글로벌 교통혁신 사업으로 부상하는
하이퍼루프 실현 앞당길 기술 개발해
세계 미래 철도시장 장악 초석 마련을
하이퍼루프(hyperloop)는 음속(마하) 1.06, 시속 약 1280㎞의 속도를 내는 백트레인(진공튜브 열차) 유형의 고속철도를 말한다. 이는 고속철도의 한계를 극복하기 위해 자기부상열차, 호버트레인, 튜브트레인 다음으로 시도되는 차세대 고속 교통수단 방식이다.
2009년, 우리나라의 한국철도기술연구원이 먼저 ‘하이퍼튜브’를 세계 최초로 사업화했다. 하지만 이후 2012년 우리에게 테슬라 자동차와 스페이스X로 이미 잘 알려진 미국의 일론 머스크가 ‘하이퍼루프’ 용어를 사용했다. 하이퍼루프는 크게 튜브와 캡슐로 나누어진다. 튜브 내부는 완전진공이 아니고 공기저항을 0에 가깝게 만들어 주는 어느 정도 낮은 기압의 상태를 유지하고 있으며, 밀폐된 터널과 유사하다. 캡슐은 승객이 20여명 정도 탈수 있으며, 구조는 앞쪽에 공기 흡입부와 컴프레서가 있다.
하이퍼루퍼는 자기부상 열차와 같이 서로 다른 극(N극과 S극)끼리 당기고 같은 극(N극과 N극, S극과 S극)끼리는 밀어내는 자기력의 원리를 이용해 자석으로 만든 튜브안의 바닥위에서 캡슐이 고속으로 움직이게 된다. 이러한 캡슐 운행에 쓰이는 에너지는 머스크의 제안으로 튜브상단에 태양전지를 설치해 100% 태양광 발전으로 생산하고자 했으나 설치, 유지비용, 태양광 발전의 불규칙성, 소비전력의 미충족, 그리고 에너지 저장장치의 필요 등 여러 가지 요인으로 현실적으로 난관에 봉착해 일반적인 전기계통으로 동작하게 된다.
하이퍼루프는 세계 각국에서 진행 중에 있으며 2013년 미국의 HTT(Hyperloop Transportation Technologies)를 시작으로 2017년 선로 위에서 달리는 흔한 방식이 아닌 천장에 매달려 달리는 모양을 갖춘 유럽의 하트, 2018년 중국의 항천공과그룹(CASIC)의 ‘T-플라이트’(삼원고속비행열차) 등이 각축을 벌이고 있다.
현재 우리나라는 2009년 1월, 한국철도기술연구원(철도연)이 ‘초고속 튜브철도 핵심기술 연구’라는 과제명으로 세계 최초로 연구를 시작해 ‘하이퍼튜브(HTX, Hyper Tube eXpress)’라는 제품명을 붙여 개발하고 있다. 2011년 10월, 철도연이 0.2기압에서 52분의 1로 축척된 튜브 주행 실험을 세계 최초로 실시해 한국형 하이퍼루프, 초고속 캡슐트레인을 선보이며 1㎏ 미만 모형 운송체를 시속 700㎞까지 가속시키는데 성공했다. 또한, 초전도 부상시스템 기초연구와 고강도 콘크리트튜브 제작, 통기성 시험 등의 결과를 선보였다. 이후, 꾸준한 연구의 결과로 부상전자석과 제어시스템, 선형동기모터(LSM) 추진시스템을 개발했다. 2020년에 이르러 철도연은 독자적으로 개발한 축소형 튜브 공력시험장치에서 하이퍼튜브 속도시험을 통해 진공상태에 가까운 0.001 기압에서 시속 1019㎞의 속도를 내는데 성공했다. 이것은 지금까지 에어건 형식 튜브 공력시험장치를 가동했던 일본과 중국의 시속 600㎞, 1기압이 최고 수준이었던 것을 0.001기압의 튜브 시험장치를 시연함으로써 하이퍼루프의 초고속 주행을 세계 최초로 과학적으로 규명한 것이다. 과히 놀랄만한 업적이 아닐 수 없다.
대한민국은 세계 최초로 고온초전도체, 자기부상열차 기술개발도 이미 성공했다. 현재 개발 중인 한국형 하이퍼루프가 시속 1200㎞의 음속 주행 목표를 달성한다면 시속 300㎞ KTX보다는 4배, 시속 800㎞ 비행기보다는 1.5배 더 빠르며, 직선거리로 울산에서 서울까지 불과 15분 만에 주파할 수 있다는 계산이 나온다. 이 경우 우리나라는 물론 전 세계 교통체계에 큰 변화를 가져올 사업으로 부상하게 된다. 정부 관계부처(국토부)의 적극적 추진과 함께 철도연, 울산의 UNIST 등 산학연을 통한 유관기관의 활발한 연구가 앞으로의 세계 철도시장을 장악하게 될 초석이 될 것이다. 향후, 10년 이내 최고 시속 1200㎞로 달리는 한국형 하이퍼루프의 실현이야 말로 K-팝, K-푸드와 더불어 세계의 글로벌 교통 혁명을 K-트레인이 주도해 나가게 될 것이라 믿어 의심치 않는다.
하양 울산과학대 전기전자공학부 교수