UAM 운영을 위한 안전성 위협 평가 기반 최소 분리거리 산출 방법론

Abstract

도심 항공 모빌리티(Urban Air Mobility, UAM)는 도심 내 빈 공역을 활용하고 최신 기술을 집약하여 안전하고 효율적인 차세대 이동 수단으로 각광받고 있다. 하지만, UAM은 운영 성숙도가 오를수록 제한된 공역 내에서 운영 빈도와 밀도가 늘어나게 되며, 이는 기체 간 충돌 확률이 증가시켜 시스템의 안전성을 위협한다. 이에 안전하고 효율적인 UAM 운영을 위한 기체 간 분리거리 결정 문제가 대두되고 있다. 기존 상용 항공기와 무인 항공기에서는 큰 공역 내에서 큰 분리거리를 활용하여 목표 안전 수준을 만족하고 있으나, UAM 운영에서 이러한 큰 분리거리를 바로 적용할 경우 공역 효율을 저해할 수 있다. 본 연구에서는 공역 효율을 높이기 위해 작은 분리거리를 두고 운영하는 UAM의 안전성을 평가하는 방법론을 정립하였으며, 새로운 안전성 평가 지표로 최소 분리거리를 제안하였다. 최소 분리거리는 안전성 요구조건에 해당하는 분리거리로, 기체가 안전을 위해 최소한 유지해야 하는 분리거리이다. 특히 실제 운영 데이터의 의존성을 낮추면서 보수적으로 최소 분리거리 결정 절차를 정립하였으며, 이를 위해 목표 안전 수준 분배 아키텍처, 안전성 위협 평가와 시스템 무결성 위협 분석을 활용하였다. 또한 제안된 방법론을 위성 항법 시스템과 관성 항법 시스템이 결합된 항법 시스템에 적용하는 사례 연구를 수행하였다. 사례 연구를 통해 해당 항법시스템의 최소 분리거리를 산출해보고 안전성 요구조건을 만족하면서 200, 150, 100 m 분리거리를 사용할 수 있는지 분석하였다. 또한 주요 변수인 항법시스템 성능과 회랑 요구조건에 대한 최소 분리거리 민감도 분석을 수행하였다. 민감도 분석 결과 최소 분리거리를 줄일 수 있는 최적의 항법시스템을 제안하였고, 회랑 요구조건 설계 시 고려되어야 할 사안을 정리하였다.