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미래 교통수단을 책임질 초고속 철도! 하이퍼루프 VS 하이퍼튜브
  • 2021-12-02
  • 일상 속 국토교통기술
  • 기업명 : 국토교통과학기술진흥원

수도권 외곽지역과 서울 도심의 주요 거점을 연결하는 수도권광역 급행철도 ‘GTX(Great Train Express)’는 최고 시속 200km로 기존 전철보다 3배 이상 빠른 속도를 자랑하며 “초고속 철도”로 분류됩니다. KTX 역시 300km가 넘는 최고 시속으로 전국을 누비고 있죠.

그런데 이보다 더 빠른 교통수단이 개발되고 있다는 사실, 알고 계신가요? 오늘은 육상교통의 새로운 시대를 이끌어갈 “하이퍼 루프”와 “하이퍼 튜브”에 대해 소개해드리겠습니다!


속도의 한계를 넘은 초고속 철도

초고속 철도는 최고속도 200km/h 이상의 철도를 의미합니다.

현존하는 최고시속의 초고속열차로는 독일의 Transrapid SMT(최고속도 500km/h), 중국의 Shanghai Maglev(최고속도 501km/h), 이탈리아의 AGV Italo(최고속도 574km/h), 프랑스의 TGV POS(최고속도 575km/h), 일본의 JR-Maglev(최고속도 603km/h)가 있습니다.

철도 이미지

출처 : pexels


교통 혁명을 가져올 하이퍼 루프(Hyperloop)

하이퍼 루프(Hyperloop)는 테슬라와 스페이스X의 CEO인 일론 머스크에 의해 처음 구상된 개념으로, 극초음속을 의미하는 hypersonic speed의 hyper와 루프를 의미하는 loop의 합성어입니다. 최고 시속이 무려 1,280km에 달하여 로스앤젤레스에서 샌프란시스코까지 30분 만에 주파할 수 있습니다. 비행기로 80분이 소요되는 거리인데요. 말 그대로 비행기보다 더 빠른 기차가 개발되고 있는 것입니다. 우리나라로 예를 들면 서울에서 부산(약 417km)을 약 15분 만에 주파하게되는 것이죠!

소위 ‘초고속 캡슐 차량’이라 불리는 하이퍼 루프는 직경 3m 안팎의 밀폐된 튜브 형태로 만들어지는데요. 진공 상태의 운송관에 캡슐형 객차를 넣어 초고속으로 운행됩니다. 여기서 튜브 내부는 완전한 진공 상태가 아닌 1/1000 기압의 진공, 즉 ‘아진공’ 상태의 튜브에서 이동됩니다. 그리고 터널의 바닥에는 자기장이 흐르도록 설계하여 열차가 살짝 뜬 상태로 마찰 없이 달리죠.

하이퍼 루프는 속도 외에도 몇 가지 특장점을 가지고 있습니다.

첫번째는 오염 물질 배출을 하지 않는 친환경 열차라는 점인데요. 바로 터널의 외벽에 태양광 패널을 설치하여 태양열을 연료로 이용하기 때문입니다. 하이퍼루프의 가속에 사용되는 ‘선형 유도 모터’는 외벽의 태양광 패널을 이용해 충전되기 때문에, 에너지 소비량이 항공기의 8%, 고속철도의 30% 수준이라고 합니다. 이러한 이유로 탄소 배출을 줄이는 환경 친화적인 교통수단이라는 평가를 받고 있습니다.

두번째는 기존 고속철도에 비해 건설비를 약 90% 줄일 수 있다는 점입니다. ‘속도’와 ‘환경’, 거기다 ‘비용 절감’까지 다양한 효과를 기대할 수 있는 혁명적인 교통수단이라고 불리는 것이죠!

한편 하이퍼 루프를 구상한 일론 머스크는 다음과 같은 이유를 들며 하이퍼 루프가 가장 이상적인 교통수단이라고 주장했습니다.

“안전하다. 빠르다. 비용이 저렴하다. 편리하다. 날씨와 상관없이 운행할 수 있다. 지속적인 동력으로 운행한다. 지진에 대한 내구성을 갖추었다. 경로 근처의 사람이 불편하지 않다.”

사이버 메트로 표지

일론 머스크보다 앞섰던 한국철도기술연구원

하이퍼 루프에 적용되된 ‘튜브 트레인’이라는 개념은 100년 전에 처음 주창된 것이라고 합니다. 일론 머스크는 그 개념의 현실화를 가장 먼저 시작한 것으로 알려진 것인데요. 그런데 우리나라에서 일론 머스크보다 무려 4년 앞선 2009년도부터 한국형 하이퍼 루프라고 부르는 ‘하이퍼 튜브(HTX, Hyper Tube Express)’에 대한 연구를 시작했다는 사실, 아시나요?

10년이 넘는 노력 끝에, 한국철도기술연구원에서 개발에 성공한 HTX는 지난해 11월, 실물 크기의 1/17로 축소 제작한 시험에서 최고 속도 1019km/h를 기록하며 기존의 기록인 714km/h를 압도적으로 갱신했습니다. 본 연구 과정을 통해 초전도 자기부상 기술과 아음속 캡슐 트레인 추진 기술을 확보하는 성과를 거두기도 했는데요. 뿐만 아니라 세계 최초로 하이퍼 루프 기본설계 원천기술을 확보하는 등 튜브 트레인 분야에서 두각을 나타냈습니다.

한국철도기술연구원에서 진행한 실험에 따르면, 튜브의 공기압이 10% 낮아질 때마다 기차는 25km/h씩 빨라진다고 합니다. 그러므로 ‘하이퍼 튜브’ 성능 개선의 핵심은 마찰 저항과 공기 저항을 최대한 줄이는 것인데요.

바로 ‘초전도 전자석’을 활용하면 전자석의 온도를 낮춰 저항이 사라게 할 수 있습니다. 일반 전자석보다 자기장이 강하고, 저항이 없기 때문에 한 번의 전기 공급으로 장시간 운행이 가능하다는 장점도 있습니다. 나아가 한국철도기술연구원은 액체 질소를 사용하여 냉각 시스템을 없앰으로써 속도를 향상하는 데 성공했습니다.

기존 해외에서 개발한 에어건 형식의 튜브 공력시험장치는 최고 600km/h, 1기압 수준인데요. 한국은 세계 최초로 0.001 기압의 튜브 시험 장치 개발에 성공한 것입니다. 이르면 내년부터 실증 연구가 착수될 예정이며, 2024년까지 핵심기술 개발을 완료할 계획이라고 합니다. 보다 자세한 사항은 아래의 링크를 확인해주세요!


오늘은 ‘초고속 철도’, 그중에서도 ‘하이퍼 루프’와 ‘하이퍼 튜브’에 대해 알아보았습니다. 비행기보다 빠른 속도를 자랑하는 한국형 하이퍼 루프 ‘하이퍼 튜브’를 이용하여 부산에서 서울로 왕복 60분 만에 출퇴근하는 일상이 이제 머지 않았습니다. 하루 빨리 상용화가 이루어져 새로운 교통의 시대가 도래하길 기대합니다. 지금까지 KAIA 제3기 서포터즈 김다현이었습니다. 감사합니다!

 

국토교통과학기술진흥원 ep.10
하이퍼루프 하이퍼튜브
#초고속철도 #하이퍼루프 #하이퍼튜브  

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