하이퍼루프

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1 개요

테슬라모터스 블로그
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동아일보 기사

튜브트레인의 일종. 전기차(순수전기차)메이커인 테슬라 모터스와 민간우주로켓회사 스페이스X의 창업자인 엘론 머스크가 주도하고 있는 프로젝트이다. 참고로 이 하이퍼루프 계획은 오픈소스다. 그러니까, 모든 기술을 공개하고 있다는 것.

기술문서

현재 컨셉아트상에는 레일이 보이지 않으므로 철도 관련 정보인지 결정하기가 곤란하다. 차량 자체도 1량짜리이기 때문에 겉모습은 열차라기보다는 자동주행형 캡슐, 내지는 지상을 달리는 날개없는 항공기(?)에 더 가까운 생김새다. 하지만 정해진 노선대로만 운행 가능하므로 크게 분류하면 엄연히 철도, 즉 궤도 운송수단으로 볼 수 있다. 차량도 1량이라 그렇지 기술적인 측면에서 초고속 버젼 경전철에 가깝다. 용인경전철도 철도잖아. [1]

완전히 밀폐된 터널(튜브)을 고가로 건설하고 그 안을 낮은 기압 상태로 만든 뒤 그 안으로 1량짜리 열차를 쏘아 날린다는 개념. 레일건 열차는 튜브 외부에 설치한 선형유도모터線形誘導모터(리니어 모터)로 가속한다. 캘리포니아 고속열차 사업이 비싸고 느리기만 하다면서[2] 엘론 머스크가 화나서 진행하고 있는 프로젝트이다.

컨셉아트를 보면 열차에 팬이 달려 있는데 이 팬의 역할은 열차를 공중에 띄우는 역할을 한다. 즉 공기 베어링을 형성하는 데 쓴다. 추진 자체는 외부 리니어 모터로 하므로 많은 전력은 필요가 없어 자체 내장된 배터리를 사용한다.[3]
열차 추진에 사용하는 외부 리니어 모터는 튜브 지붕에 발라놓은(?) 태양광 패널로 충전(태양광 발전)하며 따라서 하이퍼루프를 운영하는 유지비 중 전기료 부담은 적을 것이라고 한다. 튜브 전체가 하나의 거대한 발전소이기도 하므로 햇빛 쨍쨍한 날에는 오히려 한전에 전기를 팔아 유지비가 마이너스가 될지도 모른다.

튜브트레인과 다른 점은 튜브 안이 그냥 낮은 기압 정도일 뿐 진공/아진공상태는 아니며 추진도 자기부상열차 방식이 아닌 공기수송에 가까운 컨셉이다.

2 특징

  • 낮은 기압의 관(튜브)을 사용한다.
  • 열차는 튜브 안에서 공기 베어링을 형성해 띄운다.(MIT버젼의 하이퍼루프는 자기부상방식 중 인덕트랙 방식을 이용하여 열차가 일단 천천히 움직이면, 공중으로 뜨게 한다고 한다.)
  • 열차의 가/감속은 튜브 외부에 설치된 리니어 모터(일종의 코일건)로 한다.
  • 리니어 모터의 충전은 태양광 패널로 한다.

3 고속열차와의 비교

고속열차가 빠르게 달리지 못하는 가장 큰 원인은 공기저항이다. 그리고 레일과 차륜간의 점착력 또한 문제가 된다. 현대의 차륜식 고속열차는 이를 극복하기 위해 공기역학적으로 차량 선두부를 설계하고 동력분산식 추진방식을 도입하는 등의 노력을 한다. 기관차를 무겁게 만드는 것도 차륜의 점착력을 확보하기 위함이다.

자기부상열차는 레일의 점착력을 필요로 하지 않기 때문에 차륜식 고속열차보다 더 빠른 주행이 가능하지만 공기저항은 극복하지 못하며 열차를 추진시키는 것과 별개로 띄우는 데에도 전기를 써야 하고 궤도 건설비용이 너무 비싼 문제가 있다.

튜브트레인은 자기부상열차의 가장 큰 적인 공기저항을 아예 없애버리자는 컨셉으로 개발되었으나 진공 터널을 유지하는 유지비가 너무 엄청나 실용화에 큰 걸림돌이 되는 것으로 분석되고 있다.

하이퍼루프는 위의 세 가지 문제점을 적절히 타협한 것이다.

공기저항이 문제에요→공기를 적당히 제거한다.
진공 유지에는 돈이 많이 들어요→그냥 희박한 수준으로 타협한다.
자기부상열차는 전기를 많이 소모해요→튜브 안에 공기가 조금 있으니까 그걸로 띄운다.

공기저항, 마찰저항 둘 다 거의 없기 때문에 열차는 관성주행으로도 상당히 먼 거리를 가며 그래서 컨셉상에는 열차의 재가속을 위한 리니어 모터를 70마일(112km)마다 하나씩 설치한다고 한다.

4 장점

컨셉대로 실현됐을 때를 가정하므로 연구가 진행될 때마다 아래의 장점은 바뀔 수 있다.

  • 빠르다. 튜브트레인에도 설명돼있지만 웬만한 항공기보다 빠르다.
  • 도심 진입 원활. 철도가 공항에 비해 갖는 장점이다.
  • 급경사(위쪽, 아래쪽)에 더 유연하게 대처할 수 있다. 자기부상열차가 차륜식 열차에 비해 갖는 장점이기도 하다. 충분한 수의 재가속 코일만 깔아주면 이론적으로는 수직으로도 움직일 수 있다.
  • 급곡선(왼쪽, 오른쪽)에 더 유연하게 대처할 수 있다. 원형의 튜브 내부를 주행하므로 차량을 어느 각도로든 기울일 수 있어 승객이 느끼는 횡橫가속도를 완전히 0으로 만드는 것이 가능하다. 마찬가지로 열차가 탈선할 위험이 전혀 없으므로 상당히 급한 커브로도 건설이 가능하다. 경부고속선을 건설하기 위해 엄청난 수의 터널을 뚫어야 했음을 생각하면 큰 장점이다.

5 예상되는 문제점

  • 열차의 분기 제어 문제: 공기베어링을 형성해 날아가는 특성상 열차의 주위에 항상 일정한 두께의 공기막이 형성돼야 하므로 열차의 분기를 제어하기 위해서는 튜브 자체를 끊고 잇는(그러면서도 아진공상태를 유지하는) 고난도의 기술을 사용하거나 기존 공기수송에서 사용하는 것처럼 유체의 흐름을 조절하여 다른 튜브로 열차를 쏘아 주어야 한다. 최소한 기존 열차에서 사용하는 분기 제어 방식은 사용할 수 없다.
  • 다이어 편성 문제: 열차라고 부르기 민망한 1량짜리의 짧은 차량을 사용하며 승객수도 몇 안되기 때문에 기존 열차 시스템에서 사용하는 것보다 훨씬 정교하고 자동화된 제어가 필요하다. 특히 그 속도가 1200km/h 이상이기 때문에 차량 간격을 유지하는 데 많은 어려움이 예상된다. 특히 앞차에 사고가 발생할 확률도 고려해야 한다.
  • 튜브 파손 시의 대책: 사고나 테러로 인해 구조물의 일부가 파손되거나 붕괴한 경우. 아예 구간이 무너져 버린 경우라면 쉽게 알 수 있으니 그나마 다행이지만 만약 튜브의 일부가 우그러들거나 부속품 등이 튜브 내부에 떨어지거나 할 경우 초고속으로 운행하는 열차가 그것에 부딪혀 대형 참사로 번질 수가 있다. 자기부상열차조차 작은 돌멩이 정도는 씹고 지나갈 수 있지만 얇은 공기막 위를 날아다니는 열차에게는 이 파편 문제가 치명적으로 작용할 수 있다.
  • 승객 피로 및 응급상황 대비 문제: 열차의 특성상 창문이 없으므로 승객들이 여행 내내 폐소공포증을 호소할 수 있으며 비상정차를 한다고 해도 열차에서 내릴 수가 없으므로 어쨌든 역까지는 가야 한다. 아니면 튜브를 철거해서 열차를 끄집어내야 하는데 그 사이에 승객의 상태가 돌이킬 수 없을 정도로 악화될 수도 있다.[4] 특히 희박한 공기 속을 날아가는 열차 특성상 질식 우려가 있고 사고 발생 시 탑승객 전원사망 같은 대형사고가 일어날 가능성도 다분하다.
  • 경제성 문제: 고속철도 건설에 이미 막대한 비용을 투자한 국가에서는 하이퍼루프 건설을 추진할 경우 중복 투자 논란이 발생할 수도 있다. 그리고 인구밀도가 높아 여러 곳의 중간 정차역이 필요한 지역에는 적합하지 않다. 로스앤젤레스와 샌프란시스코 사이에 대도시가 없어 중간 정차역이 사실상 필요 없는 미국 캘리포니아와 서울과 부산 사이에 대도시가 이어져 있는 대한민국의 상황은 엄연히 다르다. 오송읍 같은데서 하이퍼루프를 자기 동네에 세워달라 한다면 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.그러니 직선경로로 부산 - 김천 - 제천 - 여주로 뚫어야 된다

6 근황

'시속 1천200㎞' 캡슐형 초고속열차 개발 경쟁 불붙었다(연합뉴스)

6.1 Hyperloop One

한창 실험 중에 있다. Hyperloop one[5]이라는 기업이 투자금을 받아서 트랙과 실험장치들을 만들고 있는데, 아직은 튜브 밖에서 '하이퍼 루프의 추진이 가능한가?'에 대해 주행 실험을 한 것이고, 얼마 후에 튜브 내부의 가속도 실험과 그 이후에는 실증 프로토타입을 만들어서 실험할 것으로 보고 있다. 약 36초부터 실험 장면이 나온다. Hyperloop one이 구상하고 있는 최종 주행 차체는 다행히 기존의 구상들처럼 좌식으로 가야 할 정도로 작지는 않고, 좀 큼지막해서 40피트짜리 컨테이너 1량을 옮길 정도의 크기는 된다고 한다.링크 즉, 화물철도같은 것이 가능하다는 것이다. 자세한 것은 유튜브 동영상 참고

가상 애니메이션

[6]

실제 실험

주행 실험에 따르면 약 1.1초 만에 시속 187km(116마일)에 도달했다고 한다.

러시아 교통부에서 이 회사에 러시아 극동지역의 하이퍼루프 건설제안을 했다고 한다. [1]

6.2 HTT[7]

자기 부상 방식을 보여주는 비디오
밑의 동영상에서는 공기를 이용해서 띄우는 것이 아니라 자기부상열차의 인덕트랙(inductrack) 방식을 이용해서 공중 부양(호버링) 시키는 것을 의미하는 듯 하다.
[2]

6.3 Skytran(+Nasa)

6.4 스페이스X(+MIT)

MIT 방식이 스페이스 X 주최 하이퍼루프 POD(탑승차체) 디자인 공모전에서 채택되었고, 곧 MIT 팀과 탑승차체 관련 기술적 협력을 하며 자체적으로 테스트 트랙을 만든다고 한다.

7 한국

이 문단은 유루프 · U-LOOP(으)로 검색해도 들어올 수 있습니다.

유니스트에서 하이퍼루프를 연구하고 있다는 내용이 언론 등을 통해 전해졌다. 최고속도 [math]1200km/h[/math]으로 서울과 부산을 16분(...)에 잇는 것을 목표로 한다.
  1. ↑ 하이퍼루프 기술개발은 엘론 머스크의 주관 하에 세계 여러 나라의 기업, 대학 등의 연구기관이 참가하여 아이디어 경쟁을 하는 공모전 형식이기 때문에 차량들의 디자인이 상당히 천차만별이다. 구글에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 봅슬레이카에, 전자담배 비스무리한 것도 있다.
  2. ↑ KTX같은 걸 생각하면 안된다. 아셀라 익스프레스 문서 참고.
  3. ↑ 사실 일정 속도 이상으로 비행하는 물체는 그 앞쪽에서 어마어마한 기세로 공기가 알아서 밀려오므로 팬이 필요가 없다. 속도가 느릴 때만 사용하는 걸로 추정된다.
  4. ↑ 서울-대전간을 10분 이내, 서울-부산간을 20분 이내에 주파하는 속도를 고려하면 '다음 역에서 멈출때까지 기다려야 한다'라는 부분에서 발생하는 '시간 지연'의 정도가 그렇게 심각하다고 보기는 어렵다. 전통적 차륜식 열차에서도 위급한 손님 내려주는 데 그 정도 시간은 걸리니까.
  5. ↑ 기존의 Hyperloop transportation에서 최근에 Hyperloop one으로 개명했다
  6. ↑ 동영상에 나온 모양새로 보아 아무래도 기존의 철도와 엘론 머스크의 하이퍼루프 구상안을 어느 정도 절충한 버젼인 것으로 보인다. 화물이나 많은 사람을 수송할 수 있을 정도로 큰 '크기'와 기존의 철도기술을 활용할 수 있고, 한 량이 아니라 여러 량을 같이 운송할 수 있는 '효율성'을 확보하고 대신 원래 구상처럼 아예 레일이 없는 시스템은 포기한 것으로 보인다. 자세히 보면 레일과 차체의 접촉부가 거의 닿아 있는 형태인데 이 경우 곡선부에서는 어떻게 처리하느냐가 관건이 될 것으로 보인다. 다만, 하이퍼루프의 특성 상 계속 직선으로 운행한다는 걸 염두해 둔 것으로 보이기도 한다.
  7. ↑ Hyperloop Transportation Technologies