항상 바람의 정풍, 배풍의 크기를 알아야 항공기를 어느 방향으로 이착륙 시켜야하는지 정할 수 있으며, 항로를 지나는 중 윈드시어, 난류, 제트스트림 등 수많은 공기의 움직임. 즉, 바람의 영향을 받게 된다.
그 중 공기의 하층에서 발생하는 LLWS(Low Level Windshear), 저층 윈드시어는 이착륙하는 항공기, 헬리콥터에 치명적이다. LLWS의 원인은 다양하지만, 원인에 관계없이 발생하는 순간 양력감소 및 항공기 오버런 등 긴급한 상황으로 이어질 수 있기 때문에 공항과 그 근처에서는 항상 감지기를 설치해 순간적인 풍속을 감시하여 윈드시어 경보를 할 만큼 신경써야 하는 기상현상 중 하나이다.
[윈드시어 그림 예시]
이런 윈드시어는 '난류'라고 쉽게 말할 수 있다. 지금의 기술력으로 정확한 기상현상의 예측은 불가능하며 대기과학 중 미기상학에 속하는 난류는 '아직도 현대과학이 이해하지 못한 난제 중 하나'라고 한다. 특히 도심과 저층에서 더욱 심해지며 그에 따라 현재의 대형 여객기, 항공기를 대상으로 한 안전체계 및 운항 안정성만으로는 UAM을 운영하는데에 충분할 지 모르겠다는 전문가의 의견 또한 크게 공감이 된다.
이렇듯 UAM 역시 바람의 영향을 받지 않을 수 없으며, 오히려 더욱 중요하게 고려되어야 하는 이유는 건물이 많은 도심에서 난류가많이 발생하기 때문이다.
[도심 난류]
도시 건물 주변의 대기는 '대기경계층'이라고 부르며 실제로 난류에 의한 흔들림과 배풍 등의 대기운동이 발생하는 지역이다.
이때 난류는 가열에 의한 부력과 마찰력에 의해 주로 발생하는데, 한낮의 지표는 뜨겁게 가열되어있어 온도가 높은 공기층이 위로 떠오르는 부력과, 공기와 건물이 만드는 마찰력이 강한 '도심 난류'의 원인인 것이다.
다음 그림은 도플러 라이다를 이용해 도시 건물 주변의 풍속을 측정한 것이다.
이러한 현상이 도심의 모든 건물마다 조금씩은 나타난다고 가정해보자.
과연 UAM은 어떤 영향을 받을까?
다음 그림에서 물체에 의한 공기 흐름변화의 단적인 예시를 볼 수 있다.
정사각형 물체를 빌딩으로 생각할 때, 그 위나 주변 공기의 흐름을 나타내는 화살표들이 이리저리 구부러지고 휘어져 동그랗게 말려져 난류(와류)가 발생한 것을 볼 수 있다. 그러나 사실상 실제 건물들은 높이나 모양, 밀도가 모두 다르기 때문에 도시의 공기 흐름은 예상하기가 어렵다.
또한 당연하게도 건물 옥상에 설치되는 버티포트들의 경우는 이 영향권에 포함될 것이며, 심지어 '항적난기류'(Wake Turbulence)를 발생시켜 운항에 영향을 준다.
지금까지 설명한 것은 UAM의 안전한 운항을 위해 필수로 고려되어야 하는 기본적인 기상현상에 관한 것으로, 운항 안정성의 중요성을 담고 있다.
아무래도 도심에서 운영하다 보니, 한번 사고가 난다면 인명 및 재물 피해가 상당할 것이기 때문에 운항 안정성은 도심항공교통을 위한 상용화의 가장 중요한 요소다.
이를 위해 진행되고 있는 연구는 다양하며, 한 예시로 디지털 트윈 개발이 있다.
디지털 트윈이란, 가상 공간에 현실 사물을 복제하고, 시뮬레이션을 통해 현실을 예측하여 의사결정에 도움을 주는 기술이다. 즉, 해당 기술은 변수가 많은 저고도를 운항하는 UAM 항로를 설계, 구축, 검증하고 운영지원하는 방법이다. 실제로 모든 변수를 설정해서 시험비행을 하는 것을 불가능하기 때문에 실질적으로 항로구축 및 운영을 위한 비용과 시간을 감소시킬 수 있을 것으로 예상된다.
항공기나 UAM에 대한 대중들의 관심이 높은 만큼 어떤 측면이 위험한지 대중들이 어느정도 인식하고 있기 때문에 사회적 수용성을 높이기 위해서는 안전에 더욱 신중해야 할 것으로 보인다.
* 출처: 항공안전기술원 월간 소식지 Vol.03 (2021)
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