도심 항공 모빌리티(Urban Air Mobility, UAM)는 안전하고 효율적인 차세대 이동 수단으로 주목받고 있다. 하지만, UAM은 운영 성숙도가 오름에 따라 제한된 공역 내에서 운영 밀도가 늘어나게 되며, 이는 기체 간 충돌확률을 증가시켜 운영의 안전성을 위협한다. 기존 상용 항공기에서는 충분한 분리거리를 활용하여 기체 간 충돌을 방지하고 있으나, UAM 운영에서 이러한 큰 분리거리를 적용할 경우 공역 효율을 저해할 수 있다. 따라서 UAM 운영을 위해 공역 효율과 안전성 요구조건을 모두 고려한 분리거리를 결정할 필요가 있다. Deconfliction은 경로에 분리 거리를 설정하여 다른 기체로부터 안전을 유지하는 기능으로, 크게 비행 전 수행하는 전략적과 비행 중 수행하는 전술적으로 구분된다. 특히 전술적의 경우 비행 중 발생가능한 분리 침해를 탐지 및 회피하는 기능인 detect and avoid (DAA)를 포함하고 있다. 사전 연구에서는 전략적 회피 를 위한 안전성 요구조건을 만족하는 최소 분리거리를 연구한 바 있다. 본 연구에서는 전술적 회피에서 DAA 성능에 따른 최소 분리거리의 민감도 분석 방법을 제안하였다. 이를 위해 DAA 실패에 따른 충돌 확률을 보수적으로 정량화하여 전술적 최소 분리거리 모델을 정립하였다. 또한, 제안된 방법을 차세대 DAA 시스템인 ACAS-X에 적용하여 최소 분리거리의 민감도를 분석하는 사례 연구를 수행하였다.

Sensitivity Analysis of Minimum Separation Distance in UAM for Collision Detection and Avoidance Performance

Junsoo Kim, Gihun Nam, Dongchan Min, Jiyun Lee*

Urban Air Mobility (UAM) emerges as the next generation of mobility to provide safe and efficient transportation. However, as UAM operation reaches maturity, the operational density within limited airspace increases, which poses safety concerns due to the higher risk of mid-air collisions (MACs). To mitigate this risk, aircraft should maintain a separation distance from other aircraft and obstacles along the flight path, a concept known as deconfliction. Deconfliction comprises both strategic and tactical deconfliction which refer to pre-flight and in-flight route planning respectively. For deconfliction, conventional aircraft maintain large separation distances within large airspaces. However, such extensive distances can compromise airspace efficiency if directly applied to UAM operations. Therefore, it is necessary to determine reduced separation distances for UAM operations that satisfy both airspace efficiency and safety requirements. Our prior research has proposed a framework for deriving the minimum separation distance from the safety requirement for strategic deconfliction. In the case of tactical separation, however, detect and avoid (DAA) function is implemented to reduce the risk of MACs. This paper introduces a sensitivity analysis of the minimum separation distance for DAA performance parameters. We established the minimum separation distance model quantifying the collision risk due to the DAA function failure. Furthermore, we conducted a case study to apply the proposed method to ACAS-X, a promising DAA system for UAM operations.

Keywords: UAM, tactical deconfliction, separation distance

Speaker 김준수 한국과학기술원