가 유인 VCA로 운항되고, 장래에 같은 플랫폼이 점점 자율성이 높아지며 원격 조종될 수 있다고 적고, 규칙이 전환기를 지원하고 새 운용 개념을 기존 민간 항공 영역에 매끄럽게 통합하도록 필요하다고 한다.

SC-VTOL의 서문. EASA SC-VTOL-01의 적용 범위는 '사람을 태우는 VTOL' 항공기이며 서문은 "특별 조건은 원격 조종 능력이나 여러 수준의 자율과 양립하도록 의도했지만 이 측면은 현재 다루지 않는다. 원격 조종과 자율의 자료가 더해질 때 조종 승무원에 대한 언급은 '해당하는 대로' 고려한다"고 적는다. 지금의 안전 목표 표(AMC VTOL.2510)도 '조종 승무원이 탑승한 항공기'를 전제로 한다.

15.23.2.3 FAA

UAM ConOps v2.0은 위 개념을 서술하지만 규칙은 아니다. SFAR(14 CFR Part 194)의 조종사 요건은 탑승 PIC의 형식 한정과 훈련(15.18)이고, FAA의 Part 108 제안 규칙은 사람을 태우지 않는 1,320 lb 이하 무인기를 다룬다(14.25). 읽은 범위에서 승객을 태운 원격 조종 동력양력의 FAA 규칙은 찾지 못했다(확인 필요).

15.23.3 원리 — 업무량·링크·안전 목표

15.23.3.1 원격 조종사 한 명이 맡는 대수

원격 조종사가 항공기 $N$대의 비행을 감독하고, 항공기마다 시간당 $\lambda$회 전담 주의(예외, 경보, 판단)를 요구하며, 한 번에 $\tau$분 걸린다고 하자. 제공 부하는 $a=N\lambda\tau/60$ 얼랑이다. 원격 조종사 $c$명이 모두 바쁠 때 새 요구가 대기하지 못하고 차단된다고 보면 차단 확률은 Erlang B 식으로

$$B(c,a)=\frac{a^{c}/c!}{\sum_{k=0}^{c}a^{k}/k!}$$

이다. 목표 차단 확률 0.1 %(설명용)를 만족하는 최소 $c$를 구한다.

'한 명이 몇 대'는 상수가 아니라 사건 발생률·처리 시간·기단 규모가 정한다. 6분 처리에서 20대는 1:2.5, 500대는 1:7.0이고, 같은 100대에서 3분 처리는 1:7.1, 12분 처리는 1:2.9다. 기단이 클수록 요구가 서로 평균을 내어(풀링 효과) 비율이 좋아진다. 탑승 조종사는 비행 중인 항공기마다 1명이므로 동시 100대에서 100명이 근무하고, 원격이면(6분 처리) 21명으로 4.8배 적다. 다만 NASA의 척도에서 기체마다 전담 조종사가 필요한 수준(셋째)에서는 이 풀링이 허용되지 않는다(15.23.2.1). 이 모형은 요구를 서로 독립이고 대기시키지 않는다고 단순화했다. 요구가 집중되는 기상 악화나 링크 두절에서는 사건이 동시에 일어나므로 실제 필요한 인원은 더 크다(해석).

15.23.3.2 링크 두절의 빈도

원격 조종의 전제는 C2 링크다. 15.15는 도시 UAM의 C2 링크에 가용성 99.999 % 이상이 필요하다는 논문의 요구를 읽었다. 두절이 평균 $d$초 지속하는 무작위 사건이면 두절 발생률은 $r=(1/A-1)/d$이다. $A=0.99999$, $d=10$초이면 $r=0.0036$/h(15분 비행에 두절이 일어날 확률 $9.0\times10^{-4}$)이고, $d=60$초이면 $0.0006$/h(15분에 $1.5\times10^{-4}$)이다.

가용성이 99.999 %여도 기단 1,000대는 하루에 10초 두절을 28.8번 겪는다. 가용성이 99.99 %이면 288번이다. 따라서 링크 상실 시의 자동 대응(착륙·대기·복귀) 은 예외가 아니라 일상 운용의 일부이고, 이를 조종사 없이 보증하는 것이 원격·자율의 핵심 과제다(15.15.3.2, 15.14). 두절 지속 시간의 분포와 상관(도심 건물 차단은 같은 지역의 기체를 함께 끊는다)은 모형에 없다.

15.23.3.3 파국적 고장 목표와 기단 규모

SC-VTOL의 AMC VTOL.2510 표는 Enhanced 범주에서 고장 조건의 정량 목표를 경미 $\le10^{-3}$, 중대 $\le10^{-5}$, 위험 $\le10^{-7}$, 파국 $\le10^{-9}$(비행 시간당)으로, 개발 보증 수준(FDAL)을 D·C·B·A로 정한다. Basic 범주의 승객 2~6명은 파국 $\le10^{-8}$(FDAL B), 0~1명은 $\le10^{-7}$이다. 표는 '조종 승무원이 탑승한 항공기'의 것이다. 기단이 $n$대이고 항공기마다 연 $u\,D_{\mathrm{op}}=8\times360=2{,}880$ 비행 시간(15.17의 가정)이라면, 모든 항공기가 목표를 정확히 만족할 때 기단의 파국적 사건은 연 $n\times2880\times p$건이다.

항공기 한 대가 목표를 만족해도 1만 대 규모의 기단은 35년에 한 번 파국적 사건을 겪는다. 곧 자동화가 조종사를 대체하려면 지금의 목표를 만족하는 데서 그치지 않고, 조종사가 하던 위험 완화를 대체하는 기능(착륙 지점 판단, 교통 회피, 고장 뒤 판단) 이 같은 보증 수준에 이르러야 한다. 지금의 표가 조종사 탑승을 전제하므로 조종사가 없는 경우의 목표 자체가 정의되지 않았다는 것이 SC-VTOL 서문의 서술이다. 이 계산은 목표를 정확히 만족한다고 둔 상한에 가까운 가정이며 실제 항공기는 목표보다 낮을 수 있다.

15.23.4 규제와의 연결

• EU. 2019/947 제6·7조(인증 범주), SC-VTOL-01 서문·AMC VTOL.2510, Part-IAM(MVCA·VCA), 설명 노트. 원격 조종사 면허와 운영자 인증의 구체적 규칙은 읽지 못했다.
• 미국. UAM ConOps v2.0(개념), SFAR Part 194(탑승 PIC), Part 108 NPRM(사람 비탑승). 승객을 태운 원격·자율 UAM의 규칙은 찾지 못했다.
• 한국. K-UAM 운용개념서 1.0의 단계(15.1, 2차). 규정은 읽지 못했다(확인 필요, 18.13).
• 세 축. 군용 드론은 해당 없음(BK-04). 민간 UAS는 승객이 없는 인증 범주 이하의 규정(14.25)이다.

15.23.5 설계·운용의 선택

• ① 단계. 탑승 PIC(HWTL) → 감독(HOTL) → 원격 1:1 → 원격 1:N → HOVTL의 어느 단계로 언제 갈지 규제·안전 조건에 따라 단계별로 정한다.
• ② 원격 조종 센터. 사건 발생률·처리 시간·기단 규모로 인원을 정하고(1:N은 상수가 아님), 풀링을 허용하는 수준(UML 넷째)에 도달했는지 확인한다.
• ③ C2 링크. 가용성과 두절 지속 시간에서 기단의 일일 두절 횟수를 계산해 링크 상실 대응을 일상 절차로 설계한다.
• ④ 안전 입증. 조종사의 위험 완화 기능을 열거해 각각에 목표 수준을 정한다.
• ⑤ 규제 협의. 인증 범주(2019/947)와 SC-VTOL 확장 일정을 당국과 일찍 협의한다.

견해: UAM의 무인화는 원격 1:1(전담) 단계를 건너뛰지 못하며, 1:N은 업무량 자료와 안전 입증이 축적된 뒤에 열린다고 본다. 근거는 15.23.2.1·15.23.3.1이다. NASA의 척도는 셋째 수준에서 기체마다 전담 조종사를 요구하고, 업무량 모형은 같은 100대에서도 비율이 1:2.9~1:7.1로 처리 시간에 크게 의존한다. SC-VTOL은 원격·자율의 자료를 아직 두지 않았고 안전 목표는 조종사 탑승을 전제한다. 반론은 일부 개발사가 경제적 이유로 다른 속성보다 원격 조종을 앞당기려 한다는 점이고(NASA, 15.1) 업무량 모형이 단순하다는 점이다. 그래서 이 견해는 일정을 세울 때 1:1 원격 단계와 업무량·링크·안전 자료의 축적 기간을 넣자는 방향의 판단이며, 특정 연도를 예측하지 않는다.

15.23.6 세 축 비교

15.23.7 관련 규격·프로토콜

15.23.8 관련 규제·인증 요구와의 연결

15.23.9 함정과 한계

15.23.10 체크포인트·연구 질문

체크포인트

1. HWTL·HOTL·HOVTL와 NASA의 자동화 의존도 수준을 설명할 수 있는가?
2. EU 2019/947이 사람을 수송하는 무인기를 어떻게 분류하는지 설명할 수 있는가?
3. Erlang B로 원격 조종사 소요를 계산할 수 있는가?
4. C2 가용성에서 기단의 일일 두절 횟수를 계산할 수 있는가?
5. SC-VTOL의 안전 목표가 조종사 탑승을 전제하는 이유와 의미를 설명할 수 있는가?

연구 질문(25.7에 모은다)

• 실제 UAM 원격 조종 운용에서 항공기당 주의 요구의 발생률과 처리 시간은 얼마인가?
• 링크 두절의 지속 시간 분포와 지역 상관은 어떠한가?
• 조종사의 위험 완화 기능을 자동화가 대체한다고 입증하는 방법은 무엇인가?
• 승객을 태운 원격 조종 동력양력에 대한 FAA·EASA의 규칙은 언제 어떤 형태로 나오는가?

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 (NASA)
• EASA, SC-VTOL-01 (Issue 1): Preamble, AMC VTOL.2510
• Commission Implementing Regulation (EU) 2019/947 (채택본): 전문 11·12, 제6·7조
• EASA, Explanatory Note to ED Decisions 2025/010/R, 2025/011/R & 2025/012/R (2025)

다음 장: 15.24 개인용 비행체(PAV)·초경량 eVTOL·플라잉카 — 승객 운송이 아닌 개인 소유·취미·경량 영역의 eVTOL과 그 규제를 다룬다.