꿈의 수송수단 ‘하이퍼튜브(HTX)’ 개발 어디까지 왔나

건설과학 Construction,Science/교통해양 Transport, Marine2022. 6. 17. 12:02

시속 1000km로 서울→부산 20분

꿈의 수송수단 ‘하이퍼튜브’ 개발 본격화

진공에 가까운 관(‘튜브’)에서 비행기보다 빠른 속도로 달려, 꿈의 수송수단으로 불리는 ‘하이퍼튜브’ 개발사업이 본격화된다. 정부가 현장실험에 필요한 시험단지(‘테스트베드’) 공모에 나선 것이다.

하이퍼튜브가 개발되면 KTX를 이용해 2시간 넘게 걸리는 서울~부산 구간을 20분이면 닿을 수 있다. 최첨단 기술 확보는 물론 국토 이용에 엄청난 변화를 가져올 수 있다는 뜻이다. 게다가 현재 미국과 일본만이 관련 연구를 진행 중이다. 국내 연구가 계획대로 성공한다면 초고속 이동수요가 증가하고 있는 세계 시장을 선점하는 효과도 기대할 수 있다.

꿈의 수송수단 ‘하이퍼튜브(HTX)’ 개발 어디까지 왔나 — ‘꿈의 열차’로 불리는 하이퍼튜브 상상도. 한국철도기술연구원 제공

국토교통부는 16일(오늘) 전국 지방자치단체를 대상으로 ‘초고속 이동수단 하이퍼튜브(한국형 하이퍼루프) 기술개발’에 이용될 테스트베드 부지선정을 위한 공모를 추진한다고 밝혔다. 신청기간은 17일(내일)부터 다음달 말까지이며, 24일 사업설명회가 개최될 예정이다.

꿈의 수송수단, 하이퍼튜브 개발 본격화

국토부에 따르면 사업지 결정시기는 8월이다. 이후 올해 말까지 시범단지 조성에 대한 예비타당성 조사가 진행되고, 내년 중 관련 예산을 확보하게 되면 2024년부터 조성 공사가 시작된다.

사업은 2단계로 진행된다. 우선 2024~2026년까지 추진될 1단계 사업에선 1~2km의 짧은 구간을 만들어 시속 150~200km 속도로 시험주행을 실시한다. 이후 시험 결과에 따라 2단계로 12km 본 구간을 건설해 운영하면서 2032년까지 필요한 기술을 개발하게 된다. 총 사업비는 9000억 원으로 책정됐다.

시험단지에는 하이퍼튜브 핵심기술개발 연구를 위해 필요한 12km 길이의 튜브와 시험센터, 변전소 등이 들어선다. 튜브 길이는 시속 1200km를 달성하기 위해선 최소 30km 이상이 돼야 한다. 하지만 사전조사에서 입지를 확보하기 어렵다는 지적이 나와 시속 800km를 시험할 수 있는 12km로 줄었다. 튜브는 진공상태에 가까운 상태(아진공)로 만들어지며, 튜브 안을 오갈 자기부상열차와 관련 시스템 등이 설치된다.

서울에서 부산까지 20분 만에 달린다

계획대로 하이퍼튜브가 만들어지면 시속 1000km 이상 속도로 달릴 수 있다. 이는 미국이나 유럽지역 등을 다니는 국제선 항공기 속도(시속 800~1000km)보다 빠른 것이다. 현재 최고속도가 시속 330km인 KTX 열차와 비교하면 3배 가까이 차이가 난다. KTX로 2시30분 정도 걸리는 서울~부산 구간 운행시간도 20분으로 단축할 수 있다.

이런 일은 공기 저항 때문에 속도를 내는 데 지장이 없도록 튜브 안을 진공상태로 만들기 때문에 가능하다. 여기에 빠른 속도를 내는 데 방해가 되는 마찰력을 없앤 자기부상열차도 큰 몫을 차지한다. 같은 극은 밀어내고 다른 극은 끌어당기는 자석의 성질을 이용해 열차를 띄우고, 앞으로 나아가게 만들기 때문이다. 엔진에 해당하는 셈이다. 이 때 사용되는 자석은 작은 전력으로도 강한 힘을 낼 수 있는 초전도 전자석이다.

국토부에 따르면 하이퍼튜브 열차는 비행기처럼 처음에는 바퀴로 가다가 시속 150km에서 공중에 떠서 달리게 된다. 또 공기 저항이 없는 진공상태에서 움직여 소음도 없고, 비행기처럼 날씨 영향을 받지도 않는다. 전기를 이용하니까 친환경적이고 경제적이다.

반면 단점도 적잖다. 무엇보다 설치에 천문학적 비용이 들어갈 가능성이 높다. 기존 열차선로를 이용할 수 없기 때문에 모든 노선을 전부 새로 만들어야 하기 때문이다.

다만 세계적으로 초고속 이동수요가 증가하고 있고, 삶의 질 향상으로 인해 대중교통수단 이용에 있어 시간가치를 중시하는 경향이 높아지고 있다. 하이퍼튜브가 각광 받을 것이라는 기대가 나오는 이유다.

세계시장 선점 효과 기대

국토부에 따르면 현재 초고속 이동수단 관련 기술 개발에 적극적인 나라는 미국과 일본 정도다.

미국은 2010년 이후 하이퍼튜브가 초고속 교통수단으로서 속도와 비용 측면에서 경쟁력이 있을 것으로 주목 받자 본격적으로 나섰다. 특히 영국계 재벌회사인 버진그룹이 세운 ‘버진하이퍼루프’가 2017년 시속 387km의 무인주행실험과 2020년에 시속 172km의 유인주행실험에 성공했다.

일본은 자기부상열차에 공을 들이고 있는데, 2027년 개통을 목표로 도쿄~나고야 구간(286km)을 시속 500km로 달리는 노선을 건설 중이다. 하지만 이는 공기와 마찰이 있는 상태로 운행하는 것이어서, 하이퍼튜브와는 거리가 있다.

국내에서는 2010년대 후반부터 핵심기술 연구가 본격화되기 시작했고, 2020년 한국철도기술연구원이 축소모형실험을 통해 시속 1019km 주행에 성공하면서 하이퍼튜브의 현실화 가능성을 입증했다. 또 한국건설기술연구원에서 지난해 지름 4m, 길이 10m 짜리 콘크리트 진공튜브를 만드는 데 성공했다.

국토부는 “현재 하이퍼튜브 기술은 아직 어느 누구도 성공하지 못한 단계”라며 “핵심기술을 누가 먼저 확보하느냐가 관련 시장을 선점하는 데 관건으로 작용할 것”이라고 밝혔다.

황재성 기자 jsonhng@donga.com 동아일보

하이퍼루프와 하이퍼튜브(HTX)의 차이

일론 머스크가 2013년 공개한 하이퍼루프 구상과 한국철도기술연구원을 주축으로 국내 연구기관이 개발하는 하이퍼튜브(HTX)는 기술 측면에서 많은 차이점을 보인다.

위로 띄운 운송체로 공기가 없는 튜브 안을 달리게 해 마찰과 공기저항을 극복한다는 개념은 같지만 세부 기술에서 차이가 있다.

부상 방식의 경우 하이퍼루프는 공기를 운송체 하부에서 내뿜어 부상하는 방식을 적극 활용한다. 반면에 HTX는 초전도 자석을 쓰는 초전도 반발식 자기부상 방식이다. 공기부상 방식을 썼을 때 동체 일부가 내려앉는 '처짐 현상'을 막기 위해서다. HTX는 운송체를 선로로부터 10㎝ 이상 띄우는 것을 자기부상 목표로 두고 있다.

추진 방식도 다르다. 일론 머스크는 당시 하이퍼루프를 구상하며 '선형유도전동기' 추진 방식을 주창했고 HTX는 '선형동기전동기' 방식을 쓴다. 각 방식은 모두 선로에 설치한 '고정자(코일부)'와 차량 '이동자' 사이에 발생하는 자기장 상대 극성을 이용해 추진한다. 자석 N극과 S극은 서로 당기고 N극과 N극, S극과 S극은 서로 밀어내는 원리를 활용한다. 운송체 앞 선로가 당기고, 뒤쪽 선로는 밀어내는 식이다.

튜브 선로에 고정자를 설치하는 것은 같은데, 하이퍼루프 선형유도전동기는 이동자로 알루미늄 일반 도체를 쓰고 HTX 선형동기전동기는 초전도 자석을 쓴다. 알루미늄 도체를 쓰면 코일과 이동자 간 자기장 크기를 키우는데 한계가 있다. 높은 추력을 내기가 어렵다. 반면에 초전도 자석을 쓰는 선형동기전동기는 상대적으로 큰 자기장을 이용할 수 있어 추력 확보가 쉽다.

물론 이런 차이로 국내 연구기관 기술력이 훨씬 우수하다고 볼 수는 없다. 하이퍼루프는 당초 아이디어 차원에서 내놓은 구상이다. 일론 머스크가 이끄는 보링컴퍼니도 현재 하이퍼루프 기술을 준비 중으로, 향후 이전 구상보다 발전한 성과를 내놓을 전망이다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com 전자신문

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