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"하이퍼루프"의 두 판 사이의 차이
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==개요== | ==개요== | ||
| − | 하이퍼루프 기술은 진공에 가까운 튜브 구조물에서 차량을 띄움으로써 공기저항과 마찰저항을 줄이는 방식이다. 2013년 전기차 [[테슬라]]의 사장인 [[일론 머스크]]의 생각으로 발명되었으며 전 세계의 시장은 이 새로운 아이디어에 주목했다. | + | 하이퍼루프 기술은 진공에 가까운 튜브 구조물에서 차량을 띄움으로써 공기저항과 마찰저항을 줄이는 방식이다. 2013년 전기차 [[테슬라]]의 사장인 [[일론 머스크]]의 생각으로 발명되었으며 전 세계의 시장은 이 새로운 아이디어에 주목했다. 자동차보다 안전하고, 기차보다 빠르고, 비행기보다 친환경적인 교통수단이라는 점을 내세워 [[버진하이퍼루프원]](Virgin Hyperloop One) 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.<ref>곽노필 선임기자, 〈[http://www.hani.co.kr/arti/science/future/941189.html 비행기보다 빠른 열차는 언제 나올까?]〉, 《한겨레》, 2020-04-20</ref> 또한, [[한국]]의 철도 역사상 2004년은 특별한 시기였으며, 그동안 비둘기호와 무궁화호 및 새마을호라는 열차를 대신해 한국고속철도(KTX)가 도입되는 시기였다. 그런 한국고속철도의 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.<ref>배진용 동신대학교(전기차제어) 교수, 〈[http://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=94807 하이퍼루프 시대가 펼쳐진다]〉, 《테크월드뉴스》, 2020-03-17</ref> |
| − | + | ==특징== | |
| + | 하이퍼루프의 탄소 섬유는 항공기의 대부분은 알루미늄으로 만들어지지만 탄소 섬유와 같은 복합 재료는 점점 인기를 끌고 있다. 복합 재료는 가장 진보된 엔지니어링 재료중 일부를 포함하고 있고, 고강도 섬유를 폴리머 매트릭스에 첨가하면 인장 강도와 온도 저항과 같은 기계적 특성을 크게 향상시킬 수 있다. 포드용 비브라늄은 하이퍼루프 포드의 개발에서 HTT가 알루미늄보다 8배 강하고 강철보다 10배 더 강한 새로운 유형의 탄소 섬유 복합체를 개발했으며 온도, 안정성, 무결성 등에 관한 중요한 정보를 무선 및 즉시 전송한다. 또한, 강철보다 약 5배, 알루미늄보다 1.5배 적은 무게로 에너지 출력을 줄여 캡슐을 추진한다. 비브라늄이라는 이름의 소재는 마블의 가상 금속에서 영감을 받아 하이퍼루프 포드를 보호하기 위해 피부 타입 소재로 설계됐다. 포드는 두 개의 복합 재료 층 사이에 센서배열이 있는 외부용과 포드 내부의 경우 두 층의 비브라늄으로 구성된다. 이 센서는 포드의 안정성, 온도 및 무결성을 실시간으로 감지하여 승객의 안전을 극대화할 수 있다. 또한, 하이퍼루프용 튜브는 강하고 뻣뻣하여 내구성이 뛰어나며, 밀폐 되어야 한다. 튜브에 대한 예비 설계는 강철로 만들어지지만 콘크리트의 대체 튜브 설계도 고려된다. HTT의 하이퍼루프 시스템은 강철과 콘크리트로 만들어진 대형 튜브로 구성된다. 이 튜브는 주로 철탑에 지어질 것이고, 필요에 따라 일부는 지상과 지하 세그먼트에 지어질 것이다.<ref>Benjamin Stafford, 〈[https://matmatch.com/blog/materials-for-the-hyperloop/ Which Materials Are Making The Hyperloop Possible?]〉, 《매트매치》, 2018-11-15</ref> | ||
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| + | ===원리=== | ||
| + | 하이퍼루프는 자기장을 이용해 추진력을 얻고 바닥으로 공기를 분사해 마찰력을 줄인다. 여기에 필요한 전력은 튜브의 외벽을 감싼 태양광 패널로 얻는다. 하이퍼루프는 기본적으로 진공에 가까운 튜브에서 차량을 살짝 띄움으로써 구현한다. 공기 저항과 마찰 저항을 줄이는 방식이다. 이를 실현하기 위해 사용하는 기술이 바로 진공 자기부상열차 기술이다. 이는 튜브 속을 거의 진공에 가까운 상태로 유지하고, 자기력으로만 추진과 제동을 가능케 하는 기술이다. 하지만 이 기술을 구연하는 것은 어렵다. 하이퍼루프의 튜브 안은 경제적인 이유로 완전한 진공이 아닌 0.01기압으로 맞추어놓았다. 하지만 이렇게 되면 튜브 안에 공기가 존재하므로 고려해야 할 것이 많아진다. 그중 하나가 열차의 디자인이다. 열차의 디자인은 공기저항을 최대한 줄이기 위해서 공기역학적으로 설계되어야 한다. 또한, 경제적인 이유로 열차의 단면적과 튜브의 단면적은 거의 비슷해야 한다. 하지만 열차와 터널 사이의 간격이 너무 좁을 경우, 열차가 나아감에 따라 공기는 열차의 뒤로 흐르지 못하고 열차 앞에 계속 쌓여서 공기 기둥을 형성한다. 하지만 이러한 현상은 장기적으로 안전 문제와 더불어서 열차의 최고속력을 크게 저해한다. 즉, 이를 해결하기 위해서는 열차와 터널의 단면적의 비율을 잘 조정해야 한다. 이때, 해당 단면적의 비율에서 열차가 가질 수 있는 최대속도를 칸트로비츠 한계(Kantrowitz limit)라고 한다. 또한, 기술자들은 이 현상을 해결하기 위해 몇 가지 방법을 제시하였다. 그중 하나는 전기 압축기 팬(electric compressor fan)을 이용하여 열차의 앞에 쌓인 공기가 자연스럽게 뒤로 흐를 수 있도록 하는 것이다. 이 방법을 사용할 시, 전기 압축기 팬에서 나온 공기로 열차를 띄울 수 있다는 이점도 있다. 이러한 원리를 바탕으로 실제 크기의 하이퍼루프 테스트 열차가 제조되기도 했다. 네바다 사막에서 행해진 시험에서는 프로토타입 열차가 아닌 사람이 들어갈 수 있는 실제 크기의 테스트 열차로 약 0.45km의 시험주행 거리를 역대 최고 속도인 309km/h로 주파하는 데 성공했다. 이 실험 성공을 통해 하이퍼루프는 현실적인 레벨의 상용화에 한 단계 가까워졌다. 이처럼 좋은 실적도 있지만, 이것이 실용화되기 위해선 더 많은 부분이 연구돼야 할 필요가 있다.<ref name="학박">학생기자 박기찬, 〈[https://www.ksakosmos.com/post/%EB%B9%84%ED%96%89%EA%B8%B0%EB%B3%B4%EB%8B%A4-%EB%B9%A0%EB%A5%B8-%EC%97%B4%EC%B0%A8-%ED%95%98%EC%9D%B4%ED%8D%BC%EB%A3%A8%ED%94%84 비행기보다 빠른 열차, 하이퍼루프]〉, 《코스모스》, 2019-12-23</ref> | ||
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| + | ===장단점=== | ||
| + | ;장점 | ||
| + | 하이퍼루프는 다양한 장점이 있다. 우선 빠른 속도이다. 최대 속도는 1,300km/h에 달해 음속(1,224km/h)보다 빠르다. 여객기 최고시속 1,040km보다 빠르며 현존하는 최고 속도 시속 603km인 일본 자기부상 고속열차의 2배이다. 이론적으론 마하 3까지도 가능하다. 장소의 제약도 덜 받는다. 공항보다 도시 진입이 쉽고 지하에 건설할 경우 도심의 교통 체증도 피할 수 있다. 또한, 공간 활용의 효율성으로 인해 비용의 가장 큰 비중을 차지하는 토목건설 비용도 획기적으로 줄일 수 있다. 방해물을 우회하기 쉬워 고속철도나 고속도로보다 터널 수가 적기 때문이다. 고속철도보다 건설비용이 적게는 5분의 1 에서 많게는 10분의 1까지 절감될 수 있다. 운용비용도 절감할 수 있다. 추진에 사용되는 외부 선형 모터(회전형 모터를 잘라 평면에 전개한 형태, 직선 방향의 구동력을 얻는 모터로 롤러코스터 등에 사용)를 지붕에 설치한 태양광 패널로 충전할 수 있다. 튜브가 또 하나의 태양광 발전소가 된다. 신재생에너지의 활용으로 환경문제는 물론 전기 재판매에 따라 투자횟수 기간을 크게 단축할 수 있다. 또한, 튜브가 열차를 감싸고 있어 급경사, 급커브에도 유연하게 대처할 수 있다.<ref name="비틀"></ref> | ||
| + | |||
| + | ;단점 | ||
| + | 하이퍼루프는 사고 발생 시 대형참사로 커질 가능성이 있으며, 밀폐된 튜브 안에서 운행하는 이동수단이기 때문에 탑승자에게 건강상의 이상이 생겼을 때도 문제가 생길 수 있다. 이 때문에 도착지까지 이동하는 동안 상황이 심각해질 수 있고, 그렇지 않은 경우에는 튜브를 철거해야 한다. 예를들어, 사고나 테러 및 관리불량 등으로 구조물의 일부가 파손되거나 붕괴할 경우 및 아예 구간이 무너져 버린 경우에는 쉽게 알수 있다. 하지만, 튜브의 일부가 우그러들거나 부속품 등이 튜브 내부에 떨어지는 등 튜브의 파손을 쉽게 알아챌 수 없는 경우에는 초고속으로 운행하는 열차가 그것에 부딪혀 대형 참사로 번질 수가 있다. 또한, 자기부상열차는 작은 불순물 정도는 넘어갈 수 있지만, 얇은 공기막 위를 날아다니는 하이퍼루프는 작은 파편도 치명적으로 작용할 수 있다.<ref name="학박"></ref> | ||
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| + | ===초고속튜브 자기부상열차=== | ||
| + | 철도를 포함한 국내 제조업 분야는 이미 개발되고 입증된 해외 선진기술을 모방하거나 개선하고 있다. 국산화로 인한 수입 대체 효과 측면에서는 상당한 도움이 되고 있지만, 개발 결과에 대한 해외 진출 시 특허 등의 장벽에 부딪혀 불리한 경우가 많았고 원천 기술을 보유하지 못해 관련 국가에 많은 기술료를 지불해야 했으며, [[세계무역기구]](WTO) 제제 등의 장벽으로 인해 국내 활용도 극히 일부에 국한되는 문제점을 갖고 있다. 이를 해결하기 위해서는 시장주도자 전략으로 기술 개발 체제를 바꿀 필요성이 있다. 그러나 철도 분야에서 새로이 개발할 수 있는 시스템은 초고속 열차밖에 없다. 그 초고속열차 중 전 세계 중에서 처음 개발한다거나 입증이 되지 않은 새로운 시스템을 기준으로 할 때, 이에 부합하는 것이 바로 초고속튜브 자기부상열차이다.<ref name="진공">진공튜브를 이용한 제 5세대 미래철도 연구동향 백서 - http://railway.or.kr/Papers_Conference/201806/pdf/KSR2018S037.pdf</ref> | ||
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| + | ;남북 철도 사업 대비 | ||
| + | 평창 올림픽을 계기로 한 대화 분위기가 이어지면서, 차후 남북 교류사업이 재개될 거란 전망이 커졌다. 이 교류 사업에는 남북 철도 연결사업도 포함된다. 한반도를 가로지르는 대표적인 철도 노선은 경부선과 경의선이다. 경부선은 441.7km, 그리고 경부고속선의 거리는 398.2km에 이르고 있으며, 경의선은 56.0km이다. 즉, 남한을 종단하는 철도의 거리는 고속선 경유로 해도 470km를 훌쩍 넘는 장거리이다. 북한의 경의선과 평의선 및 평부선의 거리도 411.3km로 경부선에 버금가는 장거리 노선이다. 남북을 종단하는 철도는 총 연장 890km에 육박하는 초장거리 구간이다. 만약, 이른 시일 내에 통일이 된다면, 경의선의 고속철도화와 북한 철도의 개량은 매우 필수적인 사업이 될 것이다. 그러나, 부산에서 신의주의 거리는 무려 890km에 이르러 직선화한다고 해도 약 3시간이 소요되고 있는 경부고속철도의 약 2배 이상이 소요된다. 남북 전체를 반나절 생활권으로 연결하려면, 기존 300km/h급 고속철도로는 분명 한계점에 봉착한다. 이에 대비하기 위해서는 직선화된 철도는 물론 비행기와 맞먹거나 능가하는 속도의 초고속철도가 필요하다. 따라서, 다가오는 통일 시대에 대비하기 위해서라도, 차후 대륙 연계를 위해서라도, 피크 오일 시대에 대응하기 위해서라도 초고속 튜브 열차의 개발이 필요하다.<ref name="진공"></ref> | ||
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| + | ;철차륜 철도 | ||
| + | 기본적으로 철차륜 철도는 마찰계수가 0에 수렴하는 철도 위에서 운행하는 것으로, 감가속력이 부족하고 고속 대역에 진입할 경우 차내 진동이 유발되는 등 안정성이 감소하는 물리적 한계가 있다. 그러나, 초고속 튜브 열차는 기본적으로 자기부상으로 운용되고, 터널 내 기압이 0에 수렴하는 진공이므로 철차륜 철도와 대비했을 때 감가속력을 충분히 확보할 수 있다. 아직 해결하지 못한 안정성은 숙제라고 할 수 있다. 또한, 기존 철차륜 고속철도는 고속 주행 시 외부로 소음이 많이 발생하여 소음공해라는 문제가 발생한다. 이는 연선 주민들의 불만과 민원의 원인이 되며, 이를 해결하기 위한 방음벽을 추가로 공사하거나 설계 단계에서부터 넣어야 한다. 자기부상을 동력으로 하며 거의 진공에 근접한 상태인 터널에서 운용되는 초고속 튜브 열차는 고속 주행 시 발생하는 소음이 철차륜 고속철도와 대비했을 때 적을 수밖에 없다. 초고속 튜브 열차는 빠른 속도로 운행하고, 거의 진공에 가까운 터널 안을 운행하기 때문에 자연스럽게 정차 역 숫자가 항공편 수준으로 줄어들 것이다. 이는 많은 정차역으로 인해 표정속도 저하가 되었던 기존 고속철도의 단점을 보완할 요소이다. 기존의 철차륜 고속철도로도 충분히 초고속주행이 가능하다는 생각이 있을지도 모르는 일이지만, 철차륜 고속철도 중에서는 지난 2007년 프랑스의 TGV가 최고시속 574.8km/h를 기록했었다. 이는 단 5량 편성의 시험 열차로 기록한 것으로서 철차륜 철도를 단시간 대량수송을 지향하는 초고속철도의 기술로서 도입할 근거로 활용하기에 어렵다. 그렇기 때문에 자기부상 진공 튜브 초고속열차가 기존 철차륜 고속철도보다 우위를 가진다.<ref name="진공"></ref> | ||
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| + | ==주요 기술== | ||
| + | ===하위 시스템=== | ||
| + | 하이퍼루프 시스템은 원형의 기반시설물, 수송 포드(pod), 포드 부상 시스템 및 추진, 제동 시스템 등으로 구성된다. 하이퍼루프 산업 투자사들은 화물 포드 개발에 집중하고 있고, 그 이후에 여객 포드를 개발한다. 포드 모델의 크기는 여행의 형태와 그 목적에 따라 크기가 변한다. 하이퍼루프의 기반시설물은 폐쇄 형태의 노선을 부분 진공상태로 운행하게 되며, 포드의 정거장 진입 및 가압을 위한 소규모 분기점(outlet)이 설치된다. 이 하이퍼루프 궤도 기반시설에는 2가지 방식이 제안되고 있다. 그 첫 번째인 수중 궤도구조는 터널 내부의 공기로 인한 부력으로 지지구조물의 하중을 경감시키는 작용을 하게 된다. 그러나 현행 수중 터널은 내부의 낮은 압력을 견디지 못하는데, 이는 터널 주위의 수압으로 인한 응력을 더 악화하는 작용을 한다. 이러한 이유로 인하여 비(非) 수중 구조설계 형태를 개념설계 단계를 넘어 구체화하고 있다. 두 번째는 지상 지지 터널 구조물로서, 보다 현실적 해결방안이다. 부분 진공 튜브구조는 교각과 받침구조에 의해 지지가 되며 이러한 구조는 지진에 의해 야기되는 동적 거동에 대해서도 효율적으로 저항한다. 이러한 튜브구조는 다수의 신축이음이 설치되어 강재구조의 열팽창에 대응하도록 한다.<ref name="백서"></ref> | ||
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| + | * '''추진 시스템''' : 하이퍼루프의 개념설계에서는 선형 유도 모터 기술을 일차적인 추진동력으로 계획했다. 선형유도 모터는 회전운동을 유발하는 전기유도 모터로서 지난 30년 동안 다양한 분야에서 사용되어왔으며 자기부상 열차에서도 일부 개념이 적용됐다. 이 시스템은 물리적 접촉이 없다는 점, 초기 부상력의 제공, 조작의 용이성 등으로 인해 하이퍼루프 추진방식으로는 최적인 것으로 여겨졌다. 또한 하이퍼루프의 개념설계에서는 이러한 선형유도 모터의 보완기술로서 회생제동 시스템의 적용을 고려하고 있지만, 이 두 기술은 아직 같이 적용된 사례가 없다.<ref name="백서"></ref> | ||
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| + | * '''부상 시스템''' : 부상 시스템만을 고려할 경우, 자기부상 기술에서는 현재 최초에 제안된 공기 부양(air bearing) 방식이 선호되고 있다. 자기부상 기술은 철도 부문에서 많은 실험과 적용사례를 가지고 있다. 하지만 이러한 부상기술의 적용을 위해서는 고성능의 전자기력 또는 초저온 전자기력 등을 사용해야 하므로 하이퍼루프 시스템에 적용하기에는 상당한 비용부담이 된다. 비용 절감을 위해서 보다 저렴한 유도 트랙(induc track) 자기부상 기술이 개발되었는데, 이 기술은 궤도 내에서 영구 자석을 할박 배열(Hallbach Array)로 부착하여 외부 전원이 불필요하도록 한다. 하지만, 이 기술 역시 실험단계이다.<ref name="백서"></ref> | ||
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| + | ===기술적 준비단계=== | ||
| + | 하이퍼루프 시스템의 각 부분에 대한 기술 성숙도(TRL)를 기술적 준비가 낮은 단계부터 높은 단계까지 1~9단계로 구분하여 나타낸다. 선형 유도모터 추진 시스템은 기술 성숙도 5단계로, 선형 유도 모터는 저속 자기부상 열차 및 롤러코스터 등 유사 분야에서 상업적으로 30년 이상 사용했다. 따라서, 이 기술은 하이퍼루프 시스템의 운전환경에 적용사례가 없더라도 기술 성숙도 6단계까지도 가능한할 것이다. 회생 자기 제동기술은 기술 성숙도 2단계로, 철도와 트램에서는 전자기적 회생제동 시스템을 활용하여 적용하고 있지만, 이 두 교통수단에서는 모두 견인 모터(Tractive Motor)를 추진력으로 사용하고 있다. 따라서, 선형유도 모터(LIM)를 이용한 제동시스템은 아직 연구개발 단계이다. 기술 성숙도 2단계인 고속철도 시스템에 사용되는 공기 부양 시스템은 하이퍼루프의 부상 포드와 연관된 기능으로 적용된 사례가 없다. 산업계에서 유일하게 사용되고 있는 시스템은 윤활(Lubracation) 시스템에 대한 적용이며, 이러한 적용방식에서는 하이퍼루프 시스템보다 매우 광범위한 여러 가지 설계기준이 적용된다. 더욱이, 공기 부양 시스템은 주요 하이퍼루프 개발자들에게서 부상 장치로는 부적합한 것으로 판단되어 채택되지 않았다. | ||
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| + | 전형적인 자기부상 시스템은 기술 성숙도 6단계로, 거의 40년 이상 상업적으로 사용되어 왔다. 그러나, 이 시스템들은 전기동역학적 부상, 척력 맟 전자기적 부상, 인력 변형시스템을 사용한다. 운송 장치를 부상시키기 위해 영구자석의 할박 배열(Hallbach array)을 적용한 성공적인 상업적 투자사는 없다. 또한, 기술 성숙도 4단계인 여객 및 화물 포드 시스템은 축소모형 개발단계까지밖에 이르지 못했다. 적재물을 태우지 못하고 일부 기본적 시스템만 탑재한 축소모형으로도 목표속도인 시속 760마일에 한참 못 미치는 시속 58마일을 시험주행 했다. 기술 성숙도 2단계인 수중궤도 역시 건설사례가 없다. 비록 많은 제안서는 제출되었지만 부분 진공상태의 터널구조에서 그 내부에 시속 760마일의 속도로 포드가 이동하는 구조물을 수중에 가설하는 것은 기술적 난제이며, 이에 관한 예비(Preliminary)타당성 연구가 완료되지 않았다. 또한, 기술 성숙도 6단계인 지상 궤도 구조물의 부분 진공 튜브는 산업계에서 짧은 거리에 소규모 화물을 운송하는데 광범위하게 사용되지만, 하이퍼루프 시스템에서 요구하는 규모에 근접한 시험구조물은 건설사례가 없다. 이론적으로는 진공펌프, 용접 기밀 강재 튜브, 정확한 선형의 유지 및 지진 등과 같은 환경적 영향을 저감시키는 받침 장치 등 지상 궤도구조에 필요한 모든 부분은 이미 개발되었다. 다만 이러한 개별적 부품들을 종합적으로 운용하는 시험은 시행된 사례가 없다.<ref name="백서"></ref> | ||
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| + | ==현황== | ||
| + | ===국내=== | ||
| + | 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. 또한, 열차의 동체 흔들림을 제어해 진동을 잡아주는 능동식 전진제어기를 비롯한 진공튜브를 이용한 초고속 열차에 대한 특허기술도 다량으로 보유하고 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 전북 및 울산지역에서도 하이퍼루프 기술에 대해 투자를 하고 있어서 좋은 전망을 보인다.<ref name="진공"></ref> | ||
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| + | 한국의 여러 기업들도 하이퍼루프를 개발중이다. [[현대로템㈜]](Hyundai Rotem)은 국가연구개발 사업의 일환으로 2013년에 도시형 자기부상열차 개발을 완료했다. 2014년 9월부터 인천국제공항에서 용유 역까지 약 6.1km 구간을 운행 중이다. 100% 자체 기술로 개발했으며, 세계에서 두 번째로 상용화된 자기부상열차이다. [[엘에스일렉트릭]](LS ELECTRIC)은 저압, 고압, 초고압 기기, 배전반 등 전력 송배전 관련 기기와 시스템 전문기업이다. 하이퍼루프는 전력소비량이 많고 태양광 에너지의 효율적 활동 등 전력인프라 부문의 역량이 중요하기 때문에, 전자 제조 서비스(EMS) 부문의 신재생에너지 발전사업개발 등 스마트 에너지사업도 영위하고 있다. 또한, [[포스코아이씨티]](POSCO ICT)는 철도 분야의 핵심인 전기기계(E&M)와 사후 서비스를 제공한다. 고속철을 비롯해 지하철, 경전철의 신호, 통신, 전기, 역무 자동화 등 철도 전 부문에 걸쳐 설계 및 구축능력을 보유한 회사이다. [[대아티아이㈜]]([DAEA TI)는 철도 신호제어시스템 전문기업이다. 신호제어 핵심기술 중 하나인 중앙집중제어 솔루션을 독자 개발하여 일괄통제 시스템을 구축했으며, 열차안전운행에 필수적인 자동열차 방호 시스템과 전자연동장치 등 철도 신호제어 전 분야에 걸쳐 제품군을 갖추고 있다. 건식 진공펌프를 주력으로 플라스마 장비 등을 생산하는 회사인 [[㈜엘오티베큠]](LOT VACUUM)의 진공펌프는 주로 반도체, 디스플레이, 태양광, 셀 제조과정에 필수적인 장비이다. 2002년 세계최초의 진공펌프 회사인 독일 라이볼트베큠사의 건식진공 펌프사업부문을 인수하면서 본격적으로 진공펌프 사업에 진출했다.<ref name="비틀">이지훈 외 5명, 〈[http://www.kofia.or.kr/brd/m_186/view.do?seq=87&srchFr=&srchTo=&srchWord=&srchTp=&multi_itm_seq=0&itm_seq_1=0&itm_seq_2=0&company_cd=&company_nm=&page=1 T.W.I.S.T - 비틀어 보기]〉, 《에스케이증권㈜》, 2018-11-29</ref> | ||
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| + | ===국외=== | ||
| + | 하이퍼루프용 소규모 테스트 코스가 [[미국]] 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. 또한, [[중국]] 국영기업 가운데 하나인 중국항공우주과학기술공사(CASIC)는 초음속 열차를 개발하기 위한 3단계 로드맵을 제시했다. 이는 관영 CCTV 및 중국 뉴스 서비스(CNS)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. | ||
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| + | [[두바이]]는 [[아랍에미리트]] 아부다비와 두바이 구간의 하이퍼루프를 건설하고 있다. 아부다비 간 직선거리는 160km 정도이다. 차로 2시간 정도 거리인데, 하이퍼루프를 이용하면 가속과 감속에 걸리는 시간을 고려해도 대략 12분 정도면 가능할 것이다. 이 구간 개통에 성공하면 앞으로 하이퍼루프를 아라비아반도 전체로 확장하는 방안도 검토 중이다. 두바이에 건설될 하이퍼루프는 긴 기차 형태가 아닌 포드(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 것이다.<ref name="진공"></ref> 이외에도, 경제적인 측면에서 두바이의 하이퍼루프가 현실화 한다면 차로 최소 6시간이나 걸리는 [[샌프란시스코]]에서 [[로스앤젤레스]] 구간 이동 시간이 10분의 1 이하로 줄어든다. 제작 비용도 여객 전용이면 60억 달러, 여객과 화물 운송 시스템을 함께 구축하면 75억 달러 밖에 소요되지 않아 캘리포니아 주가 도입하려 하고 있는 고속철보다 경제적이다.<ref name="학박"></ref> | ||
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| + | ; 버진하이퍼루프원 | ||
| + | [[버진하이퍼루프원]](Virgin Hyperloop One)은 영국의 [[버진그룹]]과 아랍에미리트(UAE) 국영 항만 운영사인 [[DP 월드]]가 추진하고 있는 하이퍼루프 프로젝트이자 하이퍼루프 운송 기업이다. 초기 DP 월드가 추진하던 하이퍼루프 원은 2016년 미국 [[라스베이거스]] 네바다 사막에서 시험 운영에 성공했고 2017년 영국 버진그룹에 인수되면서 대대적인 투자를 진행했다. 제24회 세계에너지총회에서 실물 열차가 전시된 적 있는 버진하이퍼루프원은 지름 약 3.5m인 원통 튜브로 최대 승객 28명을 태우고 최고 시속 1,200km로 달린다. 일반 여객기가 시속 900km인 점을 고려하면 엄청난 속도이다. 보통 승용차로 2시간 걸리는 아부다비와 두바이를 12분 만에 갈 수 있다.<ref name="처음"></ref> | ||
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| + | 또한, 네트워크를 기반으로 발 빠른 사업화를 추진했다. 100개 이상의 투자기관이 참여하고 있는 하이퍼루프원은 스페이스엑스 출신의 세르빈 피세바르와 브로간 맘브로간이 이끌고있다. 창립 직후인 2015년 2월 [[로스앤젤레스]]에서 라스베이거스 사이에 하이프루프를 건설한다는 계획을 발표했다. 최초의 공개 테스트를 성공시켰고, 스웨덴 스톡홀름과 핀란드 헬싱키 연결 프로젝트를 공개했다. 러시아 푸틴 대통령과 교통부 관계자 등 모스크바 중심의 하이퍼루프 [[네트워크]] 구축과 함께 극동 지역 프로젝트를 활발히 전개한다.<ref name="비브">하이퍼루프, 2020년 안에 실현된다 백서 - https://www.posri.re.kr/files/file_pdf/63/14283/63_14283_file_pdf_1474864432.pdf</ref> | ||
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| + | ; HTT | ||
| + | 미국의 [[HTT]](에이치티티)는 퀸테로 원이라는 하이퍼루프 프로젝트를 추진했다. 2018년 초고속 진공 열차 모델을 공개한 적 있는 이 열차는 여객기보다 빠른 최고 시속 1,300km까지 주행할 수 있고 서울에서 부산까지 단 15분 만에 갈 수 있다. 퀸테로 원은 2019년 [[프랑스]]에서 [[유럽]] 첫 하이퍼루프 열차 시험 운행 트랙을 완공한 적 있다. 2020년에는 프랑스 툴루즈에서 시험 운행을 할 예정이다.<ref name="처음"></ref> | ||
| + | |||
| + | 일론 머스크가 제시한 비전과 방법을 기반으로 출발했고, 일론 머스크의 오픈소스화 철학에 맞게 회사 소속 직원을 최소화하여 운영하고 스톡옵션을 기초로 프리랜서 형태의 프로젝트 참여자를 모집하여 개별 프로젝트 중심으로 운영하는 다양한 사람과 기업의 참여 유도를 통해 사람들의 생각과 사회적 여건을 조성하는 데 초점을 두었다. 또, 슬로바키아의 c2i사와 협업하여 강철보다 10배 강하고 무게는 알루미늄의 1.5배 적은 비브라늄이라는 신소재를 개발했다. 이 비브라늄을 이용해 열차를 가볍고 튼튼하게 지어 승객 안전을 최우선으로 보호한다.<ref name="비브"></ref> | ||
| + | |||
| + | ; 트랜스포드 | ||
| + | 캐나다의 [[트랜스포드]](TransPod)가 추진하는 하이퍼루프는 프랑스에서 트랙 개발 작업을 진행 중이다. 네덜란드 스키폴그룹도 하이퍼루프 개발 회사 하르트와 협력 관계를 구축하고 암스테르담에서 독일 프랑크푸르트까지 450km를 하이퍼루프로 연결할 계획이다. 2019년 7월에는 인도 정부가 하이퍼루프 건설을 승인했다. 뭄바이와 푸네를 연결하는 이 프로젝트는 2021년 시범 노선을 건설하고 2024년 상용화할 계획이다.<ref name="처음">심용운 SK이노베이션 딥체인지 수석연구원, 〈[https://magazine.hankyung.com/business/article/2020021001263000531 차세대 미래 운송 수단으로 떠오른 ‘하이퍼루프’]〉, 《한국경제매거진》, 2020-02-12</ref> | ||
== 문제점== | == 문제점== | ||
| − | + | ===비용=== | |
| − | + | 고속철도 건설에 이미 막대한 비용을 투자한 국가에서 하이퍼루프 건설을 추진할 경우에는, 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. 또한, 교통 부분에서는 속도가 빠르거나 도착하는데 드는 속도가 줄어들수록 비용이 많이 필요하다.<ref name="진공"></ref> | |
| − | + | ||
| − | + | ===기술적 문제=== | |
| − | + | 하이퍼루프의 캡슐은 대기압의 1/1,000 정도의 부분 진공 튜브 내를 운행한다. 이 상황은 튜브 내의 공기는 무시할 만한 수준처럼 보이나, 튜브 안의 캡슐이 시속 760마일로 이동할 때는 대단히 중요한 문제가 된다. 튜브 내에서 캡슐과 공기 사이의 마찰력으로 인해 발생하는 열은 상당히 커서 캡슐 자체뿐만 아니라 연관 장치들의 손상을 야기할 수 있다. 이러한 부작용은 튜브 내부가 부분 진공 상태이기 때문에 더 악화하는데, 그 이유는 발생한 열이 캡슐 외부로 전달이 되지 않고, 보다 효율이 떨어지는 복사열(radiation) 형태도 밖에 전이되지 않기 때문이다. 하이퍼루프는 자연재해에 대해 취약하기 때문에 하이퍼루프 궤도를 지지하는 교각 구조물은 지진을 저항하도록 가설되며, 상당 규모의 지진 발생 시 하이퍼루프 캡슐은 강제적으로 기계적 긴급 제동시스템을 원격으로 작동시켜야 한다. 또한, 궤도의 신축 이음 장치는 온도에 의한 팽창에 의해 예전부터 대형 구조물의 문제점이었다. 일론 머스크의 백서에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 슬립 이음(slip joint)을 고려하고 있지만, 많은 기술적 문제점들이 상존하고 있다. 강재로 가설되는 궤도가 샌프란시스코에서 로스앤젤레스까지 가설된다면, 일반적인 강재의 열팽창계수를 적용하고 온도변화 범위를 0도에서 40도로 설정하면 궤도에 발생하는 온도변화에 의한 팽창 길이는 300m에 달하게 된다. 슬립 이음부를 정거장에 설치할 수도 있을 것이다. 이는 신축 이음부와 정거장이 300m에 달하는 길이를 가동이 가능하게 해야 한다는 의미이다. | |
| − | + | ||
| − | + | 다른 대안으로 예를 들면, 이러한 가동 여유 지점의 점진적 방법이다. 이는 10m 간격으로 분산시키는 방법이지만, 전체 궤도에 6,000개소의 신축 이음 장치와 기밀 유지 실링(sealing) 처리부가 생기게 되어 시스템 내에 너무 많은 파괴 가능 지점이 발생하게 된다. 튜브의 상면과 하면의 온도 차이로 인한 좌굴응력에 의한 문제가 있다. 일조량이 많은 지역에서 하이퍼루프가 가설되면 튜브의 상면은 튜브의 하면보다 팽창량이 크게 된다. 이 현상은 튜브의 단면 형상을 원형에서 버섯 모양으로 변형시키게 된다. 이 현상은 튜브 자체의 구조적 균질성에 영향을 미칠 뿐 아니라, 포드의 부드러운 이동을 가능하게 하는 내부 장치들에도 영향을 미쳐서 포드와 튜브 간의 접촉을 발생시킬 수도 있다. 하이퍼루프 시스템의 또 다른 중요 이슈는 속도와 크기 문제이다. 이 하이퍼루프 기술에 대해 모든 필요기능을 시험하여 안전성을 검증하기 위해서는 시험체를 어떻게 제작해야 하는지 불분명하다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 것이 스페이스엑스(SpaceX)가 주최한 포드 경쟁 공모이다. 하지만, 1~5마일의 시험 트랙은 실재 하이퍼루프에서 발생할 수 있는 모든 문제점을 보여주지 못했다. 이에, 한 가지 대안으로 HTT에서 제안한 화물전용의 실물 상업 노선 시스템의 건설이다. 이러한 시스템에서는 모든 시스템 성능을 시험하고 최적화를 시행하여, 자료입수 등을 위험에 노출되지 않는 상태에서 확보가 가능하다. 이 시스템이 최고속도에 도달하고 감속하기 위해서는 23.61마일이 필요하고 부드러운 운행을 보장하기 위해서는 74.56마일이 필요하다.<ref name="백서">김인섭, 〈[https://www.kaia.re.kr/portal/reports/view.do?menuNo=200329&seqno=3845 하이퍼루프 : 개념, 기술 및 사업모델]〉, 《국토교통과학기술진흥원》, 2018-10-23</ref> | |
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| − | + | ;열차의 제어와 튜브 파손 | |
| − | 고속철도 건설에 이미 막대한 비용을 투자한 국가에서 하이퍼루프 건설을 추진할 | + | 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. 또한, 사고나 테러 및 자연재해로 인해 구조물의 일부가 파손되거나 붕괴하여 아예 구간이 무너져 버린 경우라면 쉽게 알 수 있다. 만약, 튜브의 일부가 우그러들거나 부속품 등이 튜브 내부에 떨어지거나 할 경우에는 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. 또한, 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. 앞차에 사고가 발생할 확률도 고려해야 한다. 많은 회사가 추측하는 바로는 많은 양을 붙여서 가지는 못하고 소규모로의 이동만 선택할 것이다. 매우 빠른 속도로 이동하기 때문에 다이어를 충분하게 잡아야 할 필요가 있다.<ref name="진공"></ref> |
| − | + | ||
| − | 하이퍼루프의 캡슐은 대기압의 1/1,000 정도의 부분 진공 튜브 내를 운행한다. 이 상황은 튜브 내의 공기는 무시할 만한 수준처럼 보이나, 튜브 안의 캡슐이 시속 760마일로 이동할 때는 대단히 중요한 문제가 된다. 튜브 내에서 캡슐과 공기 사이의 마찰력으로 인해 발생하는 열은 상당히 커서 캡슐 자체뿐만 아니라 연관 장치들의 손상을 야기할 수 있다. 이러한 부작용은 튜브 내부가 부분 진공 상태이기 때문에 더 악화하는데, 그 이유는 발생한 열이 캡슐 외부로 전달이 되지 않고, 보다 효율이 떨어지는 복사열(radiation) 형태도 밖에 전이되지 않기 때문이다. | + | ===안전 문제=== |
| − | + | 제안된 하이퍼루프 시스템은 평균적으로 2분에 한 대의 포드가 출발하게 되어 있고, 첨두시간대에는 이 간격이 30초로 단축되는데, 이러한 의미는 최대 70대의 포드가 샌프란시스코~로스앤젤레스 간 노선에 동시에 존재하게 된다는 것을 의미한다. 하지만, 1대의 캡슐이 정지할 필요가 생기고 그 뒤 캡슐의 제동장치가 고장이 발생할 경우에는, 이들 캡슐이 최대속도에서 2분 동안에 23마일을 주파하기 때문에 대단히 심각한 안전성 문제가 발생하게 된다. 하이퍼루프의 캡슐 감압으로, 승객들은 하이퍼루프의 사고 또는 고장 발생 시 안전모니터링 시스템에 의해 재 가압이 이루어지지 않으면 객차 내의 감압 위험성에도 직면하게 된다. 하지만, 이 캡슐은 지표면 위에서 운행되기 때문에 비상 가압은 즉시 밸브개방 등으로 확보할 수 있다. 튜브의 압력은 지표상의 압력에 비해 1,000배 정도로 커서 일반적 상업 항공기보다 오히려 우주 공간 환경과 유사하다. 따라서 이러한 감압으로 인한 심각한 저산소증과 트라우마를 피하려면, 공군 조종사들이 사용하는 비상조치들로는 부족하다. 또한, 제안된 샌프란시스코에서 로스앤젤리스 노선은 많은 지진과 소규모 지반 활동이 예상되는 지역이므로, 교각을 비롯한 기반시설물들은 이에 대비한 설계가 수행되어야 한다. 전체 튜브 시스템에 대해 교각에 댐퍼를 설치하여 진동하중과 소규모 온도신축에 대비한다고 하지만, 이러한 댐퍼는 타당치 않은 것으로 파악되고 있다. 다른 우려로는 트랙 기반시설물에 대한 풍하중 영향이다, 지상 100ft 이상의 구조물들은 다양한 풍하중을 받게 되는데 이는 예측 불가능하고 방향성이 없다. 궤도는 원칙적으로 수백 마일에 걸쳐진 대형구조물로서 돛과 같은 역할을 한다. 이러한 문제는 실린더 구조에 작용하는 공기 흐름 문제와 유사하며, 아직까지 구현된 사례가 없다.<ref name="백서"></ref> | |
| − | 하이퍼루프 궤도를 지지하는 교각 구조물은 지진을 저항하도록 | + | |
| − | + | ;승객 피로 및 응급상황 대비 | |
| − | 온도에 의한 | + | 열차의 특성상 창문이 없기 때문에 승객들이 여행 내내 폐소공포증을 호소할 수 있으며 비상 정차를 한다고 해도 열차에서 내릴 수가 없어서 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.<ref name="진공"></ref> |
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| + | ==평가== | ||
| + | ===하이퍼 튜브 기술=== | ||
| + | 하이퍼 튜브 기술을 개발하는 데 있어서 튜브, 전력 등의 인프라 및 차량 개발과 함께, 초고속 무선데이터통신과 지능형 [[사물인터넷]](IOT) 기술이 다음의 관점에서 볼 때 조기에 개발착수 해야 한다. 하이퍼루프는 대기 공기압으로부터 밀폐되어 아진공상태를 유지하는 튜브 내에서 차량이 평균 시속 1,000Km/h로 주행하는 관계로 튜브가 도파관(waveguide) 역할을 하게 되어 전파손실이 자유공간보다 작게 되고 높은 도플러 주파수 편이가 일어나는 등 특수한 환경에 놓이게 되어 사용되고 있는 4G 이동통신과 500Km/h 이동속도에 최적화되어 있는 5G 이동통신을 그대로 적용할 수 없으므로, 1.6kHz 이상의 도플러 주파수 천이 문제를 극복할 수 있는 새로운 무선전송기술이 조기에 개발되어야 한다. 또한, 하이퍼루프 차량에 탑재되는 무선통신 안테나의 구조는 차량구조에 영향을 받게 되므로 차량 구조설계 단계에서부터 무선통신 장치 기술은 병행 개발 추진되어야 한다. 하이퍼루프는 초고속 이동성 확보로, 철도 및 도로교통 터널보다 훨씬 작은 지름 2~3m의 튜브 내에서 차량이 초고속으로 이동할 때 끊김이 없는 무선통신서비스를 제공할 수 있도록 통신의 이동성을 보장할 수 있는 선형 셀 구조 및 통신시스템 구조가 튜브 인프라에 최적인 형태로 개발해야 한다.<ref name="김박">김영일 박사, 〈[http://www.pmnews.co.kr/69854 “하이퍼루프” 조기 개발을 위한 제언]〉, 《국토매일》, 2018-10-23</ref> | ||
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| + | ;다양한 관점 | ||
| + | 승객의 관점에서 하이퍼루프는 일반철도나 항공과 달리 밀폐된 공간에서 일정 시간 이동을 하는 만큼 폐소공포증을 일으킬 수 있을 뿐 아니라, 차 사고 시 탈출 방법 및 비행기의 경우보다 어려울 수 있으므로, 차량 내 30여 명 정도의 승객이 외부세계와 HD급 이상의 데이터 전송속도로 통신할 수 있을 정도로 초고속 무선전송기술이 필요하게 된다. 또한, 아진공의 밀폐된 공간에서 승객이 생존해야 하는 만큼, 차량 내 산소 및 이산화탄소 농도, 무구속 및 무자각 방식으로 획득한 승객의 생체신호 등을 실시간으로 분석하여 차량 환경의 안전 여부 및 승객의 건강 상태를 실시간으로 판단하고 외부세계로 전달해야 하는 만큼 무선통신기술을 튜브 인프라와 차량개발 동시에 개발 추진해야 한다. 화물의 관점에서는 승객보다 화물 수송에 우선 적용된다. 화물의 경우에는, 운송 중에 겪게 되는 온도 및 진동 등 외부 환경변화로 품질이 영향을 받을 수 있어 운송과정의 정시성을 위해 항상 운송경로와 환경을 감시해야 하므로, 사물인터넷 감지기술과 획득한 데이터를 무선방식으로 외부로 전송하는 기술이 초고속 무선통신기술과 연계되어 개발해야 한다. 특히 4차 산업혁명 시대에서는 스마트 팩토리 및 스마트 물류기술의 고도화를 위해서 물리 인터넷기술(Physical Internet)이 하이퍼루프에 도입될 것이며, 이를 위한 무선통신기술을 도입해야 한다. | ||
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| + | 차량 안전 관점에서 하이퍼루프 운행 시에 차량 및 인프라의 고장이 발생하는 경우에는, 원격지 제어센터에서 원격으로 유지보수를 하거나 차량과의 협력에 의한 온라인 점검 및 자율적 유지보수를 수행해야 한다. 차량 및 인프라의 안전을 위해서 가상물리시스템(CPS) 기술을 적용해야 하고, 이를 위해서는 무선종단 간 전달지연이 거의 없는 실시간 고속 무선전송기술을 확보해야 한다. 또한, 자율운행 관점으로 하이퍼루프는 높은 주행 속도로 인해 사람의 오감에 의한 제어가 불가함으로 기장이 없이 무인으로 운행되는 시스템기술을 적용해야 하므로, 차량의 주행 위치 정보와 주행상황을 인식해서 자율적으로 주행하는 지능형 사물인터넷 기술이 필수적이며, 이를 위한 제어데이터를 전달지연 없이 차량과 외부의 제어센터 간에 실시간으로 교환돼야 한다.<ref name="김박"></ref> | ||
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| + | ===자원 상황=== | ||
| + | 국제 석유 전문가들은 2012년을 기준으로 5년을 전후해 전 세계 석유 생산량이 석유생산정점에 도달할 것으로 전망하고 있다. 즉 2018년 이미 석유생산정점에 도달해 생산량이 감소하기 시작했다고 볼 수 있다. 이는 석유 생산의 불확실성이 증가함을 의미하므로, 석유를 주요 추진동력원으로 사용하는 항공기와 선박 운영에 문제가 발생할 수 있으니 이를 대비하기 위한 석유 전략 수립이 필요하다. 거론되고 있는 차세대 주요 에너지원에는 원자력, 핵융합에너지를 꼽고 있다. 물론 태양열, 풍력, 조력, 수소에너지, 바이오 연료 등의 신재생 에너지도 있다. 그러나 수소와 바이오를 제외한 대부분은 최종적으로 얻을 수 있는 에너지는 전기에너지이다. 그 간 석유로 운용되던 항공기와 선박을 전기 에너지로 운용하기 위해서는 대용량 소형 배터리를 개발하거나 석유 이외의 액체연료를 개발해야 한다. 그러나 배터리로 항공기와 선박을 운용하기는 쉽지 않다. 따라서 석유 문제가 심각한 상황으로 전개될 경우, 대륙 간 또는 국가 간 장거리 이동을 할 수 있는 것은 철도이다. 그러나 이 철도의 속도는 반드시 300km/h를 능가해야 하는 전제조건이 붙을 수 있다. 따라서 이미 한국 철도가 달성한 300km/h를 훨씬 능가하고, 항공기 속도에 버금가는 초고속열차를 개발할 필요성이 있다.<ref name="진공"></ref> | ||
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| + | ===국제 상황=== | ||
| + | 세계는 미국의 신자유주의 경제라고 하는 화약고가 마침내 폭발하면서 글로벌금융위기와 실물경제의 급랭, 그리고 신용대란의 불안감이 널리 팽배하고 있다. 거기에 한반도는 옛 대한 제국과의 상황과 비슷하게 주요 열강들 사이에 둘러싸여 있는 상황이다. 특히 [[북한]]의 핵 문제는 주요 6자 회담 당사국들이 계속 협상을 진행할 정도로 북한을 어떻게 다룰 것인가 하는 문제가 다루어지고 있다. 이를 해결하기 위해, 우리는 이러한 열강들을 스스로 불러들여서 한반도를 열강들 경쟁의 장으로 제공함으로써, 오히려 많은 이득과 부가가치를 창출하여 우리 국가를 강력한 슈퍼 바우어로 만드는 전략이 필요하다. 이를 위해 열강을 우리 국토에 능동적으로 끌어들이기 위한 고속화된, 그리고 효율적인 교통 및 물류 인프라를 구축해야 한다. 일본은 오래전부터 대륙으로 진출하기 위한 노력을 끊임없이 기울여 왔다. 이미 일본은 지난 50여 년 전부터 한일 해저터널을 건설하기 위한 연구개발을 진행해 왔는데, 우리는 그들에 대한 민족 정서로 인해 소극적이었지만, 다행히도 정부 측에서 공식적으로 긍정적인 검토를 하기 위한 움직임을 하기 시작했다. 거기에 일본은 한중 간 교역량이 늘어나고 있는 사실이 그리 편하지 않기 때문에 우리가 그리 손해 볼 일은 아니다. | ||
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| + | 러시아는 대륙 국가로서 태평양에 진출하기 위한 희망과 더불어, 시베리아횡단철도(TSR)를 부산 및 일본까지 연결하기 위해 노력하고 있다. 시베리아횡단철도의 해결에 걸림돌이 되는 것은 북한인데, 그들의 남은 선택지는 남북교류밖에 없다는 사실을 잘 알고 있고, 남북철도 연결을 통해 얻어지는 이득으로 스스로 현대화해야 한다는 유훈이 있으므로, 우리 쪽으로 끌어들이기 위한 정책을 적극적으로 펼쳐야 한다. 러시아의 한반도 진출은, 넓게 보면 유라시아가 세계의 중심으로 변신하는 것을 의미할 수도 있다. 그러므로 유럽이 절대 간과하고 있지 않을 것이다. 중국이나 러시아를 통하든 반드시 동북아시아에 진출을 시도하지 않을 수 없을 것이다. 물론 동남아시아 국가들과 인도도 가만히 있지는 않을 것이다. 즉 열강의 한반도 유인은 성공적으로 이루어질 수밖에 없다. 그러나 석유 문제로 인해 항공 분야에 혼선이 야기될 수 있는 2020~2030년대의 상황에 적절히 대처하기 위해서도 철도가 항공기 속도에 버금갈 정도로 고속화가 되어야 한다는 사실이 힘이 얻게 된다. 동북아가 단일 경제권역을 뛰어넘어 일일생활권이 되기 위해서는 한중, 한일 해저터널이 심심치 않게 언급이 되고 있는데, 이들의 거리는 375km, 230km로서 고속열차로 운행한다고 해도 1시간이 넘게 걸린다. 이는 1시간 넘게 바다에서 지내야 하는 심리적인 불안감을 초래해, 해저터널 이용객 수의 감소를 불러올 수 있다. 따라서 수 십분 이내에 이동할 수 있도록 철도의 초고속화는 이루어져야 한다.<ref name="진공"></ref> | ||
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* 곽노필 선임기자, 〈[http://www.hani.co.kr/arti/science/future/941189.html 비행기보다 빠른 열차는 언제 나올까?]〉, 《한겨레》, 2020-04-20 | * 곽노필 선임기자, 〈[http://www.hani.co.kr/arti/science/future/941189.html 비행기보다 빠른 열차는 언제 나올까?]〉, 《한겨레》, 2020-04-20 | ||
* 배진용 동신대학교(전기차제어) 교수, 〈[http://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=94807 하이퍼루프 시대가 펼쳐진다]〉, 《테크월드뉴스》, 2020-03-17 | * 배진용 동신대학교(전기차제어) 교수, 〈[http://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=94807 하이퍼루프 시대가 펼쳐진다]〉, 《테크월드뉴스》, 2020-03-17 | ||
| − | * 하이퍼루프 : 개념, 기술 및 사업모델 백서 - https://www. | + | * 김인섭, 〈[https://www.kaia.re.kr/portal/reports/view.do?menuNo=200329&seqno=3845 하이퍼루프 : 개념, 기술 및 사업모델]〉, 《국토교통과학기술진흥원》, 2018-10-23 |
| + | * 학생기자 박기찬, 〈[https://www.ksakosmos.com/post/%EB%B9%84%ED%96%89%EA%B8%B0%EB%B3%B4%EB%8B%A4-%EB%B9%A0%EB%A5%B8-%EC%97%B4%EC%B0%A8-%ED%95%98%EC%9D%B4%ED%8D%BC%EB%A3%A8%ED%94%84 비행기보다 빠른 열차, 하이퍼루프]〉, 《코스모스》, 2019-12-23 | ||
| + | * 심용운 SK이노베이션 딥체인지 수석연구원, 〈[https://magazine.hankyung.com/business/article/2020021001263000531 차세대 미래 운송 수단으로 떠오른 ‘하이퍼루프’]〉, 《한국경제매거진》, 2020-02-12 | ||
| + | * 하이퍼루프, 2020년 안에 실현된다 백서 - https://www.posri.re.kr/files/file_pdf/63/14283/63_14283_file_pdf_1474864432.pdf | ||
| + | * 김영일 박사, 〈[http://www.pmnews.co.kr/69854 “하이퍼루프” 조기 개발을 위한 제언]〉, 《국토매일》, 2018-10-23 | ||
| + | * Benjamin Stafford, 〈[https://matmatch.com/blog/materials-for-the-hyperloop/ Which Materials Are Making The Hyperloop Possible?]〉, 《매트매치》, 2018-11-15 | ||
| + | * 이지훈 외 5명, 〈[http://www.kofia.or.kr/brd/m_186/view.do?seq=87&srchFr=&srchTo=&srchWord=&srchTp=&multi_itm_seq=0&itm_seq_1=0&itm_seq_2=0&company_cd=&company_nm=&page=1 T.W.I.S.T - 비틀어 보기]〉, 《에스케이증권㈜》, 2018-11-29 | ||
| + | * YTN NEWS, 〈[https://www.youtube.com/watch?v=e_3BY7Sa8uM "서울-부산 16분"...음속 열차 첫 주행시험 성공 / YTN (Yes! Top News)]〉, 《유튜브》, 2016-05-13 | ||
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2023년 12월 19일 (화) 20:52 기준 최신판
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.
목차
개요[편집]
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 버진하이퍼루프원(Virgin Hyperloop One) 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.[1] 또한, 한국의 철도 역사상 2004년은 특별한 시기였으며, 그동안 비둘기호와 무궁화호 및 새마을호라는 열차를 대신해 한국고속철도(KTX)가 도입되는 시기였다. 그런 한국고속철도의 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.[2]
특징[편집]
하이퍼루프의 탄소 섬유는 항공기의 대부분은 알루미늄으로 만들어지지만 탄소 섬유와 같은 복합 재료는 점점 인기를 끌고 있다. 복합 재료는 가장 진보된 엔지니어링 재료중 일부를 포함하고 있고, 고강도 섬유를 폴리머 매트릭스에 첨가하면 인장 강도와 온도 저항과 같은 기계적 특성을 크게 향상시킬 수 있다. 포드용 비브라늄은 하이퍼루프 포드의 개발에서 HTT가 알루미늄보다 8배 강하고 강철보다 10배 더 강한 새로운 유형의 탄소 섬유 복합체를 개발했으며 온도, 안정성, 무결성 등에 관한 중요한 정보를 무선 및 즉시 전송한다. 또한, 강철보다 약 5배, 알루미늄보다 1.5배 적은 무게로 에너지 출력을 줄여 캡슐을 추진한다. 비브라늄이라는 이름의 소재는 마블의 가상 금속에서 영감을 받아 하이퍼루프 포드를 보호하기 위해 피부 타입 소재로 설계됐다. 포드는 두 개의 복합 재료 층 사이에 센서배열이 있는 외부용과 포드 내부의 경우 두 층의 비브라늄으로 구성된다. 이 센서는 포드의 안정성, 온도 및 무결성을 실시간으로 감지하여 승객의 안전을 극대화할 수 있다. 또한, 하이퍼루프용 튜브는 강하고 뻣뻣하여 내구성이 뛰어나며, 밀폐 되어야 한다. 튜브에 대한 예비 설계는 강철로 만들어지지만 콘크리트의 대체 튜브 설계도 고려된다. HTT의 하이퍼루프 시스템은 강철과 콘크리트로 만들어진 대형 튜브로 구성된다. 이 튜브는 주로 철탑에 지어질 것이고, 필요에 따라 일부는 지상과 지하 세그먼트에 지어질 것이다.[3]
원리[편집]
하이퍼루프는 자기장을 이용해 추진력을 얻고 바닥으로 공기를 분사해 마찰력을 줄인다. 여기에 필요한 전력은 튜브의 외벽을 감싼 태양광 패널로 얻는다. 하이퍼루프는 기본적으로 진공에 가까운 튜브에서 차량을 살짝 띄움으로써 구현한다. 공기 저항과 마찰 저항을 줄이는 방식이다. 이를 실현하기 위해 사용하는 기술이 바로 진공 자기부상열차 기술이다. 이는 튜브 속을 거의 진공에 가까운 상태로 유지하고, 자기력으로만 추진과 제동을 가능케 하는 기술이다. 하지만 이 기술을 구연하는 것은 어렵다. 하이퍼루프의 튜브 안은 경제적인 이유로 완전한 진공이 아닌 0.01기압으로 맞추어놓았다. 하지만 이렇게 되면 튜브 안에 공기가 존재하므로 고려해야 할 것이 많아진다. 그중 하나가 열차의 디자인이다. 열차의 디자인은 공기저항을 최대한 줄이기 위해서 공기역학적으로 설계되어야 한다. 또한, 경제적인 이유로 열차의 단면적과 튜브의 단면적은 거의 비슷해야 한다. 하지만 열차와 터널 사이의 간격이 너무 좁을 경우, 열차가 나아감에 따라 공기는 열차의 뒤로 흐르지 못하고 열차 앞에 계속 쌓여서 공기 기둥을 형성한다. 하지만 이러한 현상은 장기적으로 안전 문제와 더불어서 열차의 최고속력을 크게 저해한다. 즉, 이를 해결하기 위해서는 열차와 터널의 단면적의 비율을 잘 조정해야 한다. 이때, 해당 단면적의 비율에서 열차가 가질 수 있는 최대속도를 칸트로비츠 한계(Kantrowitz limit)라고 한다. 또한, 기술자들은 이 현상을 해결하기 위해 몇 가지 방법을 제시하였다. 그중 하나는 전기 압축기 팬(electric compressor fan)을 이용하여 열차의 앞에 쌓인 공기가 자연스럽게 뒤로 흐를 수 있도록 하는 것이다. 이 방법을 사용할 시, 전기 압축기 팬에서 나온 공기로 열차를 띄울 수 있다는 이점도 있다. 이러한 원리를 바탕으로 실제 크기의 하이퍼루프 테스트 열차가 제조되기도 했다. 네바다 사막에서 행해진 시험에서는 프로토타입 열차가 아닌 사람이 들어갈 수 있는 실제 크기의 테스트 열차로 약 0.45km의 시험주행 거리를 역대 최고 속도인 309km/h로 주파하는 데 성공했다. 이 실험 성공을 통해 하이퍼루프는 현실적인 레벨의 상용화에 한 단계 가까워졌다. 이처럼 좋은 실적도 있지만, 이것이 실용화되기 위해선 더 많은 부분이 연구돼야 할 필요가 있다.[4]
장단점[편집]
- 장점
하이퍼루프는 다양한 장점이 있다. 우선 빠른 속도이다. 최대 속도는 1,300km/h에 달해 음속(1,224km/h)보다 빠르다. 여객기 최고시속 1,040km보다 빠르며 현존하는 최고 속도 시속 603km인 일본 자기부상 고속열차의 2배이다. 이론적으론 마하 3까지도 가능하다. 장소의 제약도 덜 받는다. 공항보다 도시 진입이 쉽고 지하에 건설할 경우 도심의 교통 체증도 피할 수 있다. 또한, 공간 활용의 효율성으로 인해 비용의 가장 큰 비중을 차지하는 토목건설 비용도 획기적으로 줄일 수 있다. 방해물을 우회하기 쉬워 고속철도나 고속도로보다 터널 수가 적기 때문이다. 고속철도보다 건설비용이 적게는 5분의 1 에서 많게는 10분의 1까지 절감될 수 있다. 운용비용도 절감할 수 있다. 추진에 사용되는 외부 선형 모터(회전형 모터를 잘라 평면에 전개한 형태, 직선 방향의 구동력을 얻는 모터로 롤러코스터 등에 사용)를 지붕에 설치한 태양광 패널로 충전할 수 있다. 튜브가 또 하나의 태양광 발전소가 된다. 신재생에너지의 활용으로 환경문제는 물론 전기 재판매에 따라 투자횟수 기간을 크게 단축할 수 있다. 또한, 튜브가 열차를 감싸고 있어 급경사, 급커브에도 유연하게 대처할 수 있다.[5]
- 단점
하이퍼루프는 사고 발생 시 대형참사로 커질 가능성이 있으며, 밀폐된 튜브 안에서 운행하는 이동수단이기 때문에 탑승자에게 건강상의 이상이 생겼을 때도 문제가 생길 수 있다. 이 때문에 도착지까지 이동하는 동안 상황이 심각해질 수 있고, 그렇지 않은 경우에는 튜브를 철거해야 한다. 예를들어, 사고나 테러 및 관리불량 등으로 구조물의 일부가 파손되거나 붕괴할 경우 및 아예 구간이 무너져 버린 경우에는 쉽게 알수 있다. 하지만, 튜브의 일부가 우그러들거나 부속품 등이 튜브 내부에 떨어지는 등 튜브의 파손을 쉽게 알아챌 수 없는 경우에는 초고속으로 운행하는 열차가 그것에 부딪혀 대형 참사로 번질 수가 있다. 또한, 자기부상열차는 작은 불순물 정도는 넘어갈 수 있지만, 얇은 공기막 위를 날아다니는 하이퍼루프는 작은 파편도 치명적으로 작용할 수 있다.[4]
초고속튜브 자기부상열차[편집]
철도를 포함한 국내 제조업 분야는 이미 개발되고 입증된 해외 선진기술을 모방하거나 개선하고 있다. 국산화로 인한 수입 대체 효과 측면에서는 상당한 도움이 되고 있지만, 개발 결과에 대한 해외 진출 시 특허 등의 장벽에 부딪혀 불리한 경우가 많았고 원천 기술을 보유하지 못해 관련 국가에 많은 기술료를 지불해야 했으며, 세계무역기구(WTO) 제제 등의 장벽으로 인해 국내 활용도 극히 일부에 국한되는 문제점을 갖고 있다. 이를 해결하기 위해서는 시장주도자 전략으로 기술 개발 체제를 바꿀 필요성이 있다. 그러나 철도 분야에서 새로이 개발할 수 있는 시스템은 초고속 열차밖에 없다. 그 초고속열차 중 전 세계 중에서 처음 개발한다거나 입증이 되지 않은 새로운 시스템을 기준으로 할 때, 이에 부합하는 것이 바로 초고속튜브 자기부상열차이다.[6]
- 남북 철도 사업 대비
평창 올림픽을 계기로 한 대화 분위기가 이어지면서, 차후 남북 교류사업이 재개될 거란 전망이 커졌다. 이 교류 사업에는 남북 철도 연결사업도 포함된다. 한반도를 가로지르는 대표적인 철도 노선은 경부선과 경의선이다. 경부선은 441.7km, 그리고 경부고속선의 거리는 398.2km에 이르고 있으며, 경의선은 56.0km이다. 즉, 남한을 종단하는 철도의 거리는 고속선 경유로 해도 470km를 훌쩍 넘는 장거리이다. 북한의 경의선과 평의선 및 평부선의 거리도 411.3km로 경부선에 버금가는 장거리 노선이다. 남북을 종단하는 철도는 총 연장 890km에 육박하는 초장거리 구간이다. 만약, 이른 시일 내에 통일이 된다면, 경의선의 고속철도화와 북한 철도의 개량은 매우 필수적인 사업이 될 것이다. 그러나, 부산에서 신의주의 거리는 무려 890km에 이르러 직선화한다고 해도 약 3시간이 소요되고 있는 경부고속철도의 약 2배 이상이 소요된다. 남북 전체를 반나절 생활권으로 연결하려면, 기존 300km/h급 고속철도로는 분명 한계점에 봉착한다. 이에 대비하기 위해서는 직선화된 철도는 물론 비행기와 맞먹거나 능가하는 속도의 초고속철도가 필요하다. 따라서, 다가오는 통일 시대에 대비하기 위해서라도, 차후 대륙 연계를 위해서라도, 피크 오일 시대에 대응하기 위해서라도 초고속 튜브 열차의 개발이 필요하다.[6]
- 철차륜 철도
기본적으로 철차륜 철도는 마찰계수가 0에 수렴하는 철도 위에서 운행하는 것으로, 감가속력이 부족하고 고속 대역에 진입할 경우 차내 진동이 유발되는 등 안정성이 감소하는 물리적 한계가 있다. 그러나, 초고속 튜브 열차는 기본적으로 자기부상으로 운용되고, 터널 내 기압이 0에 수렴하는 진공이므로 철차륜 철도와 대비했을 때 감가속력을 충분히 확보할 수 있다. 아직 해결하지 못한 안정성은 숙제라고 할 수 있다. 또한, 기존 철차륜 고속철도는 고속 주행 시 외부로 소음이 많이 발생하여 소음공해라는 문제가 발생한다. 이는 연선 주민들의 불만과 민원의 원인이 되며, 이를 해결하기 위한 방음벽을 추가로 공사하거나 설계 단계에서부터 넣어야 한다. 자기부상을 동력으로 하며 거의 진공에 근접한 상태인 터널에서 운용되는 초고속 튜브 열차는 고속 주행 시 발생하는 소음이 철차륜 고속철도와 대비했을 때 적을 수밖에 없다. 초고속 튜브 열차는 빠른 속도로 운행하고, 거의 진공에 가까운 터널 안을 운행하기 때문에 자연스럽게 정차 역 숫자가 항공편 수준으로 줄어들 것이다. 이는 많은 정차역으로 인해 표정속도 저하가 되었던 기존 고속철도의 단점을 보완할 요소이다. 기존의 철차륜 고속철도로도 충분히 초고속주행이 가능하다는 생각이 있을지도 모르는 일이지만, 철차륜 고속철도 중에서는 지난 2007년 프랑스의 TGV가 최고시속 574.8km/h를 기록했었다. 이는 단 5량 편성의 시험 열차로 기록한 것으로서 철차륜 철도를 단시간 대량수송을 지향하는 초고속철도의 기술로서 도입할 근거로 활용하기에 어렵다. 그렇기 때문에 자기부상 진공 튜브 초고속열차가 기존 철차륜 고속철도보다 우위를 가진다.[6]
주요 기술[편집]
하위 시스템[편집]
하이퍼루프 시스템은 원형의 기반시설물, 수송 포드(pod), 포드 부상 시스템 및 추진, 제동 시스템 등으로 구성된다. 하이퍼루프 산업 투자사들은 화물 포드 개발에 집중하고 있고, 그 이후에 여객 포드를 개발한다. 포드 모델의 크기는 여행의 형태와 그 목적에 따라 크기가 변한다. 하이퍼루프의 기반시설물은 폐쇄 형태의 노선을 부분 진공상태로 운행하게 되며, 포드의 정거장 진입 및 가압을 위한 소규모 분기점(outlet)이 설치된다. 이 하이퍼루프 궤도 기반시설에는 2가지 방식이 제안되고 있다. 그 첫 번째인 수중 궤도구조는 터널 내부의 공기로 인한 부력으로 지지구조물의 하중을 경감시키는 작용을 하게 된다. 그러나 현행 수중 터널은 내부의 낮은 압력을 견디지 못하는데, 이는 터널 주위의 수압으로 인한 응력을 더 악화하는 작용을 한다. 이러한 이유로 인하여 비(非) 수중 구조설계 형태를 개념설계 단계를 넘어 구체화하고 있다. 두 번째는 지상 지지 터널 구조물로서, 보다 현실적 해결방안이다. 부분 진공 튜브구조는 교각과 받침구조에 의해 지지가 되며 이러한 구조는 지진에 의해 야기되는 동적 거동에 대해서도 효율적으로 저항한다. 이러한 튜브구조는 다수의 신축이음이 설치되어 강재구조의 열팽창에 대응하도록 한다.[7]
- 추진 시스템 : 하이퍼루프의 개념설계에서는 선형 유도 모터 기술을 일차적인 추진동력으로 계획했다. 선형유도 모터는 회전운동을 유발하는 전기유도 모터로서 지난 30년 동안 다양한 분야에서 사용되어왔으며 자기부상 열차에서도 일부 개념이 적용됐다. 이 시스템은 물리적 접촉이 없다는 점, 초기 부상력의 제공, 조작의 용이성 등으로 인해 하이퍼루프 추진방식으로는 최적인 것으로 여겨졌다. 또한 하이퍼루프의 개념설계에서는 이러한 선형유도 모터의 보완기술로서 회생제동 시스템의 적용을 고려하고 있지만, 이 두 기술은 아직 같이 적용된 사례가 없다.[7]
- 부상 시스템 : 부상 시스템만을 고려할 경우, 자기부상 기술에서는 현재 최초에 제안된 공기 부양(air bearing) 방식이 선호되고 있다. 자기부상 기술은 철도 부문에서 많은 실험과 적용사례를 가지고 있다. 하지만 이러한 부상기술의 적용을 위해서는 고성능의 전자기력 또는 초저온 전자기력 등을 사용해야 하므로 하이퍼루프 시스템에 적용하기에는 상당한 비용부담이 된다. 비용 절감을 위해서 보다 저렴한 유도 트랙(induc track) 자기부상 기술이 개발되었는데, 이 기술은 궤도 내에서 영구 자석을 할박 배열(Hallbach Array)로 부착하여 외부 전원이 불필요하도록 한다. 하지만, 이 기술 역시 실험단계이다.[7]
기술적 준비단계[편집]
하이퍼루프 시스템의 각 부분에 대한 기술 성숙도(TRL)를 기술적 준비가 낮은 단계부터 높은 단계까지 1~9단계로 구분하여 나타낸다. 선형 유도모터 추진 시스템은 기술 성숙도 5단계로, 선형 유도 모터는 저속 자기부상 열차 및 롤러코스터 등 유사 분야에서 상업적으로 30년 이상 사용했다. 따라서, 이 기술은 하이퍼루프 시스템의 운전환경에 적용사례가 없더라도 기술 성숙도 6단계까지도 가능한할 것이다. 회생 자기 제동기술은 기술 성숙도 2단계로, 철도와 트램에서는 전자기적 회생제동 시스템을 활용하여 적용하고 있지만, 이 두 교통수단에서는 모두 견인 모터(Tractive Motor)를 추진력으로 사용하고 있다. 따라서, 선형유도 모터(LIM)를 이용한 제동시스템은 아직 연구개발 단계이다. 기술 성숙도 2단계인 고속철도 시스템에 사용되는 공기 부양 시스템은 하이퍼루프의 부상 포드와 연관된 기능으로 적용된 사례가 없다. 산업계에서 유일하게 사용되고 있는 시스템은 윤활(Lubracation) 시스템에 대한 적용이며, 이러한 적용방식에서는 하이퍼루프 시스템보다 매우 광범위한 여러 가지 설계기준이 적용된다. 더욱이, 공기 부양 시스템은 주요 하이퍼루프 개발자들에게서 부상 장치로는 부적합한 것으로 판단되어 채택되지 않았다.
전형적인 자기부상 시스템은 기술 성숙도 6단계로, 거의 40년 이상 상업적으로 사용되어 왔다. 그러나, 이 시스템들은 전기동역학적 부상, 척력 맟 전자기적 부상, 인력 변형시스템을 사용한다. 운송 장치를 부상시키기 위해 영구자석의 할박 배열(Hallbach array)을 적용한 성공적인 상업적 투자사는 없다. 또한, 기술 성숙도 4단계인 여객 및 화물 포드 시스템은 축소모형 개발단계까지밖에 이르지 못했다. 적재물을 태우지 못하고 일부 기본적 시스템만 탑재한 축소모형으로도 목표속도인 시속 760마일에 한참 못 미치는 시속 58마일을 시험주행 했다. 기술 성숙도 2단계인 수중궤도 역시 건설사례가 없다. 비록 많은 제안서는 제출되었지만 부분 진공상태의 터널구조에서 그 내부에 시속 760마일의 속도로 포드가 이동하는 구조물을 수중에 가설하는 것은 기술적 난제이며, 이에 관한 예비(Preliminary)타당성 연구가 완료되지 않았다. 또한, 기술 성숙도 6단계인 지상 궤도 구조물의 부분 진공 튜브는 산업계에서 짧은 거리에 소규모 화물을 운송하는데 광범위하게 사용되지만, 하이퍼루프 시스템에서 요구하는 규모에 근접한 시험구조물은 건설사례가 없다. 이론적으로는 진공펌프, 용접 기밀 강재 튜브, 정확한 선형의 유지 및 지진 등과 같은 환경적 영향을 저감시키는 받침 장치 등 지상 궤도구조에 필요한 모든 부분은 이미 개발되었다. 다만 이러한 개별적 부품들을 종합적으로 운용하는 시험은 시행된 사례가 없다.[7]
현황[편집]
국내[편집]
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. 또한, 열차의 동체 흔들림을 제어해 진동을 잡아주는 능동식 전진제어기를 비롯한 진공튜브를 이용한 초고속 열차에 대한 특허기술도 다량으로 보유하고 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 전북 및 울산지역에서도 하이퍼루프 기술에 대해 투자를 하고 있어서 좋은 전망을 보인다.[6]
한국의 여러 기업들도 하이퍼루프를 개발중이다. 현대로템㈜(Hyundai Rotem)은 국가연구개발 사업의 일환으로 2013년에 도시형 자기부상열차 개발을 완료했다. 2014년 9월부터 인천국제공항에서 용유 역까지 약 6.1km 구간을 운행 중이다. 100% 자체 기술로 개발했으며, 세계에서 두 번째로 상용화된 자기부상열차이다. 엘에스일렉트릭(LS ELECTRIC)은 저압, 고압, 초고압 기기, 배전반 등 전력 송배전 관련 기기와 시스템 전문기업이다. 하이퍼루프는 전력소비량이 많고 태양광 에너지의 효율적 활동 등 전력인프라 부문의 역량이 중요하기 때문에, 전자 제조 서비스(EMS) 부문의 신재생에너지 발전사업개발 등 스마트 에너지사업도 영위하고 있다. 또한, 포스코아이씨티(POSCO ICT)는 철도 분야의 핵심인 전기기계(E&M)와 사후 서비스를 제공한다. 고속철을 비롯해 지하철, 경전철의 신호, 통신, 전기, 역무 자동화 등 철도 전 부문에 걸쳐 설계 및 구축능력을 보유한 회사이다. 대아티아이㈜([DAEA TI)는 철도 신호제어시스템 전문기업이다. 신호제어 핵심기술 중 하나인 중앙집중제어 솔루션을 독자 개발하여 일괄통제 시스템을 구축했으며, 열차안전운행에 필수적인 자동열차 방호 시스템과 전자연동장치 등 철도 신호제어 전 분야에 걸쳐 제품군을 갖추고 있다. 건식 진공펌프를 주력으로 플라스마 장비 등을 생산하는 회사인 ㈜엘오티베큠(LOT VACUUM)의 진공펌프는 주로 반도체, 디스플레이, 태양광, 셀 제조과정에 필수적인 장비이다. 2002년 세계최초의 진공펌프 회사인 독일 라이볼트베큠사의 건식진공 펌프사업부문을 인수하면서 본격적으로 진공펌프 사업에 진출했다.[5]
국외[편집]
하이퍼루프용 소규모 테스트 코스가 미국 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. 또한, 중국 국영기업 가운데 하나인 중국항공우주과학기술공사(CASIC)는 초음속 열차를 개발하기 위한 3단계 로드맵을 제시했다. 이는 관영 CCTV 및 중국 뉴스 서비스(CNS)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.
두바이는 아랍에미리트 아부다비와 두바이 구간의 하이퍼루프를 건설하고 있다. 아부다비 간 직선거리는 160km 정도이다. 차로 2시간 정도 거리인데, 하이퍼루프를 이용하면 가속과 감속에 걸리는 시간을 고려해도 대략 12분 정도면 가능할 것이다. 이 구간 개통에 성공하면 앞으로 하이퍼루프를 아라비아반도 전체로 확장하는 방안도 검토 중이다. 두바이에 건설될 하이퍼루프는 긴 기차 형태가 아닌 포드(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 것이다.[6] 이외에도, 경제적인 측면에서 두바이의 하이퍼루프가 현실화 한다면 차로 최소 6시간이나 걸리는 샌프란시스코에서 로스앤젤레스 구간 이동 시간이 10분의 1 이하로 줄어든다. 제작 비용도 여객 전용이면 60억 달러, 여객과 화물 운송 시스템을 함께 구축하면 75억 달러 밖에 소요되지 않아 캘리포니아 주가 도입하려 하고 있는 고속철보다 경제적이다.[4]
- 버진하이퍼루프원
버진하이퍼루프원(Virgin Hyperloop One)은 영국의 버진그룹과 아랍에미리트(UAE) 국영 항만 운영사인 DP 월드가 추진하고 있는 하이퍼루프 프로젝트이자 하이퍼루프 운송 기업이다. 초기 DP 월드가 추진하던 하이퍼루프 원은 2016년 미국 라스베이거스 네바다 사막에서 시험 운영에 성공했고 2017년 영국 버진그룹에 인수되면서 대대적인 투자를 진행했다. 제24회 세계에너지총회에서 실물 열차가 전시된 적 있는 버진하이퍼루프원은 지름 약 3.5m인 원통 튜브로 최대 승객 28명을 태우고 최고 시속 1,200km로 달린다. 일반 여객기가 시속 900km인 점을 고려하면 엄청난 속도이다. 보통 승용차로 2시간 걸리는 아부다비와 두바이를 12분 만에 갈 수 있다.[8]
또한, 네트워크를 기반으로 발 빠른 사업화를 추진했다. 100개 이상의 투자기관이 참여하고 있는 하이퍼루프원은 스페이스엑스 출신의 세르빈 피세바르와 브로간 맘브로간이 이끌고있다. 창립 직후인 2015년 2월 로스앤젤레스에서 라스베이거스 사이에 하이프루프를 건설한다는 계획을 발표했다. 최초의 공개 테스트를 성공시켰고, 스웨덴 스톡홀름과 핀란드 헬싱키 연결 프로젝트를 공개했다. 러시아 푸틴 대통령과 교통부 관계자 등 모스크바 중심의 하이퍼루프 네트워크 구축과 함께 극동 지역 프로젝트를 활발히 전개한다.[9]
- HTT
미국의 HTT(에이치티티)는 퀸테로 원이라는 하이퍼루프 프로젝트를 추진했다. 2018년 초고속 진공 열차 모델을 공개한 적 있는 이 열차는 여객기보다 빠른 최고 시속 1,300km까지 주행할 수 있고 서울에서 부산까지 단 15분 만에 갈 수 있다. 퀸테로 원은 2019년 프랑스에서 유럽 첫 하이퍼루프 열차 시험 운행 트랙을 완공한 적 있다. 2020년에는 프랑스 툴루즈에서 시험 운행을 할 예정이다.[8]
일론 머스크가 제시한 비전과 방법을 기반으로 출발했고, 일론 머스크의 오픈소스화 철학에 맞게 회사 소속 직원을 최소화하여 운영하고 스톡옵션을 기초로 프리랜서 형태의 프로젝트 참여자를 모집하여 개별 프로젝트 중심으로 운영하는 다양한 사람과 기업의 참여 유도를 통해 사람들의 생각과 사회적 여건을 조성하는 데 초점을 두었다. 또, 슬로바키아의 c2i사와 협업하여 강철보다 10배 강하고 무게는 알루미늄의 1.5배 적은 비브라늄이라는 신소재를 개발했다. 이 비브라늄을 이용해 열차를 가볍고 튼튼하게 지어 승객 안전을 최우선으로 보호한다.[9]
- 트랜스포드
캐나다의 트랜스포드(TransPod)가 추진하는 하이퍼루프는 프랑스에서 트랙 개발 작업을 진행 중이다. 네덜란드 스키폴그룹도 하이퍼루프 개발 회사 하르트와 협력 관계를 구축하고 암스테르담에서 독일 프랑크푸르트까지 450km를 하이퍼루프로 연결할 계획이다. 2019년 7월에는 인도 정부가 하이퍼루프 건설을 승인했다. 뭄바이와 푸네를 연결하는 이 프로젝트는 2021년 시범 노선을 건설하고 2024년 상용화할 계획이다.[8]
문제점[편집]
비용[편집]
고속철도 건설에 이미 막대한 비용을 투자한 국가에서 하이퍼루프 건설을 추진할 경우에는, 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. 또한, 교통 부분에서는 속도가 빠르거나 도착하는데 드는 속도가 줄어들수록 비용이 많이 필요하다.[6]
기술적 문제[편집]
하이퍼루프의 캡슐은 대기압의 1/1,000 정도의 부분 진공 튜브 내를 운행한다. 이 상황은 튜브 내의 공기는 무시할 만한 수준처럼 보이나, 튜브 안의 캡슐이 시속 760마일로 이동할 때는 대단히 중요한 문제가 된다. 튜브 내에서 캡슐과 공기 사이의 마찰력으로 인해 발생하는 열은 상당히 커서 캡슐 자체뿐만 아니라 연관 장치들의 손상을 야기할 수 있다. 이러한 부작용은 튜브 내부가 부분 진공 상태이기 때문에 더 악화하는데, 그 이유는 발생한 열이 캡슐 외부로 전달이 되지 않고, 보다 효율이 떨어지는 복사열(radiation) 형태도 밖에 전이되지 않기 때문이다. 하이퍼루프는 자연재해에 대해 취약하기 때문에 하이퍼루프 궤도를 지지하는 교각 구조물은 지진을 저항하도록 가설되며, 상당 규모의 지진 발생 시 하이퍼루프 캡슐은 강제적으로 기계적 긴급 제동시스템을 원격으로 작동시켜야 한다. 또한, 궤도의 신축 이음 장치는 온도에 의한 팽창에 의해 예전부터 대형 구조물의 문제점이었다. 일론 머스크의 백서에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 슬립 이음(slip joint)을 고려하고 있지만, 많은 기술적 문제점들이 상존하고 있다. 강재로 가설되는 궤도가 샌프란시스코에서 로스앤젤레스까지 가설된다면, 일반적인 강재의 열팽창계수를 적용하고 온도변화 범위를 0도에서 40도로 설정하면 궤도에 발생하는 온도변화에 의한 팽창 길이는 300m에 달하게 된다. 슬립 이음부를 정거장에 설치할 수도 있을 것이다. 이는 신축 이음부와 정거장이 300m에 달하는 길이를 가동이 가능하게 해야 한다는 의미이다.
다른 대안으로 예를 들면, 이러한 가동 여유 지점의 점진적 방법이다. 이는 10m 간격으로 분산시키는 방법이지만, 전체 궤도에 6,000개소의 신축 이음 장치와 기밀 유지 실링(sealing) 처리부가 생기게 되어 시스템 내에 너무 많은 파괴 가능 지점이 발생하게 된다. 튜브의 상면과 하면의 온도 차이로 인한 좌굴응력에 의한 문제가 있다. 일조량이 많은 지역에서 하이퍼루프가 가설되면 튜브의 상면은 튜브의 하면보다 팽창량이 크게 된다. 이 현상은 튜브의 단면 형상을 원형에서 버섯 모양으로 변형시키게 된다. 이 현상은 튜브 자체의 구조적 균질성에 영향을 미칠 뿐 아니라, 포드의 부드러운 이동을 가능하게 하는 내부 장치들에도 영향을 미쳐서 포드와 튜브 간의 접촉을 발생시킬 수도 있다. 하이퍼루프 시스템의 또 다른 중요 이슈는 속도와 크기 문제이다. 이 하이퍼루프 기술에 대해 모든 필요기능을 시험하여 안전성을 검증하기 위해서는 시험체를 어떻게 제작해야 하는지 불분명하다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 것이 스페이스엑스(SpaceX)가 주최한 포드 경쟁 공모이다. 하지만, 1~5마일의 시험 트랙은 실재 하이퍼루프에서 발생할 수 있는 모든 문제점을 보여주지 못했다. 이에, 한 가지 대안으로 HTT에서 제안한 화물전용의 실물 상업 노선 시스템의 건설이다. 이러한 시스템에서는 모든 시스템 성능을 시험하고 최적화를 시행하여, 자료입수 등을 위험에 노출되지 않는 상태에서 확보가 가능하다. 이 시스템이 최고속도에 도달하고 감속하기 위해서는 23.61마일이 필요하고 부드러운 운행을 보장하기 위해서는 74.56마일이 필요하다.[7]
- 열차의 제어와 튜브 파손
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. 또한, 사고나 테러 및 자연재해로 인해 구조물의 일부가 파손되거나 붕괴하여 아예 구간이 무너져 버린 경우라면 쉽게 알 수 있다. 만약, 튜브의 일부가 우그러들거나 부속품 등이 튜브 내부에 떨어지거나 할 경우에는 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. 또한, 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. 앞차에 사고가 발생할 확률도 고려해야 한다. 많은 회사가 추측하는 바로는 많은 양을 붙여서 가지는 못하고 소규모로의 이동만 선택할 것이다. 매우 빠른 속도로 이동하기 때문에 다이어를 충분하게 잡아야 할 필요가 있다.[6]
안전 문제[편집]
제안된 하이퍼루프 시스템은 평균적으로 2분에 한 대의 포드가 출발하게 되어 있고, 첨두시간대에는 이 간격이 30초로 단축되는데, 이러한 의미는 최대 70대의 포드가 샌프란시스코~로스앤젤레스 간 노선에 동시에 존재하게 된다는 것을 의미한다. 하지만, 1대의 캡슐이 정지할 필요가 생기고 그 뒤 캡슐의 제동장치가 고장이 발생할 경우에는, 이들 캡슐이 최대속도에서 2분 동안에 23마일을 주파하기 때문에 대단히 심각한 안전성 문제가 발생하게 된다. 하이퍼루프의 캡슐 감압으로, 승객들은 하이퍼루프의 사고 또는 고장 발생 시 안전모니터링 시스템에 의해 재 가압이 이루어지지 않으면 객차 내의 감압 위험성에도 직면하게 된다. 하지만, 이 캡슐은 지표면 위에서 운행되기 때문에 비상 가압은 즉시 밸브개방 등으로 확보할 수 있다. 튜브의 압력은 지표상의 압력에 비해 1,000배 정도로 커서 일반적 상업 항공기보다 오히려 우주 공간 환경과 유사하다. 따라서 이러한 감압으로 인한 심각한 저산소증과 트라우마를 피하려면, 공군 조종사들이 사용하는 비상조치들로는 부족하다. 또한, 제안된 샌프란시스코에서 로스앤젤리스 노선은 많은 지진과 소규모 지반 활동이 예상되는 지역이므로, 교각을 비롯한 기반시설물들은 이에 대비한 설계가 수행되어야 한다. 전체 튜브 시스템에 대해 교각에 댐퍼를 설치하여 진동하중과 소규모 온도신축에 대비한다고 하지만, 이러한 댐퍼는 타당치 않은 것으로 파악되고 있다. 다른 우려로는 트랙 기반시설물에 대한 풍하중 영향이다, 지상 100ft 이상의 구조물들은 다양한 풍하중을 받게 되는데 이는 예측 불가능하고 방향성이 없다. 궤도는 원칙적으로 수백 마일에 걸쳐진 대형구조물로서 돛과 같은 역할을 한다. 이러한 문제는 실린더 구조에 작용하는 공기 흐름 문제와 유사하며, 아직까지 구현된 사례가 없다.[7]
- 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 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.[6]
평가[편집]
하이퍼 튜브 기술[편집]
하이퍼 튜브 기술을 개발하는 데 있어서 튜브, 전력 등의 인프라 및 차량 개발과 함께, 초고속 무선데이터통신과 지능형 사물인터넷(IOT) 기술이 다음의 관점에서 볼 때 조기에 개발착수 해야 한다. 하이퍼루프는 대기 공기압으로부터 밀폐되어 아진공상태를 유지하는 튜브 내에서 차량이 평균 시속 1,000Km/h로 주행하는 관계로 튜브가 도파관(waveguide) 역할을 하게 되어 전파손실이 자유공간보다 작게 되고 높은 도플러 주파수 편이가 일어나는 등 특수한 환경에 놓이게 되어 사용되고 있는 4G 이동통신과 500Km/h 이동속도에 최적화되어 있는 5G 이동통신을 그대로 적용할 수 없으므로, 1.6kHz 이상의 도플러 주파수 천이 문제를 극복할 수 있는 새로운 무선전송기술이 조기에 개발되어야 한다. 또한, 하이퍼루프 차량에 탑재되는 무선통신 안테나의 구조는 차량구조에 영향을 받게 되므로 차량 구조설계 단계에서부터 무선통신 장치 기술은 병행 개발 추진되어야 한다. 하이퍼루프는 초고속 이동성 확보로, 철도 및 도로교통 터널보다 훨씬 작은 지름 2~3m의 튜브 내에서 차량이 초고속으로 이동할 때 끊김이 없는 무선통신서비스를 제공할 수 있도록 통신의 이동성을 보장할 수 있는 선형 셀 구조 및 통신시스템 구조가 튜브 인프라에 최적인 형태로 개발해야 한다.[10]
- 다양한 관점
승객의 관점에서 하이퍼루프는 일반철도나 항공과 달리 밀폐된 공간에서 일정 시간 이동을 하는 만큼 폐소공포증을 일으킬 수 있을 뿐 아니라, 차 사고 시 탈출 방법 및 비행기의 경우보다 어려울 수 있으므로, 차량 내 30여 명 정도의 승객이 외부세계와 HD급 이상의 데이터 전송속도로 통신할 수 있을 정도로 초고속 무선전송기술이 필요하게 된다. 또한, 아진공의 밀폐된 공간에서 승객이 생존해야 하는 만큼, 차량 내 산소 및 이산화탄소 농도, 무구속 및 무자각 방식으로 획득한 승객의 생체신호 등을 실시간으로 분석하여 차량 환경의 안전 여부 및 승객의 건강 상태를 실시간으로 판단하고 외부세계로 전달해야 하는 만큼 무선통신기술을 튜브 인프라와 차량개발 동시에 개발 추진해야 한다. 화물의 관점에서는 승객보다 화물 수송에 우선 적용된다. 화물의 경우에는, 운송 중에 겪게 되는 온도 및 진동 등 외부 환경변화로 품질이 영향을 받을 수 있어 운송과정의 정시성을 위해 항상 운송경로와 환경을 감시해야 하므로, 사물인터넷 감지기술과 획득한 데이터를 무선방식으로 외부로 전송하는 기술이 초고속 무선통신기술과 연계되어 개발해야 한다. 특히 4차 산업혁명 시대에서는 스마트 팩토리 및 스마트 물류기술의 고도화를 위해서 물리 인터넷기술(Physical Internet)이 하이퍼루프에 도입될 것이며, 이를 위한 무선통신기술을 도입해야 한다.
차량 안전 관점에서 하이퍼루프 운행 시에 차량 및 인프라의 고장이 발생하는 경우에는, 원격지 제어센터에서 원격으로 유지보수를 하거나 차량과의 협력에 의한 온라인 점검 및 자율적 유지보수를 수행해야 한다. 차량 및 인프라의 안전을 위해서 가상물리시스템(CPS) 기술을 적용해야 하고, 이를 위해서는 무선종단 간 전달지연이 거의 없는 실시간 고속 무선전송기술을 확보해야 한다. 또한, 자율운행 관점으로 하이퍼루프는 높은 주행 속도로 인해 사람의 오감에 의한 제어가 불가함으로 기장이 없이 무인으로 운행되는 시스템기술을 적용해야 하므로, 차량의 주행 위치 정보와 주행상황을 인식해서 자율적으로 주행하는 지능형 사물인터넷 기술이 필수적이며, 이를 위한 제어데이터를 전달지연 없이 차량과 외부의 제어센터 간에 실시간으로 교환돼야 한다.[10]
자원 상황[편집]
국제 석유 전문가들은 2012년을 기준으로 5년을 전후해 전 세계 석유 생산량이 석유생산정점에 도달할 것으로 전망하고 있다. 즉 2018년 이미 석유생산정점에 도달해 생산량이 감소하기 시작했다고 볼 수 있다. 이는 석유 생산의 불확실성이 증가함을 의미하므로, 석유를 주요 추진동력원으로 사용하는 항공기와 선박 운영에 문제가 발생할 수 있으니 이를 대비하기 위한 석유 전략 수립이 필요하다. 거론되고 있는 차세대 주요 에너지원에는 원자력, 핵융합에너지를 꼽고 있다. 물론 태양열, 풍력, 조력, 수소에너지, 바이오 연료 등의 신재생 에너지도 있다. 그러나 수소와 바이오를 제외한 대부분은 최종적으로 얻을 수 있는 에너지는 전기에너지이다. 그 간 석유로 운용되던 항공기와 선박을 전기 에너지로 운용하기 위해서는 대용량 소형 배터리를 개발하거나 석유 이외의 액체연료를 개발해야 한다. 그러나 배터리로 항공기와 선박을 운용하기는 쉽지 않다. 따라서 석유 문제가 심각한 상황으로 전개될 경우, 대륙 간 또는 국가 간 장거리 이동을 할 수 있는 것은 철도이다. 그러나 이 철도의 속도는 반드시 300km/h를 능가해야 하는 전제조건이 붙을 수 있다. 따라서 이미 한국 철도가 달성한 300km/h를 훨씬 능가하고, 항공기 속도에 버금가는 초고속열차를 개발할 필요성이 있다.[6]
국제 상황[편집]
세계는 미국의 신자유주의 경제라고 하는 화약고가 마침내 폭발하면서 글로벌금융위기와 실물경제의 급랭, 그리고 신용대란의 불안감이 널리 팽배하고 있다. 거기에 한반도는 옛 대한 제국과의 상황과 비슷하게 주요 열강들 사이에 둘러싸여 있는 상황이다. 특히 북한의 핵 문제는 주요 6자 회담 당사국들이 계속 협상을 진행할 정도로 북한을 어떻게 다룰 것인가 하는 문제가 다루어지고 있다. 이를 해결하기 위해, 우리는 이러한 열강들을 스스로 불러들여서 한반도를 열강들 경쟁의 장으로 제공함으로써, 오히려 많은 이득과 부가가치를 창출하여 우리 국가를 강력한 슈퍼 바우어로 만드는 전략이 필요하다. 이를 위해 열강을 우리 국토에 능동적으로 끌어들이기 위한 고속화된, 그리고 효율적인 교통 및 물류 인프라를 구축해야 한다. 일본은 오래전부터 대륙으로 진출하기 위한 노력을 끊임없이 기울여 왔다. 이미 일본은 지난 50여 년 전부터 한일 해저터널을 건설하기 위한 연구개발을 진행해 왔는데, 우리는 그들에 대한 민족 정서로 인해 소극적이었지만, 다행히도 정부 측에서 공식적으로 긍정적인 검토를 하기 위한 움직임을 하기 시작했다. 거기에 일본은 한중 간 교역량이 늘어나고 있는 사실이 그리 편하지 않기 때문에 우리가 그리 손해 볼 일은 아니다.
러시아는 대륙 국가로서 태평양에 진출하기 위한 희망과 더불어, 시베리아횡단철도(TSR)를 부산 및 일본까지 연결하기 위해 노력하고 있다. 시베리아횡단철도의 해결에 걸림돌이 되는 것은 북한인데, 그들의 남은 선택지는 남북교류밖에 없다는 사실을 잘 알고 있고, 남북철도 연결을 통해 얻어지는 이득으로 스스로 현대화해야 한다는 유훈이 있으므로, 우리 쪽으로 끌어들이기 위한 정책을 적극적으로 펼쳐야 한다. 러시아의 한반도 진출은, 넓게 보면 유라시아가 세계의 중심으로 변신하는 것을 의미할 수도 있다. 그러므로 유럽이 절대 간과하고 있지 않을 것이다. 중국이나 러시아를 통하든 반드시 동북아시아에 진출을 시도하지 않을 수 없을 것이다. 물론 동남아시아 국가들과 인도도 가만히 있지는 않을 것이다. 즉 열강의 한반도 유인은 성공적으로 이루어질 수밖에 없다. 그러나 석유 문제로 인해 항공 분야에 혼선이 야기될 수 있는 2020~2030년대의 상황에 적절히 대처하기 위해서도 철도가 항공기 속도에 버금갈 정도로 고속화가 되어야 한다는 사실이 힘이 얻게 된다. 동북아가 단일 경제권역을 뛰어넘어 일일생활권이 되기 위해서는 한중, 한일 해저터널이 심심치 않게 언급이 되고 있는데, 이들의 거리는 375km, 230km로서 고속열차로 운행한다고 해도 1시간이 넘게 걸린다. 이는 1시간 넘게 바다에서 지내야 하는 심리적인 불안감을 초래해, 해저터널 이용객 수의 감소를 불러올 수 있다. 따라서 수 십분 이내에 이동할 수 있도록 철도의 초고속화는 이루어져야 한다.[6]
동영상[편집]
각주[편집]
- ↑ 곽노필 선임기자, 〈비행기보다 빠른 열차는 언제 나올까?〉, 《한겨레》, 2020-04-20
- ↑ 배진용 동신대학교(전기차제어) 교수, 〈하이퍼루프 시대가 펼쳐진다〉, 《테크월드뉴스》, 2020-03-17
- ↑ Benjamin Stafford, 〈Which Materials Are Making The Hyperloop Possible?〉, 《매트매치》, 2018-11-15
- ↑ 4.0 4.1 4.2 학생기자 박기찬, 〈비행기보다 빠른 열차, 하이퍼루프〉, 《코스모스》, 2019-12-23
- ↑ 5.0 5.1 이지훈 외 5명, 〈T.W.I.S.T - 비틀어 보기〉, 《에스케이증권㈜》, 2018-11-29
- ↑ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 진공튜브를 이용한 제 5세대 미래철도 연구동향 백서 - http://railway.or.kr/Papers_Conference/201806/pdf/KSR2018S037.pdf
- ↑ 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 김인섭, 〈하이퍼루프 : 개념, 기술 및 사업모델〉, 《국토교통과학기술진흥원》, 2018-10-23
- ↑ 8.0 8.1 8.2 심용운 SK이노베이션 딥체인지 수석연구원, 〈차세대 미래 운송 수단으로 떠오른 ‘하이퍼루프’〉, 《한국경제매거진》, 2020-02-12
- ↑ 9.0 9.1 하이퍼루프, 2020년 안에 실현된다 백서 - https://www.posri.re.kr/files/file_pdf/63/14283/63_14283_file_pdf_1474864432.pdf
- ↑ 10.0 10.1 김영일 박사, 〈“하이퍼루프” 조기 개발을 위한 제언〉, 《국토매일》, 2018-10-23
참고자료[편집]
- 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
- 김인섭, 〈하이퍼루프 : 개념, 기술 및 사업모델〉, 《국토교통과학기술진흥원》, 2018-10-23
- 학생기자 박기찬, 〈비행기보다 빠른 열차, 하이퍼루프〉, 《코스모스》, 2019-12-23
- 심용운 SK이노베이션 딥체인지 수석연구원, 〈차세대 미래 운송 수단으로 떠오른 ‘하이퍼루프’〉, 《한국경제매거진》, 2020-02-12
- 하이퍼루프, 2020년 안에 실현된다 백서 - https://www.posri.re.kr/files/file_pdf/63/14283/63_14283_file_pdf_1474864432.pdf
- 김영일 박사, 〈“하이퍼루프” 조기 개발을 위한 제언〉, 《국토매일》, 2018-10-23
- Benjamin Stafford, 〈Which Materials Are Making The Hyperloop Possible?〉, 《매트매치》, 2018-11-15
- 이지훈 외 5명, 〈T.W.I.S.T - 비틀어 보기〉, 《에스케이증권㈜》, 2018-11-29
- YTN NEWS, 〈"서울-부산 16분"...음속 열차 첫 주행시험 성공 / YTN (Yes! Top News)〉, 《유튜브》, 2016-05-13
같이 보기[편집]
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