몇 년 전에 개봉한 '토탈리콜' 리메이크작에서는 아주 신기한 것이 나옵니다. 주인공은 아침에 일어나서 엘리베이터 같은 것을 타는데 그 엘리베이터가 지구 중심을 초고속으로 관통해서 지구 반대편인 영국까지 단 몇 분 만에 이동을 합니다. 아마 거대한 튜브를 지구 중심을 관통 시켜 놓은 듯한데 그 모습이 아주 신기했습니다. 물론 공상의 결과물이죠. 그러나 진공 상태에서 거대한 튜브를 초고속으로 이동하는 이동 수단은 공상이 아닙니다.
전기자동차 테슬라는 만든 '엘론 머스크'가 아이디어를 낸 원통형 튜브라는 공간을 초고속인 시속 1,200km의 속도로 이동하는 차세대 교통 시스템을 고안했습니다. 이 차세대 초고속 교통 수단 이름은 '하이퍼 루프(Hyperloop)입니다.
이 하이퍼 루프가 어떻게 작동하는지 설명하는 동영상이 있어서 소개합니다.
기존의 자기 부상 열차는 대량의 전력를 공급해서 자력의 반발력으로 자기 부상 열차를 레일 위로 띄워야 하기 때문에
대량의 전자석 코일이 있어야 합니다. 그러나 하이퍼 루프는 이런 전자석 코일을 설치 하지 않아도 됩니다. 따라서 이 전자석 코일 설치 비용이 절감됩니다.
전자석 코일 대신에 전력을 필요로 하지 않는 알루미늄 튜브와 궤도에 자기 시스템을 탑재 했습니다.
이 시스템은 크게 2가지로 나뉘어집니다. 우선 차량에 탑재 된 배터리에서 전력을 제어하는 전력 조정 장치와 리니어 모터 방식으로 차량에 추진력을 주는 Thrustcore로 나뉘어집니다. 그리고 열차를 레일에서 살짝 띄우는 역할을 하는 할박 어레이(Halbach array)가 들어간 인덕트랙 방식의 자기 부상 열차입니다..
하이퍼 루프는 이 2개의 자석 시스템을 결합해서 추진과 부상의 힘을 얻는 구조입니다. 즉 전자력의 반발력으로 열차를 추진한 후에 일정 속도를 내면 전자력을 이용해서 추진력을 이용한 부상력도 덤으로 얻습니다. 부상력을 위한 전기를 따로 공급하지 않습니다.
1단계 가속
열차가 전진하기 위해서는 구동력이 필요합니다. 하이퍼 루프는 그 구동력을 리니어 모터에서 만들어냅니다.
차체 측면에 달려 있는 리니어 모터를 이용해서 자력으로 가속력을 얻습니다.
시속 20마일(32km/h)에 도달하면 차체 바닥에 배치한 인덕트랙과 궤도 튜브 사이에 유도 전류가 발생합니다. 이 방법이 하이퍼 루프의 인덕트랙 방식의 핵심이 되는 부분입니다
2단계 부상
하이퍼 루프는 일정한 속도에 도달하면 인덕트랙에 의해서 부상력을 얻게 됩니다.
원리는 다음과 같습니다. 먼저 차체 하단에 있는 할박 어레이에는 영구 자석이 장착되어 있습니다. 그리고 궤도 튜브의 바닥에 코일이 내장되어 있습니다. 할박 어레이의 영구 자석이 코일에 가까워지면 유도 전류가 발생하여 차량을 궤도(레일)위로 밀어냅니다. 이게 바로 부상력의 핵심입니다.
이 인덕트랙 방식은 차량에 추진력을 얻는 것만으로도 전력을 따로 공급하지 않고도 부상력을 얻어낼 수 잇어서 아주 높은 효율을 갖춘 방식입니다. 즉 일정 속도가 지나면 전자기 유도력을 이용해서 전진하는 추력만 얻으면 부상력은 덤으로 얻을 수 있습니다.
자기 부상 열차는 바퀴가 없기 때문에 적은 에너지로도 빠르게 달릴 수 있습니다. 여기에 하이퍼 루프는 공기 저항도 약하게 해서 최고 속도 1200km/h까지 달릴 수 있습니다.
3. 감속
감속에는 가속에 사용했던 리니어 모터를 역방향으로 작동해서 브레이트로 사용합니다. 또한 감속시에는 전기 에너지를 회수 해 배터리를 충전하는 회생 브레이크 시스템이 탑재 되어서 전력 효율을 높이고 있습니다.이 회생 브레이크 시스템은 하이브리드 차량에 많이 쓰이죠. 브레이크를 밟으면 그 에너지를 전기 에너지로 만들어서 배터리에 충전을 합니다.
속도가 떨어지면 인덕트랙 방식은 부상력도 잃게 됩니다. 그렇게 속도가 쭉쭉 떨어지면 부상력도 떨어지고 결국은 레일위에 차체가 닿게 됩니다. 인덕트랙 방식은 부상력을 위해 전기를 사용하지 않지만 추력을 이용한 부상력이 떨어지면 레일과 접촉하지 않기 위해서 차체에 바퀴가 달려 있습니다.
지금 HTT와 하이퍼루프 테크롤리지사가 개발에 참여하고 있는데 몇년 후에는 시제품이 나올 수도 있겠네요. 상상을 현실화 하는 모습들이 대단하네요. 참고로 한국도 자기 부상 열차가 있습니다. 새계 2번째로 상용화에 성공했습니다.
지난 2월 3일 인천국제공항과 용유까지 공항구역 내의 총 6개 역을 이동하는 열차입니다. 교통 목적 보다는 호기심에 타 볼만 하다고 하더라고요. 무료로 운행한다고 들었는데 인천공항에 들리면 한 번 타 볼만 하겠네요.
