버티포트

왜 배우는가: 버티포트는 도심항공교통이 실제로 운항하기 위한 지상 거점이다. 기체가 내릴 장소가 없으면 도심 교통은 성립하지 않는다. 기술사 시험에서는 정의와 종류를 묻는 문제로 출제된 개념이다.

출제 이력: 제134회 1교시 13번, 제126회 1교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

버티포트는 도심형항공기가 이착륙하고 지상에서 주기·충전·정비를 할 수 있도록 설치한 전용 이착륙 시설이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 버티포트(Vertiport): 수직 이착륙 항공기가 이착륙하는 지상 또는 옥상의 시설 단위다.
• 도심형항공기: 도심항공교통에 쓰는 항공기로, 법령에서 정의한 항공기를 말한다.
• 이착륙구역(TLOF): 기체가 실제로 내리고 뜨는 중앙 구역이다.
• 최종접근·이륙구역(FATO): 착륙 접근의 마지막 절차와 이륙 시작을 수행하는 구역이다.
• 안전지대(Safety Area): 기체가 구역을 벗어날 때 위험을 줄이려고 둘러싼 구역이다.
• 다운워시(Downwash): 로터가 만드는 아래 방향 기류다.
• 풍향지시기: 바람의 방향과 세기를 알려 주는 표지다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 버티포트는 헬기장과 비슷한 도심용 이착륙장이다. 비행기가 활주로에서 뜨고 내리듯, 도심형항공기는 버티포트에서 수직으로 뜨고 내리며 승객을 태우고 배터리를 충전한다.

정식 정의로는, 버티포트는 필수시설과 필수 지원시설로 구성된 이착륙 시설이다. 필수시설은 이착륙구역, 최종접근·이륙구역, 안전지대, 여객터미널 또는 화물터미널, 풍향지시기와 버티포트 식별표지다. 필수 지원시설은 유도로, 계류장, 점검·정비 시설, 충전시설과 배터리 보관 시설, 이착륙지원 안전시설, 소방시설, 기상관측시설로 구성된다.

핵심 용어는 다음과 같이 풀이한다.

• 이착륙구역은 최종접근·이륙구역의 중앙에 있으며 기체가 착륙하고 이륙하는 구역이다. 동적하중과 다운워시 부하를 지지해야 한다. 원형이면 최소 직경이 1 추력직경(PD) 이상이어야 한다.
• 최종접근·이륙구역은 안전지대의 중심에 있으며, 착륙 접근의 마지막 절차와 이륙 시작을 수행한다. 원형이면 최소 직경이 2 추력직경(PD) 이상이어야 하므로 이착륙구역보다 넓다.
• 안전지대는 크기가 2.5 기준직경(CD)또는 최종접근·이륙구역 경계에서 바깥으로 3미터 확장된 크기 중 큰 값이어야 한다. 견고한 표면이면 경사도가 -50%(2:1) 이내여야 한다.
• 기준직경(CD, Controlling Dimension)은 기체의 이착륙 형상을 수평으로 투영해 둘러싼 최소 외접원의 지름이다. 회전하는 로터 형상도 포함한다.
• 추력직경(PD, Propulsion Diameter)은 같은 투영에서 추력발생장치를 둘러싼 최소 외접원의 지름이다.
• 설계용 도심형항공기는 해당 버티포트에서 운항할 기체 중 기준직경이 가장 크거나 최대이륙중량이 가장 무거운 기체다. 설계의 기준이 되는 기체다.
• 동적하중은 최대이륙중량의 150%가 주 착륙장치의 접촉면적에 걸리는 하중이다. 정적하중은 최대이륙중량 전체가 접촉면적에 걸리는 하중이다.
• 다운워시는 로터 블레이드나 프로펠러의 작용으로 기류가 아래로 흐르는 것이다. 아웃워시는 그 기류가 지면에 부딪혀 바깥으로 퍼지는 것이다. 두 흐름은 승객과 시설에 위험을 준다.
• 풍향지시기는 이착륙구역 중심에서 152미터 이내 수평 거리에 설치하며, 주변 장애물과 다운워시의 영향을 받지 않는 위치에 둔다.

버티포트는 설치 장소에 따라 육상버티포트와 옥상버티포트로 나뉜다. 육상버티포트는 이착륙구역과 최종접근·이륙구역이 지면에 있다. 옥상버티포트는 건축물이나 구조물 위에 위치하는 버티포트다. 옥상에서는 난류, 건물 하중, 적설, 미끄럼 같은 추가 조건을 함께 충족해야 한다.

진출입표면은 기체가 안전하게 접근하고 떠나기 위해 가상으로 설정하는 경사 표면이다. 전이표면은 진출입표면에서 벗어나는 경우에 대비해 옆에 두는 표면이다. 두 표면에는 필수장애물 외에 장애물이 돌출되지 않아야 한다.

3. 등장 배경과 필요성

도시 인구가 집중되면서 지상 교통은 포화 상태에 가까워지고 있다. 이 문제를 상공의 교통으로 풀려는 시도가 도심항공교통(UAM)이다. 도심항공교통은 전기 수직이착륙기(eVTOL) 같은 기체를 쓰며, 기체는 활주로 없이 작은 면적에서 뜨고 내려야 한다. 따라서 기체가 이착륙하고 충전과 정비를 할 지상 또는 옥상의 거점이 반드시 필요하다. 버티포트는 도심항공교통이 운항하기 위한 필수 지상 인프라다.

기존 헬기장은 헬리콥터가 이용하는 시설이다. 버티포트는 여기에 전기 충전, 도심 밀집, 소음과 기류 같은 조건을 더한 시설이다. 그래서 설계기준은 헬기장 기준을 참고해 발전하는 경향이 있다. 국제민간항공기구(ICAO)는 헬기장 기준을 제시하고 있고, 유럽항공안전청(EASA)은 2022년 버티포트 설계 프로토타입 기술 설계 사양을 공개했다.

국내에서는 국토교통부가 한국형 도심항공교통(K-UAM) 운용개념을 제시하고 있다. K-UAM 그랜드챌린지의 통합운용 실증에는 버티포트 운영과 교통관리 연동이 포함되어 있다. 이 흐름에 맞춰 국토교통부 고시 형식의 버티포트 설계기준이 마련되었고, 육상버티포트와 옥상버티포트의 설계 기준을 정한다.

버티포트 기준이 필요한 이유는 세 가지다.

• 안전: 다운워시와 아웃워시, 난류, 저시정 상황에서도 기체가 안전하게 이착륙해야 한다.
• 운영: 충전시설, 기상관측, 소방과 비상 대피가 갖춰져야 연속 운항이 가능하다.
• 도시 적합성: 옥상에 두는 경우 구조 하중과 주변 건물의 영향을 함께 따져야 한다.

도심 입지 제약을 해결하려면 기체 특성에 맞춘 기준이 있어야 하며, 버티포트 설계기준이 그 역할을 맡는다.

4. 구성요소·원리·절차

설계 기준 크기는 기준직경(CD)과 추력직경(PD)으로 정한다. 버티포트는 도심형항공기가 접지하고 이륙하는 이착륙구역(TLOF, Touchdown and Lift-Off Area)과 그 주변의 보호 공간으로 이루어진다. 기준직경은 기체의 이착륙 형상을 수평으로 투영해 둘러싸는 최소 외접원의 지름이다. 추력직경은 추력발생장치를 둘러싸는 최소 외접원의 지름이다.

이착륙구역의 최소 직경은 원형일 때 1 추력직경(PD) 이상이다. 원 형상의 최종접근·이륙구역의 최소 직경은 2 추력직경(PD) 이상이다. 구성요소의 역할과 핵심 기준은 다음 표와 같다.

풍향지시기는 이착륙구역 중심에서 수평으로 152미터 이내에 설치한다. 구성요소의 관계는 다음 도식과 같다.

동적하중은 최대이륙중량의 150%를 주 착륙장치 접촉면적에 적용한다. 정적하중은 최대이륙중량을 착륙장치 전체 접촉면적에 적용하는 하중이다. 주 착륙장치에 걸리는 동적하중은 다음 식으로 구한다.

$W_{dyn} = 1.5 \times MTOW$

여기서 W_{dyn}은 주 착륙장치 접촉면에 작용하는 동적하중이고, MTOW는 최대이륙중량이다. 두 값은 같은 중량 단위로 맞춘다.

다운워시는 로터, 프로펠러, 덕트형 팬이 만드는 아래 방향 공기 흐름이다. 이 흐름이 지면에 부딪혀 바깥으로 퍼지면 아웃워시가 된다. 두 흐름은 보행자, 터미널 구조물, 주변 기체에 풍압 부하를 준다. 그래서 설계기준은 표면을 흐름에 견디게 하고 터미널을 흐름의 영향 밖에 두도록 요구한다.

지면효과는 기체가 지면 가까이 떠 있을 때 다운워시가 지면에 막혀 양력이 늘어나는 현상이다. 이착륙구역은 이 효과를 제공할 수 있는 표면이어야 한다.

진출입표면은 기체가 접근하고 출발하는 경로를 보호하는 가상의 경사면이다. 진출입표면의 경사도는 12.5%(8:1) 이상이다. 최고점 높이는 내측밑변의 표고로부터 152미터로 설정한다. 전이표면은 최종접근·이륙구역과 진출입표면의 측면에서 50%(2:1) 이상 경사로 바깥쪽에 확장된다.

설계 절차는 다음 순서로 진행한다.

• 설계용 도심형항공기를 정하고 기준직경(CD), 추력직경(PD), 최대이륙중량(MTOW)을 파악한다.
• PD와 CD로 이착륙구역, 최종접근·이륙구역, 안전지대의 최소 크기를 정한다.
• 경사도와 표면 하중을 정하고 동적하중과 다운워시 부하를 지지하도록 포장을 설계한다.
• 진출입표면과 전이표면을 설정하고 그 안의 장애물을 없앤다.
• 유도로, 계류장, 주기장을 배치하고 여객터미널은 진출입표면 밖에 둔다.
• 식별표지, 풍향지시기, 기상관측시설, 이착륙지원 안전시설을 설치한다.
• 옥상 버티포트는 난류, 추가 하중, 대피 계단, 안전망을 별도로 검토한다.

가상의 예로 추력직경이 3m인 기체의 최종접근·이륙구역 최소 직경은 다음과 같이 구한다.

$D_{FATO} \ge 2\,PD = 2 \times 3\,\text{m} = 6\,\text{m}$

여기서 D_{FATO}는 최종접근·이륙구역의 직경이고, PD는 추력직경이다. 결과 6m는 추력직경의 두 배로 기체 크기에 비례하므로 상식 범위다.

5. 관련 법령·기준·표준

버티포트 기준은 법률에서 시작해 고시로 구체화되는 구조다. 상위 근거는 「도심항공교통 활용 촉진 및 지원에 관한 법률」(이하 도심항공교통법) 제9조와 같은 법 시행규칙 제11조다. 이 근거에 따라 버티포트 설계기준이 육상버티포트와 옥상버티포트에 적용된다.

표의 값은 적용 조건과 함께 읽어야 한다. 옥상 버티포트는 육상 기준에 더해 난류, 하중, 대피 기준을 추가로 적용한다(제5조, 제21조, 제23조).

다운워시 주의구역은 풍속 55.5km/h 이상인 곳으로 설정한다. 이 구역에 들어가기 전에 주의표지판을 설치하고, 운용 시 안전을 확보할 방안을 세운다(제22조).

옥상 버티포트는 구조물과 옥상 사이에 에어갭을 두어 난류를 줄인다. 에어갭은 1.8m 이상의 구간에 공기 흐름을 방해하는 장애물이 없어야 한다(제21조).

관련 법령과 기준은 다음과 같이 함께 적용된다.

• 「건축구조기준」(국토교통부고시) KDS 41 12 00 건축물 설계하중: 옥상 구조물은 헬리콥터 이착륙장 기준을 준용한다(제5조, 제6조).
• 「공항·비행장시설 포장 업무지침」(국토교통부예규): 이착륙구역과 최종접근·이륙구역의 포장 기준을 준용한다(제4조).
• 「항공등화 설치 및 관리 기준」(국토교통부고시): 저시정 상황에서 운영하면 헬기장 기준을 준용한다(제20조).
• 화재안전기준은 2022-12-01부터 화재안전성능기준(NFPC)과 화재안전기술기준(NFTC)으로 나뉘었다. 충전설비와 배터리 화재에는 두 기준 체계를 함께 적용한다(제15조).
• 전기 설비 기준은 2021-01-01부터 한국전기설비규정(KEC)이 적용된다. 충전시설은 전자파 적합성 기준도 함께 따른다(제14조).
• 국제 기준으로는 ICAO의 헬기장 기준과 EASA의 프로토타입 기술 설계 사양(PTS)이 참고 체계다. 국내 설계 수치는 이 설계기준이 우선한다.

이 설계기준의 재검토는 3년마다 이뤄진다(제24조). 현행 원문의 기준일은 2026-03-03이다.

6. 유형과 비교

버티포트는 설치 위치와 기능 규모에 따라 나눈다. 설계기준 제3조는 설치 위치를 기준으로 두 유형을 적용 대상으로 정한다. 기능 규모에 따른 명칭은 업계에서 따로 쓰는 용어다.