버티포트는 어디에 지어야 될까?

버티포트 위치 선정은 이번 페이퍼의 제목인 버티포트 디자인의 첫번째 단계에 해당한다. 이에 대해서는 많은 연구가 존재한다. 오늘은 이에 중점을 두기보다는 이후의 단계에 집중하여 알아볼 예정이다.

 첫 문장의 질문에 대한 답은 생각보다 간단할 수 있다. UAM의 잠재적 수요가 많은 곳으로 위치선정을 하면 된다. 예를 들면, CBD(Central Business District)가 있을 것이다. 서울시청, 광화문 일대가 이에 해당한다.

 '그러면 여기에 지으면 되겠다!' 로 끝나면 정말 좋겠지만, 절대 아닐 것이다.

이곳은 땅값이 매우 비싸다. 내가 버티포트를 지으려하는데, 부지 확보를 할 때부터 비용이 너무 많이 든다고 하면 망설여질 수 있다. 그리고 만약에 돈이 정말 많다고 하더라도, 광화문 일대 한복판에 엄청나게 큰 버티포트를 지을만큼의 부지확보를 하는 것자체도 어려울 것이다. 또한, 이 곳에는 고층 건물들이 밀집하여 존재하므로, UAM이 운항하는데에 있어 안전성 측면에서도 고려해야할 사항이 많을 것이다.

  그렇다면 결론은 제한된 공간 안에 최대한 적은 공간을 차지하며, 안전성 또한 확보를 할 수 있어야한다. 이를 VDP(Vertiport Design Problem)로 정의하였다. 안전성을 만족하며 버티포트의 최적화된 디자인을 산출하는 것이다.

 버티포트는 Airside와 Landside로 구성되어있다. Airside는 Fato, Gate, Taxiway 등의 시설로 이루어져있다. 버티포트 Airside 각 시설에서 Evtol 항공기가 보내는 시간을 service time으로 정의한다. 이는 시설 배치를 어떻게 하느냐에 따라 service time이 달라질 수 있다. 어떻게 배치하느냐에 따라 service time이 필요이상으로 많아져 버티포트의 수용량이 적어질수 있고, 불필요하게 큰 면적을 차지할 수도 있을 것이다.

 버티포트 디자인의 중요성을 충분히 살펴보았으니, 이제는 VDP에 대해 구체적으로 접근해볼 차례이다. 버티포트라는 사각형이 있다면, cell로 쪼개어 각 시설의 배치를 구상해볼 계획이다. cell은 정사각형이며, 20 x 20 (m)의 크기이다. 이와 더불어 각시설의 규격이 어떤 기준으로 설정되는지 알아볼 필요가 있다. 항공기의 가장 끝부분에서 끝부분까지의 거리 중 가장 긴 것을 CD(Controlling Dimension)라고 한다. 이를 통해 Fato의 폭과 길이는 최소 2CD, Taxiway의 폭과 길이는 최소 2CD, Gate의 폭과 길이는 최소 1CD, Gate 사이의 최소 간격은 1/3 CD이다.이는 FAA EB 105와 FAA AC 150/5390-2C Heliport design을 참고하였다. 앞서 말한 cell의 사이즈를 2CD x 2CD는 정의하였다.

  Problem Formulation을 Integer Programming을 이용하여 최적화하였지만, 수식에 대한 설명은 건너뛰고, 글로 최대한 표현해보려한다. 먼저 안전과 관련한 제약조건을 우선한다. Fato는 장애물을 피할 수 있는 Approach / Departure path를 고려하여 위치선정을 해야한다. 또한, Fato 이외의 시설 배치는 상공에 Approach / Departure path가 있어서는 안된다. 안전성 조건을 만족하였다면, 다음으로는 연결성 조건을 충족하여야한다. 

 연결성 조건은 기체 지향 조건과 승객 지향 조건으로 나눈다. 기체 지향 조건은 쉽게 말해 기체가 짧은 택싱을 통해 빠르게 Gate와 Fato를 왕복할 수 있도록 시설배치를 하는 것이다. 승객 지향 조건은 승객 터미널과 Gate 사이의 간격이 최대한 좁은, 즉 터미널에서 바로 게이트를 통해 항공기를 탑승하는데까지의 거리가 짧은 시설배치를 하는 것이다.

 다음으로는 버티포트 디자인 최적화의 제약조건들을 기반한 최종 결과물이다.

Approach/Departure path가 다른 시설들(Taxiway, Gate, Terminal) 상공에 위치하지 않도록 Fato를 양끝에 배치하였고, 승객 지향 조건을 만족하기 위해 Gate와 Terminal cell을 바로 옆에 붙였다. 또한, 기체 지향 조건을 기반으로 항공기가 택싱하는데 걸리는 시간, 즉 Taxiway의 service time을 단축시키기 위하여 최소한의 택싱을 할 수 있도록 Taxiway cell을 배치하였다. 마지막으로, Vertiport Capacity를 최대화하기 위하여 충분한 Gate, Fato를 제한된 공간 안에 넣었다.