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상용화 잰걸음…진공열차 '하이퍼루프'
  • 이원영 IT칼럼니스트
  • 승인 2016.05.13 11:30
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테슬라모터스와 스페이스X 등을 이끌고 있는 엘론 머스크가 제창한 하이퍼루프(Hyperloop)는 1,200km/h에 달하는 초고속 진공열차 시스템이다. 그런데 이런 하이퍼루프가 처음으로 궤도 위를 고속 주행하는 데 성공했다고 한다.

하이퍼루프 구상에 동참해 이를 개발하고 있는 하이퍼루프원(Hyperloop One)이 5월 11일(현지시간) 실시한 프로토타입 주행 테스트에서 제로백 1.1초를 기록했다.

하이퍼루프원은 미국 라스베이거스 근교에 있는 사막 지대에서 하이퍼루프 프로토타입의 테스트 주행을 실시했다. 물론 엘론 머스크의 당초 구상은 튜브 모양새를 한 궤도를 부상해 주행하는 것이다. 하지만 이번 테스트 주행에선 야외 궤도에 위치한 추진 시스템을 대상으로 주행 실험을 한 것이다. 무게 680kg짜리 테스트용 차체를 전자석을 이용한 고정자에 끼워 가속했다. 앞서 설명했듯 테스트 주행에선 제로백 1.1초, 가속력 2.5G를 기록했다고 한다.

https://twitter.com/kimbrunhuber/status/730457610659319808

이 추진 시스템의 목표 속도는 640km/h. 공기 저항을 줄인 튜브 주행에선 1,126km/h까지 속도를 끌어올리는 것이다. 이번 프로토타입 테스트 주행은 1km 거리를 달린 것이지만 올해 안에 테스트 튜브를 완성시킬 예정이다.

https://www.youtube.com/watch?v=1e-Po9C8Kj8

한편 하이퍼루프원과 마찬가지로 HTT(Hyperloop Transport Technologies)도 5월 9일 패시브 방식 자기부상 시스템을 부상 추진 시스템으로 채택하겠다고 발표했다.

HTT는 하이퍼루프 차량인 포드에 영구 자석을 특수 방식으로 배치하는 인덕트랙(Inductrack)을 채택, 비용을 최소화하면서 높은 효율성 실현을 기대하고 있다.

HTT는 지난 5월 9일 로렌스리버모어 국립연구소 LLNL에서 하이퍼루프 시스템 부상 방식으로 인덕트랙 방식을 독점 사용하는 라이선스 계약을 체결한다고 밝혔다. 이 방식의 핵심은 여러 영구자석을 특별한 방향으로 정렬한다.

하이퍼루프는 기존 가지부상열차와 마찬가지로 자석의 힘을 빌려 부상해 주행한다. 하지만 기존 리니어 모터카는 운용하려면 많은 비용을 필요로 한다. 여기에 대부분을 차지하는 건 대량 전력과 궤도를 전면에 설치하는 데 필요한 대량 전자석, 코일이다. 하이퍼루프는 이런 인프라 비용을 크게 절감할 것으로 기대할 수 있다. 여기에 핵심 기술은 전력을 필요로 하지 않는 알루미늄 튜브 궤도와 차량에 탑재한 자기 시스템이다.

이 시스템은 크게 2가지로 나눌 수 있다. 차량에 탑재한 배터리로 전력을 제어하는 전력 조정 유닛(Power Conditioning Unit)과 리니어 모터 방식으로 차량에 추진력을 제공하는 트러스트코어(Thrustcore)다.

여기에 차체를 지면에서 부상시키기 위해 앞서 설명한 할바흐 배열(Halbach Array)을 한 인덕트랙 방식 부상 시스템을 이용한다. 하이퍼루프는 자석 시스템 2개와 결합해 추진력과 부상력을 얻는 구조다.

1단계는 가속. 열차가 전진하려면 무엇보다 구동력이 필요하다. 하이퍼루프는 이 구동력을 리니어 모터로 만든다. 차체 측면에 배치되어 있는 리니어 모터를 이용해 자력으로 가속력을 얻는다. 32km/h에 도달하면 차체 바닥에 배치되어 있는 인덕트랙과 궤도 튜브 사이에 유도 전류가 발생한다.

하이퍼루프는 이 속도에 도달하면 부상력을 얻는다. 차체에는 할바흐 배열을 지닌 영구자석이 배치되어 있다. 궤도 튜브 바닥에는 코일이 있다. 이 코일에는 전원이 공급되지 않는다. 양쪽 끝에는 폐쇄 회로가 있다. 영구 자석이 코일에 가까워지면 유도 전류가 발생, 차량과 반발하는 방향으로 자력이 발생, 차체를 부상시킨다.

인덕트랙 방식은 차량에 추진력과 부상력을 부여한다. 차체 부상에 필요한 전력을 따로 필요로 하지 않는다는 얘기다. 이에 따라 높은 효율을 지닌 방식이라는 설명이다.

궤도와 접촉하는 바퀴도 없기 때문에 감압된 튜브 공간에서 주행하는 하이퍼루프는 주행 저항이 상당히 적다. 덕분에 1,200km/h에 달하는 음속 이상 속도로 주행할 수 있는 것이다. 기존 구동 방식으로는 절대 실현할 수 없는 속도를 하이퍼루프가 가능하게 만드는 이유다.

https://www.youtube.com/watch?v=RPAtHvyvV7k

마지막으로 3단계는 감속이다. 감속을 할 때에는 가속에 사용한 리니어 모터를 역방향으로 작동시켜 브레이크를 대신한다. 감속할 때에는 전기 에너지를 회수해 배터리를 충전하는 회생 브레이크 시스템이 탑재되어 있어 전력 효율 향상에 도움을 준다. 속도가 떨어지면 인덕트랙 방식을 이용한 부상력도 사라진다. 차체는 튜브에 접촉하면서 저속 주행할 때에는 타이어나 휠 같은 걸 이용하게 된다.

HTT 외에도 엘론 머스크가 이끄는 스페이스X 역시 스페이스X 하이퍼루프 팟 경진대회(SpaceX Hyperloop Pod Competition)를 대상으로 올 여름 주행 테스트를 위해 시험용 트랙을 건설 중이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

이원영 IT칼럼니스트  b612@glasspad.co.kr

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