스카이 인베스트 | eVTOL 투자 연구소

  7~8편에서 배터리를 다뤘으니, 이번에는 그 에너지를 실제로 프로펠러를 돌리는 힘으로 바꾸는 부분을 봅니다. 모터와 전력 시스템입니다. 배터리가 eVTOL의 연료탱크라면, 모터와 전력 시스템은 엔진과 변속기에 해당하죠. 이 부분을 공부하면서 개발자로서 반가웠던 점이 있습니다.  eVTOL의 모터 제어는 본질적으로 소프트웨어 문제라는 것 입니다. 여러 개의 모터를 독립적으로, 밀리초 단위로 제어하면서 기체의 자세와 속도를 유지하는 것은 복잡한 실시간 제어 소프트웨어 없이는 불가능합니다. 분산전기추진(DEP) — 서버 이중화의 항공 버전 eVTOL의 추진 시스템을 이해하는 핵심 개념이 분산전기추진(Distributed Electric Propulsion, DEP)입니다. 하나의 큰 엔진 대신, 여러 개의 작은 전기 모터를 기체 곳곳에 분산 배치하는 방식입니다. 왜 이렇게 할까요? 세 가지 이유가 있습니다. 첫째, 안전성.  모터 하나가 고장나도 나머지 모터들이 비행을 유지할 수 있습니다. 개발자에게 이건 서버 이중화(Redundancy)와 정확히 같은 개념입니다. 단일 장애점(Single Point of Failure)을 제거하는 설계입니다. Joby S4는 6개, Archer Midnight는 12개의 프로펠러를 가지고 있어서 일부가 멈춰도 안전하게 비행하거나 착륙할 수 있도록 설계되었습니다. 둘째, 효율.  작은 모터 여러 개를 최적의 위치에 배치하면, 날개 위의 공기 흐름을 개선하여 양력을 증가시킬 수 있습니다. 이를 "추진-양력 연동(Propulsion-Airframe Integration)"이라고 합니다. 셋째, 소음 저감.  작은 프로펠러 여러 개는 큰 프로펠러 하나보다 소음이 적습니다. 각 프로펠러의 회전 속도를 미세하게 다르게 조절하면 소음 간섭 패턴을 분산시켜 체감 소음을 줄일 수 있습니다. 전기 모터의 종류 — PMSM이 대세인 이유 eVTOL에 주로 사용되는 모터는 영구자석 동기 모터(PMSM, P...

  7편에서 현재 리튬이온 배터리의 한계를 다뤘습니다. 에너지 밀도 250~300Wh/kg, 사이클 수명 1,000~2,000회, 열폭주 위험. 이 숫자들로 eVTOL이 날 수는 있지만, 사업적으로 성립시키기에는 빠듯합니다. 항속거리가 짧고, 배터리 교체가 잦고, 안전 마진이 넉넉하지 않습니다. 그래서 차세대 배터리 기술이 중요합니다. 전고체(Solid-State), 리튬황(Li-S), 실리콘 음극(Silicon Anode) 등 차세대 기술이 실현되면 eVTOL의 경제성이 근본적으로 달라질 수 있습니다. 다만 여기서도 솔직하게 말해야 할 것이 있습니다. 저는 배터리 전문가가 아니므로 화학 반응 메커니즘을 깊이 설명하기보다, 투자자가 알아야 할 핵심 포인트와 타임라인의 현실성에 집중하겠습니다. 기술 로드맵을 소프트웨어 릴리즈 사이클처럼 읽어보겠습니다. 약속한 일정과 실제 딜리버리 사이의 갭이 핵심입니다. 실리콘 음극 — 가장 가까운 현실 현재 리튬이온 배터리의 음극(Anode)은 주로 흑연(Graphite)으로 만듭니다. 실리콘 음극은 이 흑연을 실리콘으로 대체하는 기술입니다. 실리콘이 주목받는 이유는 이론적 용량이 흑연의 약 10배이기 때문입니다. 같은 무게의 음극에 10배 더 많은 리튬 이온을 저장할 수 있다면, 배터리 전체의 에너지 밀도가 크게 올라갑니다. 현실적으로 실리콘을 일부 혼합(흑연+실리콘)하는 방식으로 셀 에너지 밀도를 300~400Wh/kg까지 끌어올리는 것이 목표입니다. 하지만 실리콘은 충방전 과정에서 부피가 약 300~400% 팽창합니다. 충전하면 부풀고 방전하면 줄어드는 것을 반복하면서 물리적으로 부서집니다. 이 문제가 사이클 수명을 급격히 줄입니다. 현재 업계는 나노 구조, 산화실리콘(SiOx) 활용, 바인더 개선 등으로 이 문제를 완화하고 있으나 완전히 해결하지는 못했습니다. 투자자 관점에서 실리콘 음극은 "가장 빠르게 현실화될 차세대 기술"입니다. 이미 일부 전기차에 소량의 실리콘이 혼합된 음극이 적용되고 있고, e...

  저는 배터리 전공자가 아닙니다. 정보통신공학을 전공한 개발자이고, 배터리에 대해 아는 거라고는 스마트폰 배터리가 왜 빨리 닳는지 불평하는 수준이었습니다. 그런데 eVTOL에 투자하면서 배터리를 피할 수가 없었습니다. 기업 분석을 할 때마다 "에너지 밀도", "C-rate", "열폭주"라는 단어가 나오고, 이걸 이해 못 하면 그 기업의 기술 경쟁력을 판단할 수 없었기 때문입니다. 이 글은 비전공자인 제가 배터리를 공부하면서 "아, 이게 핵심이구나"라고 깨달은 것들을 정리한 기록입니다. 틀린 부분이 있을 수 있고, 전문가가 보면 지나치게 단순화한 부분도 있을 겁니다. 하지만 투자자 관점에서 "이 정도는 알아야 기업 비교가 된다"라는 수준으로 정리했습니다. 왜 전기차 배터리를 그대로 못 쓰는가 가장 먼저 들었던 의문이 이것이었습니다. 테슬라 모델 3가 한 번 충전으로 400km 넘게 달리는데, 왜 eVTOL은 150km도 힘든 걸까? 같은 리튬이온 배터리 아닌가? 답은 간단합니다. 자동차는 땅 위를 굴러가고, eVTOL은 하늘에 떠 있어야 합니다. 자동차는 바퀴가 차체를 떠받치므로 엔진(모터)은 앞으로 미는 힘만 내면 됩니다. eVTOL은 공중에서 자기 무게를 스스로 지탱해야 합니다. 중력을 이기려면 훨씬 더 많은 에너지가 필요합니다. 물리적으로 더 정확히 말하면, 자동차의 에너지 소비는 주로 구름 저항과 공기 저항을 이기는 데 쓰입니다. eVTOL의 에너지 소비는 양력을 만드는 데 쓰입니다. 특히 수직 이착륙과 호버링 구간에서 에너지 소비가 폭발적으로 증가합니다. Joby의 공개 데이터를 참고하면, 이착륙 시 순항 대비 3~5배 이상의 전력이 필요한 것으로 추정됩니다. 결과적으로, 자동차에서는 배터리 무게가 좀 늘어나도 성능에 큰 영향이 없지만(바퀴가 떠받치니까), eVTOL에서는 배터리 무게가 1kg 늘면 그 1kg을 띄우기 위해 추가 에너지가 필요하고, 그 에너지를 위...

시리즈 2의 마지막 글입니다. 배터리(7~8편), 모터(9편), 자율비행(10편), 안전성(11편)을 다뤘고, 이번에는 기체 자체를 구성하는 소재 이야기입니다. eVTOL에서 소재가 중요한 이유는 한 문장으로 요약됩니다. 무게가 곧 성능입니다. 7편에서 배터리의 "무게 나선(Weight Spiral)"을 설명했는데, 기체도 마찬가지입니다. 기체가 1kg 가벼워지면 그만큼 배터리를 덜 싣거나, 같은 배터리로 더 멀리 날 수 있습니다. 개발자에게 익숙한 비유로 하면, 코드 최적화와 같습니다. 불필요한 의존성을 줄이고 코드를 가볍게 만들면 실행 속도가 빨라지듯, 기체 무게를 줄이면 비행 성능이 좋아집니다. 그리고 코드 최적화에 한계가 있듯이, 기체 경량화에도 물리적 한계가 있습니다. 왜 알루미늄이 아닌가 기존 항공기의 주재료는 알루미늄 합금입니다. 가볍고, 강하고, 가공이 용이하며, 수십 년간의 항공 사용 이력이 있어서 신뢰성도 검증되었습니다. 그런데 eVTOL 기업 대부분은 알루미늄이 아닌 탄소섬유복합재(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Polymer)를 주재료로 선택합니다. 이유는 무게 대비 강도(비강도)입니다. 알루미늄 합금의 밀도는 약 2.7g/cm³, 인장 강도는 약 450~600MPa입니다. CFRP의 밀도는 약 1.5~1.6g/cm³, 인장 강도는 1,500~3,000MPa 이상입니다. 밀도는 절반 이하인데 강도는 수 배 높습니다. 같은 강도의 구조물을 만들면 CFRP가 알루미늄보다 40~60% 가볍습니다. 이 무게 차이 가 eVTOL에서는 결정적입니다. 기체 구조물이 전체 무게에서 차지하는 비중이 20~30%이므로, 소재를 바꾸는 것만으로 전체 무게의 8~18%를 줄일 수 있습니다. 8편에서 다뤘듯이 배터리 에너지 밀도를 8% 올리는 것은 수년이 걸리지만, 소재 전환으로 같은 효과를 얻을 수 있는 것입니다. CFRP의 단점 — 공짜 점심은 없다 CFRP가 만능은 아닙니다. 몇 가지 중요한 단점이 ...

"하늘에서 배터리가 꺼지면 그냥 떨어지는 거 아니야?" eVTOL 이야기를 꺼내면 주변에서 가장 많이 듣는 반응입니다. 투자자로서 이 질문을 회피할 수 없습니다. 안전성은 인증의 핵심이고, 인증은 상용화의 전제이며, 상용화는 투자 수익의 전제이기 때문입니다. 이 글에서는 "느낌"이 아니라 "숫자"로 안전성을 따져봅니다. FAA가 요구하는 안전 기준이 구체적으로 무엇인지, eVTOL의 다중 중복 설계가 그 기준을 어떻게 충족하는지, 그리고 공개된 시험비행 사고 사례에서 무엇을 읽을 수 있는지를 정리합니다. 10⁻⁹ — 이 숫자의 의미 항공 안전의 핵심 지표는 치명적 사고 확률입니다. FAA가 요구하는 기준은 치명적 사고가 10억 비행 시간당 1회 미만 , 즉 10⁻⁹/flight hour입니다. 이 숫자가 얼마나 엄격한지 소프트웨어로 비유해보겠습니다. SLA(Service Level Agreement) 99.999%(파이브 나인)는 연간 다운타임이 약 5분이라는 뜻입니다. 이것도 극도로 높은 기준인데, 항공의 10⁻⁹은 이보다 훨씬 위입니다. 대략 "나인 나인(99.9999999%)"에 해당합니다. 인간이 만드는 시스템 중 항공이 가장 높은 신뢰성을 요구하는 분야라는 게 숫자로 확인됩니다. 중요한 점은 이 기준이 시스템 전체에 적용된다는 것입니다. 개별 부품(모터 하나, 배터리 셀 하나)의 고장 확률이 10⁻⁹일 필요는 없습니다. 개별 부품은 고장날 수 있되, 시스템 전체가 10⁻⁹의 안전 수준을 유지해야 합니다. 이걸 가능하게 하는 것이 중복 설계(Redundancy)입니다. 다중 중복 설계 — 고장을 전제한 설계 eVTOL의 안전 철학은 "고장이 안 나게 만든다"가 아니라 "고장이 나도 안전하게 만든다" 입니다. 이 철학의 핵심이 다중 중복 설계입니다. 모터 중복. 9편에서 다뤘듯이 eVTOL은 여러 개의 독립 모터를 장착합니다. Jo...

eVTOL의 최종 목표 중 하나는 파일럿 없는 자율비행입니다. 파일럿이 탑승하지 않으면 좌석 하나를 승객에게 줄 수 있고, 인건비가 절감되며, 운항 스케줄링의 유연성이 높아집니다. 경제성 측면에서 자율비행은 eVTOL 사업 모델의 판을 바꿀 수 있는 요소입니다. 자율주행차 관련 뉴스를 몇 년째 봐왔던 입장에서, 자율비행이라는 단어를 처음 들었을 때 "자율주행도 아직 못 했는데 자율비행이?"라는 반응이 나왔습니다. 그런데 공부를 해보니 의외의 관점이 있었습니다. 하늘이 도로보다 오히려 자율 운항에 유리한 면이 있다는 것입니다. 자율주행보다 자율비행이 쉬울 수 있는 이유 직관에 반하지만, 논리적으로는 설득력이 있습니다. 도로에는 보행자, 자전거, 다른 차량, 공사 구간, 신호등, 예측 불가능한 상황이 넘쳐납니다. 자율주행차의 AI는 이 모든 변수를 실시간으로 처리해야 합니다. 에지 케이스(Edge Case)의 종류가 사실상 무한합니다. 어린아이가 갑자기 뛰어나오거나, 공사 신호가 손으로 그려진 종이라거나, 도로 위에 이상한 물체가 있거나. 하늘은 다릅니다. 지정된 항로(Corridor)를 따라 비행하고, 장애물은 다른 항공기와 빌딩 정도이며, 보행자나 자전거가 없습니다. 통제 변수가 도로보다 훨씬 적습니다.  날씨와 바람이라는 변수가 추가되지만, 이것은 기상 데이터로 예측 가능한 영역입니다. 개발자 관점에서 정리하면, 자율주행은 "통제되지 않은 환경에서의 AI 판단" 문제이고, 자율비행은 "통제된 환경에서의 자동화" 문제에 더 가깝습니다. 물론 이것은 극단적인 단순화이고, 자율비행에도 충분히 어려운 기술 과제가 있습니다. 하지만 문제의 성격이 다르다는 점은 중요합니다. 자율비행 레벨 — 어디까지 왔는가 자동차 업계에 자율주행 레벨(SAE Level 0~5)이 있듯이, 항공에서도 자율성 수준을 구분할 수 있습니다. 공식적으로 통일된 레벨 체계는 아직 없지만, 대략적으로 네 단계로 나눌 수 있습니다. 파일럿 수동 ...