[2021년 1월호] 사프란, UAM 시대 핵심 역할 준비

혼잡을 피하기 위해 메가시티 하늘을 순항하는 전기 에어택시, 고부가가치 상품을 운송하거나 내륙지역을 연결하는 저소음 드론, 이들은 불과 10년 전만 해도 공상과학으로만 여겨졌던 기술들이다. 그러나 이제는 엄청난 혁신분야로 자리 잡았으며, 앞으로 10년 안에 새로운 산업을 창출할 것으로 보인다.
특히 두 가지 주요 요인의 결합을 통해 새로운 모빌리티 시대도 등장하고 있다. 먼저, 전기 추진, 배터리 효율 및 자율주행 차량 분야의 급속한 기술 발전이다. 다음으로, 새로운 도시 교통시스템에 대한 확실한 수요다. 현재 전 세계 인구의 50% 이상이 도시에 거주하지만, 지상교통은 환경과 속도 측면에서 한계에 도달하고 있다. 경제성장, 효율성 및 지속가능성을 보장하려면 수송시스템이 2차원이 아닌 3차원적이어야 한다. 일반적으로 90분의 자동차 주행을 15분의 비행으로 대체할 시기가 성큼 다가온 것이다. 지난 몇 년간 200개가 넘는 시제기 또는 실증기(Demonstrator)가 등장함에 따라 사프란(Safran)은 다음과 같이 세 가지 주요 사용 사례를 중심으로 비전을 전개해 나가고 있다.
 

Image : Safran

도심항공모빌리티(에어택시)
일반적으로 승객 4명과 조종사가 탈 수 있는 단거리 eVTOL(전기동력 수직이착륙) 항공기. 승객을 혼잡한 도시 안팎(예: 공항-도심)으로 운송하는 교통수단 또는 구급항공기나 구급헬리콥터 서비스와 같이 도심 도로교통의 실제적 대안이 될 수 있으며 속도, 안정성 및 저소음 운항의 이점을 누릴 수 있다. 개발 중인 대부분의 플랫폼은 3~5년 이내에 인증되고 10년 안에 상용화될 수 있으며, 완전전기식으로서 비교적 간단한 이 기술을 통해 도시 내 운항 허용범위를 확장할 수 있다. 
 
물류
단거리 택배를 위한 경량 드론 시장은 이미 매우 빠르게 부상하고 있다. 교외 환경에서 물류 흐름을 위한 화물운송 또는 난조건, 또는 접근하기 어려운 환경에서 준공공 또는 군사용도의 화물운송과 같이 수백 킬로그램을 운반할 수 있는 드론에 대해 더 광범위한 사용 사례를 구상할 수 있다. 이러한 차량의 하중 및 범위를 늘리려면 하이브리드 기술이 필요하다.
 
도시 간 통근
하이브리드 추진시스템(열+전기)이 장착된 10인승급의 소형 단거리이착륙(STOL) 통근용 항공기 덕분에 항공운송이 수백 킬로미터 이격된 전 세계 특정지역으로 운반해주는 다른 교통수단보다 경쟁우위를 확보할 수 있다. 기본설계에서는 열기관 또는 장기적으로 수소연료전지를 전기추진과 결합한다. 이러한 전기추진기는 필요한 경우, 추가 동력을 제공하거나 운항 중 엔진을 완전히 교체한다.
 
이러한 새로운 항공모빌리티를 위한 생태계 준비를 위해 프랑스 파리, 캐나다 밴쿠버, 그리고 서울과 같은 다양한 도시에서 수많은 지역 계획들이 생겨나고 있다. 그러나 항공모빌리티를 실행 가능한 해결책으로 만들기 위해서는 안전, 에너지 효율성 및 고객 경험(기내와 지상 모두에서)이라는 세 가지 주요 과제를 직면해야 한다. 모든 새로운 시스템은 사실상 절대적으로 안전하고 환경친화적이며 사용자 중심적이어야 한다.
81,000명의 직원을 두고 있으며 항공기, 헬리콥터 및 드론용 엔진과 장비의 핵심 시장에서 전 세계 또는 유럽의 선도적 위치를 차지하고 있는 국제적인 첨단기술 그룹인 사프란에 있어, 이러한 새로운 항공모빌리티 차량은 당연한 개발 분야이자 혁신 분야이다.
사프란은 미래의 항공모빌리티 요구사항을 해결하는 기술을 개발하는 데 있어 이미 많은 실적을 보유하고 있으며, 활기를 띠고 있는 이 신흥시장에 완벽하게 기여하고 있다. 실제로 사프란은 지난 2018년, 조디악 에어로스페이스(Zodiac Aerospace)를 인수해 항공기 전장시스템에 대한 전문기술 역량 범위를 더욱 확장하면서 이제는 전기동력 생산, 분배 및 관리에서부터 새로운 이 응용분야에 필요한 ‘스마트’ 전기모터에 이르기까지 전 분야를 포괄하고 있다. 물론 사프란은 기존 항공우주사업을 영위한 오랜 경험을 통해 항공관련 인증절차를 적용하는 데도 기여하고 있다.
또한 사프란은 이미 신흥 항공모빌리티 시장에서 적극적으로 활동하고 있으며, 고급 eVTOL 항공기를 개발하는 여러 기업과도 협력하고 있다. 특히 사프란 그룹은 객실 레이아웃과 함께 전기 추진, 전자 및 비행 제어(조종사 지원 기능 및 VTOL 자율성 향상의 핵심)에 대한 검증된 전문기술을 제공하며, 수년에 걸쳐 유럽뿐만 아니라 미국, 일본 및 중국에서 VTOL 및 ‘더욱 전기적인’ 항공기를 개발하는 여러 기업들과 협력하고 있다.


Photo : Safran
 
여러 응용분야를 위한 다양한 청정추진시스템
전기추진은 현재 항공모빌리티 서비스 혁명의 핵심이다. 사프란은 기존 가스터빈 세트와 함께 완전전기식 구성과 하이브리드 구성 모두에 적합한 다양한 시스템을 개발하고 있다. 동일한 기술구성 요소를 기반으로 하는 이러한 새로운 시스템은 처음에는 전기수직이착륙(eVTOL) 항공기에 사용되며, 그 다음에는 2~9개의 좌석이 있는 에어택시/통근항공기, 이후에는 지역항공기 그리고 최종적으로는 주요 항로의 상용항공기에도 사용된다.
사프란은 이러한 신흥시장 부문의 모든 요구사항을 충족하는 전기시스템, 즉, ENGINeUSTM 전기모터, GENeUS™ 고속발전기, GENeUSGRID™ 네트워크 보호 및 동력관리시스템, 그리고 GENeUSPACK™ 배터리를 제공한다. 이러한 새로운 제품라인은 모두 모듈화되고 유연하며 확장도 가능하다.
이 중 제품라인의 주력 제품인 ENGINeUSTM 전기모터 제품군은 최대 500kW의 광범위한 동력범위를 포괄하며, 제어전자장치가 내장된 이러한 모터는 매우 높은 성능을 제공한다. 특히 ENGINeUSTM 모터는 신뢰할 수 있는 VTOL 기업들과의 수많은 협력 프로젝트와 함께 이미, 완전히 새로운 하이브리드 전기항공기 설계를 검증하기 위해 ‘볼트에어로 카시오 1(VoltAero Cassio 1)’ 시험용 항공기에서 비행시험을 거쳤다. 4~9인승 카시오(Cassio) 제품군은 개인 소유주, 에어택시/전세회사, 지점 간 지역서비스를 위한 상용비행과 다양한 유틸리티 응용분야에서 사용하기 위한 것이다.
바이 에어로스페이스(Bye Aerospace)에서는 비행훈련 및 에어택시 서비스 용도의 완전전기식 2인승인 e플라이어 2(eFlyer 2)와 4인승인 e플라이어 4에 사프란의 ENGINeUSTM 모터를 선정했다. 사프란 전기 및 동력(Safran Electrical & Power)의 에르베 블랑(Hervé Blanc) 동력사업부 부사장 겸 총괄 관리자는 “이 새로운 계약은 ENGINeUS™ 제품라인의 성공을 입증하며, 인증 및 생산 시스템 준비를 동시에 진행하면서 전기 파워트레인 성능을 더욱 향상하기 위한 당사의 접근방식에 대한 시장의 커다란 관심을 확인해 줍니다”라고 말했다.
특히 항공기 인증 및 산업 우수성에 대한 경험을 활용해 사프란은 이미 700대가 넘는 e플라이어가 예약돼 있어 대량생산을 위한 준비에 박차를 가하고 있다. e플라이어 2/4는 사프란의 ENGINeUSTM 100 스마트 전기모터를 사용하는 바이 에어로스페이스의 완전전기식 항공기로, 바이 에어로스페이스는 한국 기업인 에어로스페이스9와 항공기 300대에 대한 협약을 체결했다.
일부 응용분야의 경우, 전기 및 열 에너지의 병용을 의미하는 하이브리드 솔루션이 필요하다. 사프란은 이미 분산형 하이브리드 전기추진시스템(HEPS)의 타당성을 입증했다. 이 유형의 시스템은 필요에 따라 여러 로터/프로펠러에 전기동력을 분배한다. HEPS는 세 가지 하위 시스템, 즉 터보발전기 및 배터리를 기반으로 하는 동력공급장치, 동력관리시스템, 이륙 또는 추진을 위한 전기모터로 구성된다.
지난 2018년 사프란은 100kW의 전기동력을 전달할 수 있는 HEPS의 첫 번째 지상시험을 수행함으로써 이 추진솔루션의 기술적 타당성을 입증했다. 이제 300kWe에서 1MWe까지 전달할 수 있는 더욱 강력한 터보발전기의 개발과 함께 시험을 계속하고 있다.
하이브리드 전기추진시스템은 에코펄스(Ecopulse) 실증기에 장착됐으며, 에어버스(Airbus) 및 다헤어(Daher)와의 협력을 통해 개발됐다. 현재 첫 비행은 2022년으로 예정된 가운데 실증기는 TBM 라인의 단일 터보프롭 기체를 사용하며, 날개에 6개의 전기추진기가 장착돼 있다. 이러한 전기추진기는 각각 배터리 및 터보발전기로 구동되는 50kW ENGINeUSTM 전기모터를 기반으로 한다.
또한 사프란은 이 유형의 시스템을 공급하기 위해 다른 제조업체, 즉 기존 업체와 스타트업 업체 모두와 논의 중이며, 2025년까지 하이브리드 전기추진 분야에서 시장 선도자가 되는 것을 목표로 하고 있다.
 
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