[디지털비즈온 김맹근 기자] UAM은 소형기체, 버티포트 위치, 항로의 특이성으로 인하여 기존 항공교통 대비 기상 관련 안전 위험에 크게 노출되어 있다. 이·착륙은 도심에서 고층 건물의 영향에 의해 발생하는 강풍과 난류의 영향을 받고, 항로는 강풍, 대기경계층 날씨에 영향을 받는다. 그러나, UAM이 운항하는 고도는 기상정보의 관측이 거의 실시되지 않는 지역이다.

따라서 UAM 운항에 필수적인 기상요소인 강풍/난류, 안개/구름/강수, 그리고 위험 기상에 대한 체계적인 관측이 이루어져야 한다. 이를 위해 기존의 지점관측은 품질관리를 통한 통합기술을 개발해야 한다. 그리고 수직측풍기, 이중편파구름레이더, 도플러라이더 등의 첨단 원격탐사장비를 활용한 체계적인 관측망 구축이 UAM 계획 단계에서부터 함께 진행되어야 UAM의 성공을 담보할 수 있을 것이다.

UAM의 성공을 위해선 바람 및 난류, 안개·구름·강수(눈, 착빙, 약한 비), 낙뢰·뇌우·우박·호우·다운버스트(강한 하강풍)·마이크로버스트(순간돌풍)에 관한 정량정보가 제공되어야 한다. UAM의 주요 항로는 기상학에서 정의하는 고도 300m-600m의 대기경계층 내에 위치한다. 문제는 해당 고도의 기상이 지형과 건물 등 지상 조건에 크게 영향을 받아 바람의 변화가 심하고, 안개와 강우(설) 등 안전한 시계비행을 저해하는 요소들로 가득 차 있다는 것이다.

특히 우리나라의 경우 도심 주변에 바다와 산이 있는 경우가 많아 매우 복잡한 기상현상이 발생할 수 있다. 또한 소형 비행체일수록 기상조건에 따른 민감도가 급격히 증가하기 때문에 UAM 안전 확보를 위해서는 정확한 기상정보가 필수적이다.

UAM 항로 고도는 지상과는 달리 관측자료가 거의 없으므로 현존하는 기상청 자동기상관측망(AWS), 도시기상관측망, 민간 관측망 등 다양한 자료를 공동활용하여 보완하는 방안이 필요하다. 기존 관측망에서의 누락 자료는 기상 드론을 통한 지점 관측과 레이더 등 원격탐사 관측망의 이용을 생각해 볼 수 있다.

그뿐만 아니라 방대하게 수집되는 대용량의 기상정보는 UAM에 필요한 수요자 맞춤형으로 선별 제공함으로써 활용성을 높일 필요가 있으며 이를 위한 타 분야와의 협업 또한 대단히 중요하다.

UAM에서 중요한 것은 도시기상·기후학, 중규모 및 미기상학이지만, 이 분야는 아직 많은 이론이 정립되어 있지 않다. 이는 기존 항공기의 기상안전 체계로는 UAM의 안전운항을 보장할 수 없다는 뜻이다. 따라서 정확한 관측·예측에 기반한 운항안전 기상지도의 제작, 건물 규모에서 중간규모까지 고려된 기상모델링 연구, 실시간 돌풍탐지 알고리즘의 개발 등 다양한 연구가 지속적으로 시도되어 서비스 기반을 쌓아가야 한다.

UAM의 특수한 환경으로 인해 운항관리에 기상을 반영한 관리는 필수적이며, 기상은 UAM의 효율을 넘어 안전과 사업의 성공을 좌우하는 핵심요소이다. 날씨와 연계한 운항관리는 크게 4가지 측면으로 살펴볼 수 있다.

먼저 정적 지리경계(static geofence)이다. 이는 특정한 영역 내로 비행을 못하게 막는 가상의 장벽으로서 위험기상 주위 영역이 이에 해당한다. 그러나 정적 지리경계는 변화무쌍한 기상의 본질을 반영하지 못할 뿐만 아니라, 매우 보수적인 접근 방식의 운항관리이다.

이러한 단점을 보완한 것이 동적 지리경계(dynamic geofence)이다. 동적 지리경계는 기상에 따라 경계를 움직이거나 비행체의 계획된 항로를 따라 형성되며 기상예보의 정확도가 그 효용성을 결정한다. 또한 정확한 바람 정보나 기상의 수용성을 고려하여 다른 비행체와 분리된 4차원 항로를 결정하고, 비행하는 시간기반 운영(time-based operation)이 필요하다.

더 나아가 기상을 고려한 요구와 수용 능력의 균형을 맞춘 운항관리가 필요하다. 결국, UAM에서의 효율적인 운항관리에는 기상이 필수적이며, 부족한 기상정보에 대한 고려가 선행되어야 UAM의 이점들을 극대화하여 현업화, 상용화가 가능할 것이다.