UAM 하늘길을 열다.(feat KB증권)

K-UAM 로드맵에 따르면 2024년 실증비행, 2025년 상용서비스 최초 도입, 2030년 본격 상용화 될 예정이다. K-UAM 기술의 5개 핵심부문은 1) 기체 ∙ 부품, 2) 항행 ∙ 교통관리, 3) 인프라, 4) 서비스, 5) 핵심기술이다.

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• 우버에 따르면 UAM 초기 운임은 1km당 3~4달러, 자율비행 시 0.6달러 수준
• K-UAM (한국형 도심항공교통 로드맵)에 따르면 국내 기준 초기 운임은 1km 당 3,000원, 자율비행 시 1,300원 수준
• 현재 글로벌 모빌리티 시장규모 (하드웨어+ 서비스 등)는 약 7.5~7.8조 달러로 추정 (포르쉐컨설팅)
• 국내 에어택시 일일 이용객수는 2025년 29명에서 2030년 8,445명, 2035년 14만 5,953명 그리고 2040년 시장규모는 13조원이 될 전망 (국토교통부)
• 경부고속도로 반포 부근, 올림픽대로 여의도 부근, 강변북로 용산 부근, 잠실 종합운동장 부근, 서울역, 용산역, 여의도 공원 등이 주요 버티포트입지가 될 수 있음
• 초대형빌딩 옥상도 상업용 버티포트로 개발 가능
• 초기에는 조종사 탑승, 성장기에는 원격조종, 성숙기에는 자율비행이 목표
• 조비에비에이션이 스타트업 중 가장 많은 펀딩 금액 확보

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날으는 모빌리티 시대 도래

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UAM은 Urban Air Mobility의 약자로 도심 항공 모빌리티를 일컫는다. UAM은 저소음, 친환경 동력 기반의 수직이착륙 교통수단 및 이를 지원하기 위한 이착륙 인프라 등을 포함하는 최첨단 교통시스템이다. 간단히 플라잉카, 에어택시, 드론택시라고도 하며 도심환경속에서 사람과 화물을 지상이 아닌 항공으로 운송하는 모빌리티다.

UAM은 기본적으로 전기동력을 사용하고 수직으로 이착륙하는 모빌리티이기 때문에 활주로가 필요 없으며, 대신 버티포트 (수직 이착륙장)가 필수적이다

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UAM의 자율 비행화

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도시권 중장거리 (30~50km)를 20여분에 이동할 수 있고 초기에 서비스는 공항 – 도심 간 운행부터 시작되어 점차 도심 내 그리고 도심 ∙ 광역 ∙ 지역 간 항공모빌리티로 발전할 것으로 전망했다. 이처럼 기존 교통과 UAM의 연계는 도시 교통의 새로운 변화를 몰고 올 것이다. 시간과 비용, 접근성, 교통시스템, 환경 등 다방면 측면에서 효율성이 높아질 것이다.

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UAM 시장 전망

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현재 글로벌 모빌리티 시장규모 (하드웨어+ 서비스 등)는 약 7.5~7.8조 달러로 추정된다. (포르쉐컨설팅) 업계에서는 글로벌 UAM의 잠재적 시장 규모를 오는 2040년 0.2~1조 달러의 고성장을 전망했다. 글로벌 모빌리티 시장에서 UAM이 최대 13%를 차지하게 되는 것이다.

매출액을 2040년 170억 달러, 2050년 900억 달러로 전망했으며 승객용 eVTOL은 2040년 4만 7000대, 2050년 16만 1천대까지 급증할 것으로 추정했다.

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한국항공우주연구원 (KARI)에 따르면 UAM의 서울시내 평균이동시간은 자동차 대비 약 76% 단축될 것으로 전망하고 있다. 이를 사회적 비용으로 환산하면 서울에서만 연간 429억원, 국내 대도시 전체로는 2,735억원이 절감 가능하다. 국토교통부는 에어택시 일일 이용객수는 2025년 29명에서 2030년 8,445명, 2035년 14만 5,953명 그리고 2040년 시장규모는 13조원이 될 것으로 전망했다.

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특히 국내 수도권은 주요 UAM시장 중 하나로 초기 UAM 실현 및 대도시권으로 확장 가능성이 높을 것으로 전망된다. UAM 실현 유망도시 글로벌 75개 도시 가운데 서울은 헬리포트 1위, 인구 밀집도 5위, 소득수준 4위 등 높은 수준의 경쟁력으로 평가 받았다.

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UAM이란

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UAM은 기존 항공기보다 낮은 300~600미터의 고도에서 비행하며 전기동력 활용으로 탄소배출이 없는 친환경 교통수단이다. 엔진 대신 전기모터를 사용하며 프로펠러 크기가 훨씬 작기 때문에 소음은 최대 63~65dB 이하다. 이는 헬리콥터의 95~100dB 대비 체감 기준 30~20% 수준이며, 상공을 비행할 때 지상에서 들리는 소음은 40dB 수준까지 낮아진다.

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또한 헬기의 경우 로터 (ROTOR, 프로펠러 등 회전익 부분 총칭)가 1개인 반면 UAM은 보통 6개 이상으로 안전성이 매우 높다. 로터 (또는 프로펠러) 1개가 작동하지 않아도 동력의 분산 추진, 제어를 통해 로터들이 서로 균형을 잡기 때문에 안정적으로 운행이 가능하다. 또한 이착륙 및 비행 등 운항 상황에 맞는 로터를 사용할 수도 있다. 이처럼 낮은 소음 및 높은 안전성, 친환경성으로 도심에서 활용도가 높다.

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UAM 핵심은 비행체로 기본적으로 드론이 사용되며, 드론으로는 전기 수직 이착륙 비행체 eVTOL (electric Vertical Take-Off & Landing, 이비톨)가 사용된다

UAM 항공기로는 eVTOL 이외 eSTOL (electric Short Take-Off & Landing, 전기추진 단거리 이착륙기)도 있다.

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eSTOL

• eSTOL은 수직이착륙이 불가능해 사실상 짧은 활주로가 필요하다
• 짧은 활주로 (80~100m)에서 수평 비행으로 날개에서 기체 중력을 극복하는 양력에 의해 이착륙이 가능하기 때문에 eVTOL 대비 상대적으로 적은 에너지가 필요하다.
• 도심보다는 도심 간, 지역 간을 연결 (RAM)하는 소규모 공항 및 바다, 큰 강에서 활용도가 높아질 것이다.
• 리튬이온 방식의 2차전지보다는 수소연료전지가 사용될 가능성이 높다.
• 현재 eSTOL을 개발 중인 업체는 일렉트라 (Electra Aero)와 에어플로우 (Airflow Aero) 등이 있다.

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관련 생태계의 큰 폭 성장

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UAM은 기체에 필요한 소재, 배터리, 모터, 전자제어칩과 운항/서비스에 필요한 빅데이터/AI까지 다양한 첨단기술이 집약된 고부가가치 신성장산업으로 향후 관련 생태계의 큰 폭의 성장이 예상된다.

UAM 상용화를 위해서는 동력 (분산)추진 시스템 (DEP, Distributed Electric Propulsion), 배터리, 연료전지, 기체 소재 등 기체부터 통신, 안전, 보안, 운항,관리, 인프라, 플랫폼, 서비스 등 관련 밸류체인의 연구와 개발이 지속될 것이다.

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• 핵심기술 가운데 하나는 바로 전기 동력 (분산)추진 시스템이다
• 기체가 수직으로 이착륙해야 하고 이륙 이후에는 앞으로 비행할 수 있어야 한다. 그만큼 기체도 가볍고 강해야 하며 모터의 효율성도 중요하다.
• 배터리 에너지 효율화도 핵심기술이다. 현재 UAM에는 전기차에 사용되는 리튬이온 배터리가 많이 사용되지만 사고의 위험성 (화재 등)도 있다.
• 전고체 배터리 및 수소연료전지 시스템 개발이 가속화 될 것이다
• 그리고 급속 충전 또는 고정된 배터리가 아닌 교체식 배터리 사용도 크게 부각될 것이다.

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UAM의 분류

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eVTOL은 종류도 많고 분석기관마다 분류하는 방식도 다르다. 일반적으로 추진방식에 따라 3가지 형태로 구분한다. 수직비행협회 (VFS)에 따르면 글로벌 eVTOL 프로젝트 총 460개 중 백터드 트러스트가 약 44.6%, 멀티콥터 33.9%, 리프트 앤 크루즈가 21.5%를 차지하고 있다.

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1) 멀티곱터

• 기존 드론처럼 회전축이 고정된 여러 개의 로터 또는 프로펠러를 장착하여 추력을 분산시켜 이착륙 및 비행하는 시스템이다
• 기술적 난이도가 낮아 빠른 양산이 가능하나 속도 (최대 속도 시속 100km 수준)가 느리고 운항거리 (30~50km)가 짧은 단점이 있다.
• 중국 이항의 '이항 216', 독일 볼로콥터의 '볼로시티' 등이 있다.

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2) 리프트 앤 크루즈

• 날개와 로터가 모두 달려있는 비행기 (고정익)와 헬리콥터 (회전익)의 혼합된 형태라 할 수 있다.
• 이륙시에는 지면과 수직방향의 로터를 사용하고 (양력:위로 올라가려는 힘), 순항시에는 수평방향의 로터 (추력: 앞으로 나아가려는 힘)를 이용한다.
• 비행의 안정성을 높이는 날개와 양력, 추력 추진체가 독립적으로 작동하기 때문에 멀티콥터보다 더 많은 무게를 견딜 수 있다.
• 최고 속도 시속 200km, 비행거리는 100km 가량 가능하다.
• 이항과 볼로콥터는 기존 모델의 한계를 극복하기 위해 각각 ‘VT – 30’, ‘볼로커넥트’라는 모델을 개발하고 있다. 유럽 최대 항공기 제조사 에어버스 (AirBus)도 '시티에어버스 넥스트젠'을 공개했다.

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3) 백터드 트러스트

• 날개에 달린 로터들이 방향을 바꾸면서 수직으로 이륙할 때와 수평으로 비행할 때 필요한 에너지를 발생시킨다.
• 리프트 앤 크루즈와 비슷하지만 백터드 트러스트 방식은 한 종류의 추진체가 양력과 추력을 동시에 발생시키기 때문에 리프트 앤 크루즈 방식과 구분되며 틸트윙 (로터와 날개까지 같이 회전), 틸트로터 (로터만 회전), 틸트프롭 등으로 총칭한다.
• 이처럼 백터드 트러스트 방식은 한 종류의 추진체로 서로 성격이 다른 두 종류의 에너지를 발생시키기 때문에 eVTOL 중에서 가장 빠르고 비행거리가 길다
• 최고속도 약 300km/h, 250km/h 비행이 가능한 것으로 알려져 있다
• 미국 조비의 ‘S-4’, 한화시스템과 미국 오버에어의 ‘버터플라이’, 미국 아처 에비에이션의 ‘메이커’, 릴리움 ‘제트’ 등이 대표적이다.

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버티포트, UAM의 기본 인프라

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UAM의 기본 인프라는 버티포트 (Vertiport)이다. 버티포트는 도심 내 위치한 비행체의 이착륙 공간 (정비소, 충전포트, 주기장, 환승 플랫폼 기능)으로 도심 주요 교통요충지에 위치하는 신규 인프라 공간이다. 버티포트를 기반으로 다양한 부동산 개발 시너지 창출이 기대된다. 접근성과 편의성 극대화가 UAM의 성공요소이기 때문이다. 2040년 글로벌 UAM 시장규모 1,200조원 가운데 인프라시설이 400~500조원 규모로 성장이 예상된다.

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향후 도시당 버티포트 (최소 기능 포함)는 30여개 그리고 300여대의 기체가 비행 가능할 것으로 전망하며 화물 운송용 드론 포함시 1,000여대 비행도 가능할 것으로 예상된다. 고도별 레이어 층이 형성되고 레이어 층별로 항로 (회랑) 설정이 가능하기 때문에 각 레이어 층에는 비행거리, 속도, 기종 특성에 맞는 수많은 모빌리티가 비행할 것이다.

버티포트와 노선 수가 많아지면 다수 회랑의 네트워크 형태인 고정형 회랑망 (일명 교차로)이 구축 될 것이다. 성숙기에는 시시각각 변화하는 동적 회랑망 (고정 회랑에 의존하지 않고 최적 경로로 개설, 폐지되는 회랑의 집합)으로 진화할 것이다.

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국토교통부에서 발표한 한국형 도심항공교통 (K-UAM) 운용 로드맵을 보면 2025년부터는 수도권 중심의 버티포트를 설치, 인천공항과 김포공항, 여의도, 잠실 등에서 UAM 상용화 서비스를 발표했다. 2030년이 되면 수도권 및 광역권중심에 버티포트를 설치, UAM 운행을 전국으로 확대해서 택시와 버스처럼 어느 곳이든지 날아갈 수 있게 한다는 계획이다.

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참고로 버티포트는 도심지 개량형에는 최소 기능 위주로 1,500만 달러, 외곽거점형에는 5,000만 달러가 소요될 것으로 전망했다 (우버, 버티포트 건축설계 용역 예측 조사).

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예를 들어 주요 도심지역의 도로나 기찻길 위를 활용하는 방법도 있을 것이다. 경부고속도로 반포 부근, 올림픽대로 여의도 부근, 강변북로 용산 부근, 잠실 종합운동장, 서울역, 용산역,여의도 공원 등도 버티포트의 주요 입지가 될 수 있다. 기존 빌딩의 헬리포트는 개인 소유의 eVTOL 버티포트로서, 초대형빌딩의 옥상은 상업용 버티포트로서 개발, 전환도 가능할 것이다.

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UAM과 스마트시티

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UAM 생태계 구축을 위해서는 이착륙 및 환승 터미널 (버티포트), 충전 시설, 관제소, 통신, 저궤도 위성 등의 제반 인프라 시설이 필수적이다. 향후 상용서비스가 본격화되면 공유, 리스,렌탈, 보험, 그리고 자율차, 택시, 지하철 등 타 교통과 연결된 복합 모빌리티 플랫폼 시장이 형성될 것이다. 그리고 UAM 성장은 완전 자율주행차의 상업화를 빠르게 앞당길 것이다.

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더 나아가 6G 통신망, 그리고 수소사회가 도래하면 바야흐로 친환경 스마트 시티가 구축되게 된다. 패러다임 변화에 맞추어 기존 도로, 교통시스템 및 도시구조 등 도시 생태계의 전반적인 변화가 일어날 것이다. 기존 산업은 약화되고 새로운 산업과 정보통신 기술이 빠르게 융 ∙ 복합된 모빌리티 혁명이 사회전반으로까지 대변화를 몰고 올 것이다.

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미래의 주요 도심 도로는 버스전용차선, 자율주행 전용차선, 일부 내연기관 차선 등으로 구분될 것이다. 물론 출퇴근 시간, 극심한 정체 구간 등 교통 상황에 따라 교통 시스템 (신호,차선 등)은 AI에 의해 체계적으로 바뀔 것이다.

자율주행차 (전기차, 수소 전기차), 수소 버스,수소 트럭 등 친환경차가 대부분 도로를 달리게 되며, 도시 중소빌딩과 주택의 전력원은 수소연료전지 (발전)가 될 것이다.

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사람들은 친환경 자율주행차를 타고 UAM 버티포트로 이동, 하늘을 나는 모빌리티로 환승하여 원하는 목적지까지 이동할 수 있다. 그리고 버티포트 주변에는 핵심 상업, 업무지구가 형성된다. 친환경 버티포트 스마트시티의 간단한 예다.

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K-UAM, 미래 혁신산업

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K-UAM 상용은 운용 초기 (2025 ~ 2029), 성장기 (2030 ~ 2034), 성숙기 (2035 ~ ) 3단계 발전전략이다. 초기에는 조종사 탑승, 성장기에는 원격조종, 성숙기에는 자율비행이 목표다. UAM 하늘 길인 회랑 (Corridor)은 300~600m 사이에서 설정되며 초기 소수의 고정형 회랑에서 성장기 네트워크의 고정형 회랑망, 그리고 성숙기에는 동적회랑망으로 진화할 것이다. 회랑은 버티포트를 시 ∙ 종점으로 한 통로 형태로 만들어진다. 교통관리는 UATM (UAM Traffic Management)을 이용하며, 초기에는 기존 상용이동통신 (4G,5G)에서 시작하여 점차 고도화된 디지털통신체계 (6G, 저궤도 위성통신 등)로 대체될 예정이다.

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K-UAM의 5대 핵심부문

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K-UAM 기술은 5개 핵심부문, 14개 주요 분야, 38개 중점기술, 총 118개 세부기술로 구성된다. 5개 핵심부문은 1) 기체 ∙ 부품, 2) 항행 ∙ 교통관리, 3) 인프라, 4) 서비스, 5)핵심기술이다.

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1) 기체 ∙ 부품 기술은 UAM 기체 구조 (경량화, 고신뢰성), 동력 ∙ 추진시스템 (친환경,초경량 고성능 추진동력원, 전기추진 기술 등), 기계시스템, 인증 ∙ 시험평가 등이다. 특히 경량화 소재 및 고밀도 배터리용 전기동력 추진 기술, 수소연료전지, 배터리 팩 기술 등 동력 추진시스템에 대한 관심이 더욱 커질 것으로 전망된다.

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2) 항행 ∙ 교통관리는 UAM 자동화 교통관리, 가상통합 운용체계, 다중 통신기술, CNSi 용 보안기술, 정보보유 네트워킹 기술 등이다.

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3) 인프라는 버티포트 구축 및 운용시스템, 버티포트 보조설치 시스템, 특화 도시로 구성되며,

4) 서비스는 승객, 화물 운송관리, 조종사 업무 저감기술, 도심 운용 3차원 정밀지도 구축,종사자 운용 자격 체계 등에 관한 기술이다.

5) 핵심기술은 자율비행, 기체 소음진동 저감 기술 등이다.

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이 가운데 UAM의 핵심은 수직이착륙, 저소음, 친환경성, 동력 추진시스템 (배터리 등),자율비행, 항법/관제, 조종사 훈련 등이다.

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UAM 관련 기업​

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관련 기업으로는 미국의 조비 에비에이션 (Joby Aviation), 아처 (Archer Aviation), 위스크 (Wisco Aero), 슈퍼널 (Supernal, 현대차 UAM 미국법인), 오버에어 (OverAir), 베타 (Beta Technologies), 영국의 버티컬에어로스페이스 (Vertical Aerospace), 독일 볼로콥터 (Volocopter), 릴리움 (Lilium), 중국 이항 (EHang), 한화시스템, 현대차, SKT, KT, 한국항공우주, 베셀, 켄코아에어로스페이스, 네온테크 등이다.

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