[한장TECH] 하늘을 나는 차, UAM의 사업모델과 화두들

[테크월드=박지성 기자] (편집자주: 한장TECH는 테크월드 기자들이 주요 뉴스를 한 장의 슬라이드로 제작하여 제공하는 테크월드만의 차별화된 독자 콘텐츠입니다.)

어렸을 적에 봤던 만화 ‘2020년 우주의 원더키디’의 그 2020년이 드디어 왔다. 아니 심지어 이제는 그 2020년의 3/4이 지나갔다. 어렸을 때는 2020년이 오면 자동차들이 하늘을 날아 다닐 것이라고 굳게 믿었다. 그런데 아직도 우리는 자동차와 버스로 가득 찬 도로 위에서 출퇴근 시간을 보내고 있다. 대체 하늘을 나는 자동차는 언제쯤 실현이 되는 것일까? 아니 실현이 가능하기는 한 것인가?

긍정적 신호는 올해 1월 미국 라스베이거스에서 열린 CES에서 감지됐다. 현대자동차 등 자동차 회사는 물론 우버 등이 앞다퉈 UAM (Urban-Air-Mobility: 도심 공중 모빌리티) 제품들을 선보였다. 그러나 CES에 선보인 UAM들은 어디까지나 아직은 ‘콘셉트’일 뿐이다. 하늘을 나는 ‘콘셉트’가 ‘현실’이 되기 위해서는 경제성이 필요하다. 이번 한장 TECH는 UAM이 현실이 되기 위한 조건들과 IT 업체들의 과제를 알아본다.

ㅇ 헬리콥터 대비 파격적으로 저렴한 UAM, 육상 교통도 대체 가능하다

전 세계적으로 가속화되는 도시화는 ‘교통정체’라는 새로운 문제를 낳았다. 대도시의 도심은 출퇴근 시간이 되면 상습적인 교통체증이 발생하고 있다. 이런 가운데 새로운 기술인 UAM이 사람들에게 새로운 희망으로 떠오르고 있다. 글로벌 컨설팅 기업인 맥킨지의 보고서에 따르면 2020년 8월 현재 약 450여개의 UAM 프로젝트들이 전 세계에서 진행 중인 것으로 분석됐다. 새로운 모빌리티 서비스의 선두주자인 우버에서부터 국내의 현대자동차와 해외의 도요타에 이르기까지 기존 레거시(Legacy) 자동차 업체들이 UAM에 거는 관심은 지대하다.

우버와 현대차 등의 참여 업체 이름에서도 알 수 있듯이, 현재 UAM에 관심을 기울이고 있는 기업들은 장기적 관점에서 UAM으로 육상의 교통 수단을 대체하거나 혹은 보완하는 것을 목표로 하고 있다. 그런데 과연 UAM이 우리가 흔히 사용하고 있는 택시 수준으로 저렴하고 일반화될 수 있을까?

맥킨지의 분석에 따르면 UAM은 기존의 공중 운송수단인 헬리콥터 대비 약 70% 수준의 운용비 절감이 가능할 것으로 내다봤다. 현재 헬리콥터를 기준으로 승객 1명을 1마일(1.6km) 이동 시킬 때 발생하는 운용비는 약 8$이다. 그러나 UAM을 도입하게 될 경우, 이 비용은 현저히 떨어질 수 있다.

비용 절감은 거의 모든 영역에서 가능하다. 우선 기체당 유지비가 UAM은 헬리콥터의 50%에 불과하다. 게다가 끊임없이 기름을 소비하는 헬리콥터와 달리 UAM은 0.13kW 출력의 전기모터면 충분하다. 기체 가격도 헬리콥터 대비 1/2 수준인데다가, UAM은 무인 조종을 기반으로 운영되기 때문에 파일럿 인건비도 필요 없다. 항공기 계류장을 이용하는 비용도 헬리콥터 대비 1/10의 가격으로 형성될 전망이다. 마지막으로 하루에 1.5 시간 정도 가동할 수 있는 헬리콥터 대비 UAM은 약 4배인 6시간의 가동률을 갖는다. 이런 기술적 진보와 가정들이 달성될 경우, UAM의 승객 1인당 1마일 운용비용은 최소 550원에서 최대 2750원에 도달할 것으로 예상된다. 이 정도 가격이면 지상 위의 고급형 택시와도 겨뤄 볼만한 가격 경쟁력이다.

ㅇ 떠오르기 위해서는 땅이 필요하다!

그러나 맥킨지는 UAM 사업모델의 성패를 가늠할 요소는 이런 단순 기체당 운영비용 비교가 아니라고 지적한다. 핵심은 바로 이런 UAM 운영을 위한 거점과 이를 연계하기 위한 네트워크 구축이라고 말한다.

도심의 교통흐름을 생각하면, 서울의 경우에도 출퇴근 시간에는 주요 대형 간선도로와 도심에 차량들이 가득 들어차지만, 심야 등에는 도로가 한산해진다. UAM의 경우도 이런 수요 패턴을 벗어날 수 없는데 이는 결론적으로 UAM이 이착륙할 기지와 공간은 필연적으로 ‘평균’ 수요보다 많은 UAM을 수용할 수 있어야 한다는 것이다. 더불어 UAM의 이착륙 공간은 곧 이동 수요의 출발/도착지가 되기 때문에 교통 수요가 몰리는 최적의 장소에 입지해야 한다는 어려움 또한 존재한다.

맥킨지는 만약 UAM 산업이 이런 문제를 해결하지 못한다면 UAM 역시 헬리콥터 산업의 전례처럼, 제한된 시장 규모에 국한될 수 밖에 없다고 지적한다. 실제로 헬리콥터의 경우는 매우 제한된 장소에만 이/착륙장이 존재하고, 이로 인해 고객들은 이/착륙장까지 이동해야 하다보니 헬리콥터를 타서 절약하게 되는 시간적 효용이 줄어들고, 다시금 이는 고객 수요의 감소로 이어져 헬리콥터 운송 산업이 규모의 경제와 대형화를 달성하는데 가장 큰 걸림돌이 되고 말았다. 그 결과 헬리콥터는 현재 뉴욕이나 런던과 같은 대형도시에서 극소수의 고객들을 대상으로, 특정 장소에서 공항을 왕복하는 수준 정도로 밖에 교통수단 역할만 수행하고 있다.

ㅇ 최적의 허브 앤 스포크 모델, 3가지 유형의 UAM 거점

그러나 이동 수요가 있는 모든 곳에 대형 UAM 기지를 건설하는 것은 천문학적인 비용 발생으로 현실적으로 불가능하다. 그렇기에 맥킨지는 이동 수요에 따라 3가지로 분화된 UAM 기지를 구축하고 이를 효과적으로 운용하는 허브 앤 스포크(Hub & Spoke: 바퀴의 중심축이 바퀴 창살과 같이 연계되는 모양) 네트워크를 만들어 내는 것이 핵심이라고 지적한다. (그림 2 참조)

1) Vertipad – 초소형 거점

우선 첫 번째로 Vertipad다. UAM 운영을 위한 초소형의 전초기지 혹은 말초신경에 비유할 수 있다. 폭 20 미터에 길이 30미터 정도의 이런 초소형 계류장은 도시 내부의 유휴공간에 새로이 건설하거나 혹은 재건축을 통해서 확보할 수 있다. 총 3개의 이착륙 공간을 만들어 1개소는 이륙용, 2개는 착륙과 충전용으로 활용함으로써 UAM의 고객들을 이동 수요가 있는 곳곳으로 실어 나를 수 있어야 한다.

2) Vertibase – 중형 기지

다음은 Vertibase다. 약 10여대의 UAM을 수용할 수 있고, 이 중 1/3 정도는 이륙용 나머지는 착륙과 충전용으로 운용된다. 축구장 정도 크기의 이 UAM 기지는 이동 수요가 몰리는 도심 혹은 특정 교외의 기존 공원, 공영 주차장, 대형 빌딩의 옥상을 재정비하거나 신축함으로써 구축할 수 있다.

3) Vertihub – 대형 센터

마지막으로 가장 큰 구조물인 Vertihub다. 최소 2개층 이상으로 수십여 대의 UAM을 이륙시키는 역할을 수행하는 Vertihub는 UAM의 허브 앤 스포크의 허브를 담당한다. 대형 건물이기 때문에 기존의 도시 공간을 리모델링하는 것으로는 어렵고, 신축을 통해 거점을 확보해야 한다. 해당 기지는 기체의 이착륙은 물론 고도의 수리까지 지원 가능해야 한다.

맥킨지는 더 나아가서 이런 3가지 유형의 UAM 거점을 도시규모에 따라 다시 2가지 형태의 네트워크로 구축할 것을 제안했다. 뉴욕, 런던, 도쿄, 상하이와 같은 초대형 도시권역형 모델과 아틀란타, 달라스, 뒤셀도르프 같은 중대형 도시 타입은 UAM에 대한 수요 규모와 이용 패턴이 다르기 때문에 이분화된 모델로 네트워크 구축이 필요하다는 것이다. (그림 3 참조)

우선 뉴욕과 같은 고소득, 인구 밀집 도시에서는 총 85~100개에 달하는 UAM 네트워크 노드 구축이 필요할 것으로 예상했다. 이에 따른 UAM 네트워크 구축 비용은 총 3500만 달러에서 4500만 달러, 연간 운용비는 1억 1000만에서 1억 3000만 달러에 이를 것으로 예상됐다. 이러한 초기 사업비와 운용비를 위해서는 최소 하루에 2200회 이상의 UAM 운용이 필요하고, 특히 출퇴근 등 피크 시간대의 경우에는 20분에 한번 꼴로 교통 수요가 발생할 것으로 예측했다.

반면 중산층 인구로 구성된 중대형 도시의 경우는 대도시의 60% 수준에 달하는 40여 개에서 65개에 달하는 UAM 노드가 필요할 것으로 예상됐다. 이 경우에는 초기 네트워크 구축과 거점 확보를 위해 1500만 달러에서 2000만 달러가, 연간 운영비 측면에서는 감가상각비 등을 포함해 총 3500만 달러에서 5000만 달러가 소요될 것으로 예상됐다. 더불어 이런 투자를 합리화하기 위해서는 최소 일당 750회 이상 UAM 운용할 수 있어야 한다고 판단했다.

더불어 이런 가정들이 현실화되면, 탑승인원 규모 등에 따라 편차가 발생하겠으나, 탑승객당 운임은 약 50달러에서 75달러 수준으로 형성돼, 현재 운영되고 있는 고급 택시 등 프리미엄 교통 수단과 경쟁이 가능할 것으로 예상했다.

ㅇ IT 그리고 전자업계를 위한 화두, “눈을 들어 하늘을 보자”

이런 UAM 산업의 태동과 성장 시나리오는 비단 전통적 자동차 업계 혹은 신규 UAM 사업자들에게만 중요한 변화가 아니다. 기존에는 비행기와 헬리콥터만 다니던 하늘에 새로운 이동수단이 등장하면서 IT와 전자업계도 발 빠르게 이에 대응해야 한다. 테크월드 뉴스는 이런 관점에서 IT업계가 고민해 볼 만한 3가지 화두를 던지고자 한다.

1) 지상 자율주행 솔루션? vs 공중 자율주행 솔루션?
 

앞서 밝힌 것과 같이 2020년 CES에서 UAM은 많은 이들에게 관심을 받았다. 그런데 주목해야 할 점은 이 UAM을 들고나온 업체들의 대부분이 현대자동차, 도요타, 메르세데스-벤츠와 같은 전통적인 자동차 업체들이었다는 점이다. 반면, 자율주행 혹은 전기차와 관련된 제품의 출시는 오히려 테슬라와 같은 IT 기반의 기업들이 주를 이뤘다. 자동차 회사는 비행기를 내놓고, IT/전기전자 회사들은 자동차를 만들어내는 이 역설적인 상황을 어떻게 해석할 수 있을까?

포인트는 자율주행이다. 현실적으로 많은 자동차와 보행자가 뒤섞이는 육상 도로에서는 자율주행을 위해 고도의 알고리즘과 다양한 감지 시스템이 필요하다. 그러나 이에 반해 하늘에는 장애물이 없다. 비행체 간의 이동경로와 속도 등에 대한 표준적 기준도 육상에 비해 많이 정립돼 있다. 자동차의 자율주행은 이제 개발이 시작되고 있지만, 이착륙을 포함한 항공기의 자동운항은 이미 1947년에 완성됐다.

이와 관련해 지난 2019년 현대자동차가 도심항공모빌리티 부문의 부사장으로 영입한 미 항공우주국(NASA) 출신의 신재원 박사는 국내 매체와의 인터뷰에서 “현재 기술수준으로는 복잡한 도로에서 완전 자율주행은 어려운 단계지만, 장애물이 없는 환경에서의 자율주행 기술은 이미 확보된 상태”라고 밝히며 "완전자율주행이 하늘에서 먼저 실현될 수 있다" 라고 언급한 바가 있다.

현재 국내외의 많은 IT·전자부품업계는 육상에서의 완벽한 자율주행을 구현하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 그러나 지난 수년 간 우리가 지켜봐 왔던 파괴적 혁신들은 기존 플랫폼의 발달이 아닌 ‘의외의’ 플랫폼에서 시작돼 기존 플랫폼들을 와해시켜 왔다 이런 관점에서 해석해 본다면 현재와 같이 육상 자율주행 구현을 위한 천문학적 수준의 R&D와 제품 개발을 지속하는 것이 합리적일지에 대해 재검토도 필요하다.

앞서 언급한 것처럼 이미 항공 자율주행은 기술적으로 어느 정도 기반을 닦아둔 상태인데 반해, 육상 자율주행은 아직도 갈 길이 멀고 더 나아가 그렇게 육상 자율주행이 개발된다고 하더라도 여전히 도심에 막히는 길은 많을 것이기 때문이다.

2) 더 빨리, 더 높게, 더 조용히… 하늘에 맞는 하드웨어 개발
 

최근 테슬라를 중심으로 전 세계에서 전기차의 보급률이 급속하게 증가되고 있지만, 여전히 배터리의 충전 속도와 수명에 대한 이슈는 지속적으로 넘어야 하는 산으로 인식되고 있다. 국내외 많은 배터리 생산업체들이 이를 개선하기 위해 노력하고 있는 가운데, 차세대 모빌리티 수단으로 UAM이 부상하게 된다면 이런 기술적 도전은 더욱 거세질 것으로 예상된다. UAM은 전기차 대비 더 많은 전력을 소모할 것으로 예상되는 가운데, 더 많은 전력을 생산하되 더 빨리 충전되고 더 안정적인 배터리를 개발해야 하기 때문이다.

이 뿐만이 아니다. 맥킨지가 지적한 것과 같이 UAM 산업이 헬리콥터와 같이 일부 시장에 국한된 모습이 되지 않기 위해서는 ‘소음’문제가 반드시 극복돼야 한다. 실제로 헬리콥터의 경우, 이착륙시에 발생하는 강력한 소음과 강풍 등의 문제로 인해 도심부에서는 이착륙이 제한될 수 밖에 없다. UAM이 이런 전철을 밟지 않기 위해서는 반드시 저소음이되 높은 추진력을 낼 수 있는 모터와 추진 솔루션을 확보해야 한다. 이 부분 역시 전력 반도체와 액츄에이터를 개발하는 전자부품 업계에 던져질 숙제다.

3) 모듈러 인 박스(Modular in Box) 생산 체계
 

마지막은 생산 체계와 관련된 이슈다. 태동기 산업에게 성패의 핵심은 ‘비용’이다. UAM이 성공적으로 안착하기 위한 선결조건으로 맥킨지는 UAM 거점의 인프라들이 모듈 기반으로 표준화돼야 할 것을 꼽으며, 표준화된 모듈과 부품을 활용해야만 거점 구축 비용이 합리화될 수 있다고 지적했다. 이런 비용 절감을 위한 표준화된 부품과 솔루션 역시 IT와 전자부품 업계에서 해결해 줘야 할 고객사의 요구사항이 될 수 밖에 없다.
 

이런 관점에서 해당 업계는 기존의 자율주행차 부품 주문·생산 방식에서 벗어날 필요가 있다. 현재까지는 전자부품을 공급하는 기업들이 OEM(완성차업체)의 개별적 요구사항에 맞춰, 주문 제작하는 방식으로 대응하는 것이 일반적이었다. 심지어 항공기의 경우에는 비행기를 생산하는 업체들이 워낙 소수이다 보니, 이런 성향이 더욱 강할 수 밖에 없었다. 그러나 UAM에서는 전자부품 업체들이 오히려 선제적으로 비용을 최적화할 수 있는 모듈러 인 박스 시스템으로 UAM 제작업체들 그리고 거점 구축 사업자들에게 솔루션을 제공해야 가격 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 보인다.  

1990년 9월에 국내에서 제작·개봉된 ‘그래, 가끔 하늘을 보자’(감독 김성홍) 속 인물들이 눈 앞의 입시 시스템에만 갇혀 큰 그림과 진정한 행복을 깨닫지 못했던 영화 속의 인물들이 그랬던 것처럼, 혹시 우리도 근시안으로 ‘육상’이라는 틀에서만 이뤄지는 혁신에 초점을  맞추고 있는 건 아닌지 한번쯤 돌이켜 봐야 할 것 같다.

“그래, 가끔 하늘을 보자”

- 해당 기사는 <월간 전자부품(EPNC)> 2020년 10월호 게재 기사입니다. -