현재 UAM 실증 사업 초기 노선으로 계획하고 있는 구간은 수도권과 공항을 연결 하는 회랑의 형태로 계획하고 있다. 따라서 UAM 운영시 공항주변으로 접근하게 되면 인천국제공항 관제권과 김포공항 관제권을 침입하게 되는 문제점이 발생하게 된다. 한국공항공사는 UAM 운영개념에서 공항 주변에서는 "CUTOUT" 개념을 적용한 UAM 회랑이 정의되어야 한다고 기술되어 있다. 그렇다면 "CUTOUT"은 무엇이고 어떤 과정으로 적용 되는지 알아보자.
[항공안전법 시행규칙 별표 23 공역의 구분]
[윈드시어 그림 예시]
먼저 현재 인천국제공항과 김포공항의 공역은 B등급 공역으로, 주변 공역의 혼잡도와 안전성을 위하여 VFR항공기와 IFR항공기 모두 분리 업무를 제공한다. 여기에 UAM은 회랑을 설정하여 각 공항의 관제권에 진입하고 있는 것을 확인 할 수 있다.
해당 회랑을 설정하게 되면 기존의 정의된 공역의 개념과 별개의 규칙을 적용 받을 수 있도록 계획하고 있다. 그렇다면 해당 회랑을 설정할 때 안전하고 공항과 가깝게 설정 할 수 있는 방법은 어떻게 해야 할까?
[CUTOUT 적용과정]
[미국 애틀란타 공항의 공역]
미국 애틀란타 공항에 "CUTOUT"개념을 적용해 보고자 한다. 애틀란타공항은 여객 편수와 운항 편수 모두 세계 1위인 국제공항으로 5개의 평행한 활주로와 2개의 터미널, 7개의 concourse를 가지고 있는 국제공항이다.
"CUTOUT"은 기존의 공역에 정의된 비행 규칙이 아닌 별도의 규칙을 적용받을 수 있도록 공역의 일부를 회랑의 형식으로 설정하는 것을 의미한다.
"CUTOUT" 적용에 앞서 공역의 수용량을 고려할때는 3가지를 고려해야 한다.
1. 분리 최저치: UAM이 운용될 때 UAM, 항공기, 지상 장애물과의 분리기준 설정
2. 관제사의 Workload: 관제사 또는 UATMSP의 관리자가 관제서비스가 제공되는 공역에서 몇 개의 UAM 항공기를 처리할 수 있는지 파악할 수 있어야 한다.
3. 공역의 구조: 공역의 구조는 어디서 관제 서비스가 제공되는지, 그리고 해당 공역에서 교통의 흐름이 어떻게 생성되고 진행되는지 이해하여야 한다.
"CUTOUT"을 적용하기 위해서는 해당 공항의 일정 기간동안의 항적 데이터를 추출해야 한다. 추출한 항적데이터는 항공기가 VFR 방식으로 비행하였는지, IFR 방식으로 비행하였는지 부터 출발, 이륙의 항적까지 자세한 데이터를 분석한다.
왼쪽에 있는 그림은 항공기의 항적 데이터를 통해 3차원의 자료를 구간별로 나누어 놓은것을 나타내는 그림이다.
오른쪽에 있는 그림은 구간별로 단면화 하여 구간을 지나간 항공기들의 항적을 평면위에 나타낸 그림이다.
오른쪽 작업을 마치게 되면 항공기의 수직과 수평으로 99.5%의 항적을 포함하는 직사각형을 만들어 내게 된다. 즉, 파란색 직사각형 범위안에 99.5%의 항공기들이 지나간다는 것을 의미한다.
[이륙하는 항공기의 항적 바운더리]
[착륙하는 항공기의 항적 바운더리]
해당 항적들을 비교하여 VFR 항공기와 IFR 항공기들의 분리기준을 충족하는 관제권 내 공역을 계산해 낸다. 그림에서 알 수 있듯이 착륙하는 항공기보다 이륙하는 항공기가 항적이 더 다양하여 항적바운더리가 넓게 생성된것을 알 수 있다. 이를 통해 관제권 내의 항공기 입출항 경로를 통하여 입지를 선정할 수 있는 버티포트의 위치 또는 회랑을 구성할 수 있게 된다.
[애틀란타 공항의 CUTOUT 영역]
해당 범위는 99.5%의 출발º도착 항적을 분석하여 만든 VFR, IFR CUTOUT이다. 해당 결과를 통해 UAM의 입지를 선정할 때 VFR로 비행할 때, IFR로 비행할 때의 상황에 따라 범위가 달라지는 것을 확인할 수 있다. 추가로, 본 연구에서는 Missed Approach 절차를 고려하여 항공기가 비정상 상황에서의 항적도 추가적으로 고려해야 한다고 언급한다.
[인천국제공항의 UAM 가용공역을 격자화한 그림]
UAM의 적절한 입지선정을 위하여 VFR CUTOUT과 IFR CUTOUT의 영역에 격자로 나누어 Missed Approach, Vectoring도 고려하여 각 격자별 침범 범위 또한 계산하여 UAM 입출항 경로 설정에 사용하고자 하였다.(2022 윤석빈º이금진)
현재 한국공항공사, K-UAM 로드맵에도 공항주변의 공역을 사용할 때는 "CUTOUT" 개념을 사용하여 공항에 있는 버티포트와 연결되는 회랑을 계획하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서 항적 데이터를 사용하여 공항 주변의 공역을 분석하여 버티포트 입지를 선정 할 수 있다면 안전한 UAM 노선을 설정할 수 있을 것이다. 추가로 "CUTOUT"은 서울 주변의 P-73, P-75, P-518과 같은 비행금지 공역에도 적용 할 수 있다면 UAM 경로를 설정하기 더 유용할 것이다. 미국은 SFRA의 개념을 이미 적용하여 공역을 효율적으로 운영하는 사례를 참고한다면 더 경제적이고 안전한 UAM 회랑 설정이 가능할 것이다.
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Parker D. Vascik(2019). System Analysis of Urban Air Mobility Operational Scaling,(),109-128
윤석빈, 이금진.(2022).인천국제공항 관제권 내 UAM 가용 공역 분석.한국항공우주학회 학술발표회 초록집,(),515-516.
