우리나라의 현재 기술과 미래
하이퍼루프란?
하이퍼루프는 음속(1220km)까지 돌파할 수 있는 엄청난 속도인 차세대 초음속 열차이다. 하이퍼루프는 세계 최대 전기자동차 기업인 테슬라와 우주개발 기업인 스페이스X의 CEO 일론 머스크가 2012년에 처음 제안했다. 서울-부산 사이를 15~20분만에 달릴 수 있는 수준이다.
하이퍼루프는 원통형 튜브 속에 레일을 깔고, 그 튜브를 0.1기압 이하인 아진공상태로 유지하여 열차의 자기부상 기술을 이용해 음속에 달하는 속력으로 이동하는 튜브트레인의 일종이다. 현재 여러 나라에서 앞다투어 기술 개발에 착수하고 있는 실정이다. 미국의 전문기업 '하이퍼루프 원' 은 지난 2016년 주행 실험에서 추진력 테스트를 했는데, 약 1.1초 만에 시속 187km(116마일)에 도달했다고 한다. 이로써 하이퍼루프의 진정한 개발의 시작을 세계에 알렸다.
하이퍼루프는 고속열차의 속도 한계 주 원인인 공기저항과 지면과의 마찰을 최소화한 기술을 이용한다. 진공에 가까운 관은 공기 저항을 최소화하고, 자기 부상이나 공기압 부상으로 레일과의 마찰을 없애 전투기만큼의 빠른 속력을 낼 수 있다. 하지만 두 기술의 융합, 안정성, 실용성, 비상 상황 대처성 등의 문제로 개발이 쉬운 것만은 아니기에 많은 연구가 필요해 보인다.
앞다투는 하이퍼루프 개발, 세계속의 한국 기술
한국도 대학교 및 여러 기관에서 2016년부터 본격적으로 한국형 하이퍼루프 개발에 착수했다. 2020년 현재 핵심 기술 개발에 상당한 진전이 있어 다른 나라보다 우위를 점하고 있다.
1. 유니스트
2016년 7월부터 UNIST(울산과학기술원)은 기술개발 및 원천기술 확보를 위해 5년동안 14억의 초기 연구비가 투입되는 '유루프(U-Loop) 프로젝트'를 시작했다. 이 프로젝트의 목표는 '하이퍼루프'의 핵심 요소인 튜브 내 공기의 저항을 줄이고, 마찰을 최소화하는 열차 부상 및 추진 기술을 개발하는 것이다.
튜브 내 공기 저항을 줄이기 위해 '공기 압축기'를 설계해 열차 앞쪽 공기를 빨아들여 열차 뒤로 내보내면서 공기 저항을 줄이고 추진력을 얻는다. 열차 부상 및 추진 방법은 엘론 머스크가 제시한 공기압 방식이 아닌 자기부상 방식을 연구 중이다. 자기부상 방식은 같은 극의 자석끼리 미는 힘을 활용해 열차를 선로 위에 띄우고, 자기력으로 추진하는 방식이다. 이 방식은 전력이 많이 쓰여서, 터널 상부에 태양전지를 설치하는 등의 전력 공급시스템도 함께 개발한다.
2017년 10월 26일, 제7차 대중교통 국제정책포럼에 UNIST에서 제작한 차세대 초고속 대중교통 하이퍼루프(U-Loop)의 모델이 전시됐다. UNIST의 연구진은 주요 개발 주제인 진공관, 자기부상, 일반 전동기와 다른 리니어모터 구동 등을 구현했다. 작은 사이즈의 모델 단계지만 실제 구동하는 모습을 보여줬다. 또한 2017 스파크 디자인 어워드에서 'UNIST 하이퍼루프 정거장'이 디자인 대회에서 상을 받는 등 기술개발에 힘쓰며 진전하고 있다.
<1.유니스트 단락의 자료 출처>이종현 및 홍보팀,"UNIST, 꿈의 열차 '하이퍼루프' 연구 출발!",유니스트뉴스센터(2016.07.21)
( https://news.unist.ac.kr/kor/20160721-01/)
2. 한국철도기술연구원
한국철도기술연구원의 기술 개발 수준도 주목할 만 하다. 철도연(한국철도기술연
구원) 은 일론 머스크 가 하이퍼루프를 제시하기 4년이나 앞선 2009년 1월부터 '초고속 튜브철도 핵심기술 연구'를 진행했다. 즉, 우리나라의 하이퍼루프, '하이퍼
튜브(HTX)' 개발에 착수했다.
철도연의 '하이퍼튜브(HTX)'를 개발하는 중장기 연구는 현재진행형이다. 핵심기술인 초전도 자기부상기술과 아음속 캡슐 트레인 추진 기술을 이미 확보한 상태로 상용화를 위한 첫 단추를 끼웠다.
철도연은 지난 9월 아진공(0.001 기압) 상태에서 공력 주행시험을 본격적으로 시작해 시속 714km의 속도를 기록했다. 이어서2020년 11월 세계 최초로 아진공상태에서 시속 1,019km 공력시험 성공으로 기술경쟁의 우위를 선점했다.
이번 시험의 성공으로 하이퍼튜브의 주행특성을 세계 최초로 실험으로 규명해 하이퍼튜브의 기본설계 원천기술을 확보했다. 이를 가능하게 한 이유는 공력시험 장치의 가속관 부분에서 급가속 주행마찰에 의한 차량의 주행 장애 문제 등을 해결했기 때문이다.
향후 하이퍼튜브 시스템 설계 시 차량의 크기 및 형상, 튜브 크기, 튜브 내부 압력 등을 결정할 때, 이와 같은 공력시험장치를 통한 원천기술이 활용될 수 있다.
철도연은 이뿐만 아니라 하이퍼튜브의 엔진에 해당하는 핵심 장치인 초전도전자석과 추진장치, 주행 안정화 장치 등 하이퍼튜브의 핵심기술을 개발하고 있다. 또한, 향후 하이퍼튜브를 구현하기 위한 시제 차량을 개발하고 테스트베드를 이용한 성능 검증을 위해, 하이퍼튜브 실증 연구 사업 등을 기획
하고 있다.
이관섭 철도연 신교통혁신연구소장에 따르면, 철도연은 HTT와 트랜스포드로
부터 기술협력 제안을 받는 등 전 세계적으로도 앞선 기술력을 인정받는다. 또한 오는 2022년을 목표로 대형국가연구개발 사업 예산을 확보해 2032년까지 최고 시속 1200km의 하이퍼튜브를 실증하는 게 목표라고 한다.
<2.한국철도기술연구원 단락의 자료 출처>
홍보협력팀 및 이관섭,백승현 "철도연, 하이퍼튜브 시속 1,019km 공력시험 성공",한국철도연구원 보도자료 (2020.11.11)( https://www.krri.re.kr/_prog/_board/?code=sub06_0603&mode=V&no=59212&upr_ntt_no=59212&site_dvs_cd=kr&menu_dvs_cd=060201)
3.포스코
포스코는 지난 11월 6일, 연간 조강생산량 3400만톤 규모의 글로벌 철강사 타타스틸 유럽과 협약식을 열어 사업분야 전반에 대한 협약을 체결했다. 그 내용은 하이퍼루프 전용 강철 재료와 구조물의 최적 형식 및 제작방법 개발 및 글로벌 프로젝트 공동참여 등이다.
하이퍼루프의 핵심은 튜브의 직진성과 안정성 확보로, 이를 위해서는 사용 소재의 확실한 기밀성과 가공성이 중요하다. 한국 철강은 공기, 가스 등의 기체를 통하지 않는 성질인 기밀성과, 튜브 연결부위의 정밀한 가공성이 뛰어나 매우 적합한 소재로 평가받는다.
이번 협약으로 포스코와 타타스틸 유럽은 하이퍼루프에 가장 적절한 강철 튜브를 제시했고, 알맞은 철강재와 디자인을 개발할 예정이다. 뿐만 아니라 글로벌 하이 퍼루프 프로젝트에도 함께 참여하고 관련 회사들과 협력을 확대해나갈 방침이다.
포스코 이덕락 기술연구원장은 협약식에서 "포스코는 하이퍼루프 관련 다양한 형태의 강재 튜브 설계, 구조 최적화 연구를 10여년 전부터 진행해 왔으며, 구조 안정성과 경제성 측면에서 최적의 강재와 구조 솔루션을 개발해 친환경 교통수단인 하이퍼루프 의 실용화에 기여하겠다"고 말했다.
포스코는 철강 소재 및 구조와 설계 부문에서, 타타스틸 유럽은 튜브 기술에서 뛰어나 서로 상호보완적 관계를 지녀 두 회사의 협업은 기술 발전에 보다 빠르고 큰 변화를 일으킬 것이라 전망된다. 또한 친환경 미래에너지 개발의 올바르고 건전한 협약 사례로 유명하다.
이처럼 한국은 한국형 하이퍼루프 개발을 위해 많은 시간과 비용을 아낌없이 투자하고 있으며, 그 성과 또한 세계적으로 드러났다. 세계 주요 나라가 서로 끊임없이 경쟁하며 첫 유인 시험주행에 성공하는 등 각각의 성과를 보이고 있는 가운데 우리나라는 더욱 개발에 박차를 가하여 빠른 상용화 및 주요 기술을 보유를 목표로 하고 있다. 개발 연구진들은 그리 길지 않은 시간에 상용화를 할 수 있음을 직접 보여주고 있으며, 이를 위한 배차 간격과 역간 거리 및 정거장 등을 연구하고 있어 실전 배치를 고려한 실질적, 실용적인 연구도 게을리하지 않는 중이다.
하이퍼루프가 가져올 미래
하이퍼루프는 교통의 혁신 및 생활의 패러다임이 완전히 뒤바뀔 수 있는 새로운 교통 시스템이다. 에너지 소비량이 항공기와 고속철도에 비해 매우 작고, 이산화탄소와 소음이 발생하지 않아 차세대 친환경 교통수단으로 이목이 집중되는 중이다.
하이퍼루프의 개발을 단순히 '빠른 교통수단'이 생긴다고 생각할 수 있다. 하지만 그것이 경제적, 사회적, 문화적으로 일으키는 엄청난 파급 효과는 절대 무시할 수 없다.
만약 세계적으로 하이퍼루프 개발 및 상용화에 성공했을때, 공상과학 영화처럼 전 지구 1일 생활권의 시대가 도래할 것이다. 하이퍼루프의 원형 선로가 세계 곳곳에 연결되면, 비행기보다 빠르게 세계 일주가 가능해진다. 더 이상 지구 상에서 공간의 제약이 허물어진다는 뜻이다.
한국으로 좁혀 생각하면 우리의 오래된 과제인 서울 • 경기 인구 집중화, 교육, 산업, 문화 등 주요 시설 및 인프라 쏠림 현상이 완화될 수 있고, 지역 격차 감소 또한 기대할 수 있다. 이것의 진정한 의미는 '거리'에 대한 고정적인 패러다임에 상당한 변화가 생긴다는 것이다. 지역 간에 있던 마음의 벽이 허물어져, 더 이상 지역 대학의 지속적인 학생수 감소, 지역 차별 및 지역 할당제에 대한 역차별 논란 까지도 자연스럽게 완화될 수 있다. 또한 집값 폭등이나 지방과 수도권의 부동산 가격이 배로 차이나는 현상이 이완될 것이다. 더 이상 '거리'는 '거리'의 구실을 못 하게 된다. 비약적으로 발전하는 기술과 속도 한계의 모호화는 오히려 매우 먼 거리가 어중간한 도시 이동보다 더 빨리 이동할 수 있는 기이한 현상이 도래함을 말해준다
.
4차산업혁명시대가 도래함에 따라 자율주행자동차가 상용화 되었을 때의 융합 상승 작용도 기대할 수 있다. 자가용을 타는 것이 오히려 훨씬 불편한 사회가 되고, 자동차, 트럭, 기차 등이 뿜어내는 엄청난 양의 온실가스도 전기 및 수소의 이용으로 없어질 것이다. 교통수단의 초연결이 지역간 초연결로 이어져, 상상하지 못한 교통계의 혁신이 전망된다.
이처럼 하이퍼루프 개발의의는 '조금 더 빨리 도착하는'의 문제만이 아니다. 지구 전체를 하나로 잇는, '지역'과 '나라'의 고정관념과 사회 전반의 벽이 허물어질 날을 기대해 본다.