하이퍼루프

일론 머스크(Elon Musk)

하이퍼루프(Hyperloop)는 2013년 전기자동차 회사 테슬라 창업자인 일론 머스크(Elon Musk)가 처음 제안한 것으로, 진공에 가까운 튜브 구조물에서 차량을 띄움으로써 공기저항과 마찰저항을 줄이는 방식이다. 이론적으로는 시속 1,200Km/h의 속도로 갈 수 있다.

개요

하이퍼루프 기술은 진공에 가까운 튜브 구조물에서 차량을 띄움으로써 공기저항과 마찰저항을 줄이는 방식이다. 2013년 전기차 테슬라의 사장인 일론 머스크의 생각으로 발명되었으며 전 세계의 시장은 이 새로운 아이디어에 주목했다. 자동차보다 안전하고, 기차보다 빠르고, 비행기보다 친환경적인 교통수단이라는 점을 내세워 버진 하이퍼루프 원 등 몇몇 업체들이 개발 경쟁을 벌이고 있다. 개발 기술은 터널 안의 공기를 빼내 고도 60km의 성층권 대기의 공기 밀도 수준으로 만든 뒤 전기 모터를 이용해 공기 저항을 거의 받지 않고 달리는 방식이다.

대한민국의 철도 역사상 2004년은 특별한 시기였다. 그동안 비둘기호, 무궁화호, 새마을호라는 열차를 대신해 KTX가 도입되는 시기였기 때문이다. 그런 KTX의 속도보다 약 4배 정도 빠른 시속 1,200km/h의 속도로 이동할 수 있는 하이퍼루프를 개발하면 초고속열차의 시대가 온다. 시속 1,200km/h(최고속도 1,280km/h)이면 보통 비행기 속도 900km/h 내지 1,000km/h보다 빠르다. 이처럼 지상에서 달리는 모든 자동차와 열차 중에서 최고의 속도로 이동시킬 수 있는 특별한 열차인 하이퍼루프 기술을 개발 중이다.

국가별 개발현황

대한민국

국내에서 하이퍼루프와 같은 초고속 열차 기술 개발이 활발하다. 연구 단계이며 상용화에 나선 기업들은 아직 없다. 한국철도기술연구원은 2011년 실물 크기를 52분의 1로 줄인 모형 캡슐 열차를 실험실에서 시속 700㎞ 달리게 하는 데 성공했다. 한국은 하이퍼루프의 핵심인 자기부상과 공기 압축 기술에서 세계적인 경쟁력을 확보하고 있다. 한국건설기술연구원은 HTT와 2026년 시험 운행을 목표로 한국형 하이퍼루프를 공동 개발하기로 합의했다. 하이퍼루프 공동개발 사업에는 건설기술연구원을 포함해 6개 국내 공공 연구기관이 참여한다. 울산과학기술원(UNIST)도 2017년 7월 향후 5년간 14억 원을 투입해 서울에서 부산까지 16분 만에 도달할 수 있는 한국형 하이퍼루프 '유루프(U-Loop)' 기술 개발을 시작했다. 이와 별개로 현재 전북 및 울산지역에서도 하이퍼루프 기술에 대해 투자를 하고 있어서 좋은 전망을 보인다.

미국

하이퍼루프용 소규모 테스트 코스가 미 서부 라스베이거스시 인근에 첫 설치 됐다. 2016년 5월 0.5마일짜리 시험 선로에서 불과 2초 만에 187km의 속도를 내는 데 성공했다. 2016년 하반기까지 추가로 라스베이거스시 인근에 105,000 스퀘어 ft 규모의 첫 하이퍼루프 생산시설이 확보됐고 인근 도시인 네바다주 아펙스시에 튜브를 포함한 풀 스케일의 테스트 트랙이 건설됐다. 2017년 5월 세계 최초의 풀 스케일의 하이퍼루프 주행 테스트가 네바다주에서 진행됐고 실험 결과는 성공적이었다. 추가로 하이퍼루프 실험용 열차의 프로토타입이 2017년 7월 대중에 처음으로 공개됐다.

중국

중국 국영기업 가운데 하나인 CASIC(China Aerospace Science and Technology Corporation)는 초음속 열차를 개발하기 위한 3단계 로드맵을 제시했다. 이는 관영 CCTV 및 CNS(China News Service)를 통해서 공개됐다. 첫 번째 단계는 시속 1000km급 열차를 개발하는 것으로 도시 간 고속 열차를 목표로 하고 이는 하이퍼루프 원과 비슷한 계획이다. 2단계 프로젝트는 멀리 떨어진 중국 내 대도시권인 베이징, 상하이, 청두 등을 연결하는 시속 2,000km의 고속 열차를 개발하는 것이다. 마지막 궁극적인 목표는 시속 4,000km를 실현하는 것에 목표를 두고 있다.

두바이

아부다비 간 직선거리는 160km 정도이다. 차로 2시간 정도 거리인데, 하이퍼루프를 이용하면 가속과 감속에 걸리는 시간을 고려해도 대략 12분 정도면 가능할 것이라고 한다. 이 구간 개통에 성공하면 앞으로 하이퍼루프를 아라비아반도 전체로 확장하는 방안도 검토 중이다. 두바이에 건설될 하이퍼루프는 긴 기차 형태가 아닌 팟(Pod) 형태를 가지고 있다. 내부는 6~8명 정도가 탈 수 있는 공간이 있다. 이렇게 만든 이유는 대기시간을 최소화하기 위한 것으로 6명 정도 타면 바로 출발하는 방식이다. 하지만 그런 만큼 차 간 간격이 짧아 안전을 위해서는 정교한 조절이 필요하다. 처음에는 승객 3량, 화물 1량 하는 식으로 묶어서 출발할 것으로 보인다.

문제점

열차의 분기 제어

공기베어링을 형성해 날아가는 하이퍼루프 특성상 열차의 주위에 항상 일정한 두께의 공기막이 형성돼야 하므로 열차의 분기를 제어하기 위해서는 튜브 자체를 끊고 이어주는 고난도의 기술을 사용해야 하고, 그 와중에 진공까지 유지해야 하므로 쉽지 않은 문제가 된다. 기존 열차에서 사용하는 분기 제어 방식은 사용할 수 없다.

튜브 파손 시의 대책

사고나 테러 또는 자연재해로 인해 구조물의 일부가 파손되거나 붕괴한 경우, 아예 구간이 무너져 버린 경우라면 쉽게 알 수 있어서 다행이지만 만약 튜브의 일부가 우그러들거나 부속품 등이 튜브 내부에 떨어지거나 할 경우 초고속으로 운행하는 열차가 그것에 부딪혀서 대형 참사로 번질 수 있다. 자기부상열차조차 작은 돌멩이 정도는 무시하고 지나갈 수 있지만, 얇은 공기막 위를 날아다니는 열차에서는 이 파편 문제가 치명적으로 작용할 수 있다.

승객 피로 및 응급상황 대비

열차의 특성상 창문이 없기 때문에 승객들이 여행 내내 폐소공포증을 호소할 수 있으며 비상 정차를 한다고 해도 열차에서 내릴 수가 없어서 어쨌든 역까지는 가야 한다. 아니면 튜브를 철거해서 열차를 끄집어내야 하는데 그사이에 승객의 상태가 돌이킬 수 없을 정도로 악화할 수도 있다. 특히 희박한 공기 속을 날아가는 열차 특성상 질식 우려가 있고 사고 발생 시 탑승객 전원 사망 같은 대형사고가 일어날 가능성도 다분하다. 또한, 기존 열차에는 화장실이 존재하는데 일부 하이퍼루프 열차를 제외한 대부분의 하이퍼루프 열차는 공간 문제로 화장실과 이동통로 등이 생략된 경우가 많아서 대소변이 마려울 경우 이러한 생리현상을 해결하기가 애매하다는 문제점이 있다.

다이어 편성

열차라고 부르기 민망한 1량짜리의 짧은 차량을 사용하며 승객수도 몇 안 되기 때문에 기존 열차 시스템에서 사용하는 것보다 훨씬 정교하고 자동화된 제어가 필요하다. 특히 그 속도가 1,200km/h 이상이기 때문에 차량 간격을 유지하는 데 많은 어려움이 있다. 특히 앞차에 사고가 발생할 확률도 고려해야 한다. 많은 회사가 추측하는 바로는 많은 양을 붙여서 가지는 못하고 소규모로의 이동만 선택할 것이다. 그리고 매우 빠른 속도로 이동하기 때문에 다이어를 충분하게 잡아야 할 필요가 있다. 우리가 아는 교통 부분에서는 속도가 빠를수록, 도착하는데 드는 속도가 줄어들수록 비용이 많이 필요하다.

비용

고속철도 건설에 이미 막대한 비용을 투자한 국가에서 하이퍼루프 건설을 추진할 경우, 중복 투자 논란이 발생할 수도 있다. 그리고 인구밀도가 높아서 여러 곳의 중간 정차역이 필요한 지역에는 적합하지 않다. 로스앤젤레스와 샌프란시스코 사이에는 대도시가 없어서 중간 부분에 멈추지 않고 갈 수 있으나 서울에서 부산으로 향하는 하이퍼루프는 우리나라처럼 중간중간 대도시가 있는 경우는 어울리지 않는다. 하지만 서울에서 부산으로 향하는 하이퍼루프를 설치하는 비용은 적게는 1/10에서 많게는 1/3밖에 들지 않을 전망이고, 선로에 자기장을 발생시키는 코일을 깔아야 하므로 비용이 더 든다는 주장도 있기 때문에 비용 문제는 개발 전 단계에서는 확신할 수가 없다.

참고자료

• 진공튜브를 이용한 제 5세대 미래철도 연구동향 백서 - http://railway.or.kr/Papers_Conference/201806/pdf/KSR2018S037.pdf
• 곽노필 선임기자, 〈비행기보다 빠른 열차는 언제 나올까?〉, 《한겨레》, 2020-04-20
• 배진용 동신대학교(전기차제어) 교수, 〈하이퍼루프 시대가 펼쳐진다〉, 《테크월드뉴스》, 2020-03-17

같이 보기

• 일론 머스크
• 테슬라
• 스페이스엑스

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