자기 부상 열차 그리고 초고속 진공 열차

친애하는 J, 바퀴 없이 달리는 차는 인간이 꿈꾸어온 최상의 탈것입니다. 사이언스 픽션에서는 수많은 자기부상열차가 나타났지만, 자기부상열차는 지금도 개발 중입니다. 따라서 이에 관하여 말씀드리는 것은 시기상조일지 모르나, 무척 흥미롭습니다. 자기부상열차는 전자 혹은 자기로 움직이는 열차로서 독일어로는 “Magnetschwebebahn (말 그대로 자기부상열차)”이라고 표현하며, 영국과 미국인들은 이를 “Maglev (magnetic levitation)”라고 칭합니다.  

 

 

 

일본에서 상용되고 있는 자기부상 열차. JR-Maglev MLX01 기차는 시속 581킬로로 달리고 있다.

 

흔히 사람들은 비행접시 UFO의 첨단기술에 관해 언급하곤 합니다. 비행접시는 우주 속에 늘려 있는 질소의 자기장에 의해서 움직인다고 합니다. 과연 질소의 자기장을 어떻게 에너지로 활용되는지 나로서는 도저히 알 길이 없습니다만, 우리는 이를 처음부터 허튼소리라고 단정해서는 곤란할 것입니다. 중세에 비행기와 자동차를 예견한 사람은 로저 베이컨 (Roger Bacon)이라는 철학자였습니다. 당시 사람들은 로저 베이컨의 뜬금없는 주장에 대해 웃음을 터뜨렸지만, 우리는 자동차와 비행기를 마치 당연히 존재하는 탈것이라고 여기고 있습니다.

 

 

 

 엠스란트에서 시운전중인 자기부상 열차의 모습. 그러나 불행하게도 사고로 이어졌다.

 

친애하는 J, 자기부상열차에 관한 구상이 20세기 초에 독일에서 시작되었다는 사실을 당신은 알지 못할 것입니다. 1922년에 헤르만 켐퍼라는 사람은 자기부상열차를 설계하였습니다. 1934년에 제작에 들어가려고 했지만, 전쟁의 발발로 인해서 그는 작업을 완성하지 못했습니다. 자기부상열차가 우리에게 제대로 알려진 때는 1973년이라고 생각됩니다. 바로 이 해에 독일의 물리학자 괴츠 하이델베르크 (G. Heidelberg) 그리고 브라운슈바이크 공대 교수 헤어베르트 베 (H. Weh)는 자기 부상열차를 생산해냅니다. 베를린 기술자들은 1983년에 서 베를린 지역에 1.6 킬로미터에 달하는 지역에 선로를 설치하였지만, 통일이 되는 관계로 실제로 가동되지 못했습니다. 자기부상열차는 1984년 엠스란트에서 드디어 운행이 시작되었습니다. 한 가지 놀라운 것은 2003년 중국에서 자기부상열차가 개통되었다는 사건입니다. 중국 정부는 상하이에서 항구도시 부통 사이의 30킬로미터의 구간을 설치하였는데, 자기부상열차는 현재 시속 500킬로미터로 운행 중입니다.

 

 

 

 

 

자기부상 열차의 작동 시스템. JR Maglev MLX01

 

 주지하다시피 자기부상열차에는 바퀴가 달려있지 않습니다. 그저 바퀴 역할을 하는 쇠가 선로를 감싸고 있습니다. 모든 에너지는 선로 하나하나에 직접 전달되면, 자기 부상 열차는 선로의 에너지의 움직임에 따라 유동합니다. 따라서 자기장은 지금까지의 경우 오로지 개별적인 선로로 전달됩니다. 자기장이 개별적 선로에 빠르게 전해지면, 그만큼 열차는 빠르게 움직이는 것입니다. 자기부상열차의 속력은 바로 개별적인 선로로 전달되는 자기장의 속력과 정비례합니다.

 

 

자기 부상 열차의 단면도, 열차가 선로를 싸안고 있어서 좌우로 넘어질 염려는 없다. 

 

 친애하는 J, 자기부상열차의 운행에는 장점과 단점이 있습니다. 물론 단점들은 기술의 발전으로 차제에 사라질지도 모를 사항입니다. 일단 장점을 살펴보기로 합시다. 첫째로 자기부상열차는 시속 500킬로 이상 달릴 수 있습니다. 이는 여객용 비행기의 절반 정도 되는 속도입니다. 둘째로 선로 이탈이 없어서 바퀴 탈선으로 인한 사고는 처음부터 차단되어 있습니다. 셋째로 속도 조절이 가능합니다. 앞에서 언급했듯이 개별 선로로 보내는 자기장 에너지의 전송 속도가 느리면, 열차의 속도는 느려집니다. 넷째로 굽은 선로에서 감속할 필요가 없습니다. 일반 차량의 경우 원심력에 의해서 밖으로 튕겨나갈 위험이 있지만, 자기부상열차 자체가 선로를 싸안고 있으므로 그러한 위험이 처음부터 봉쇄되어 있습니다. 다섯째로 선로의 마모가 발생하지 않습니다. 일반 바퀴 열차의 경우 마찰로 인한 미세먼지가 발생하고, 선로가 닳지만, 자기부상열차의 경우 미세먼지도 없고, 선로의 마모도 발생하지 않습니다.

 

 

 

 

자기로 작동되는 자기부상열차의 움직임

 

 그렇다면 자기부상열차의 단점은 무엇일까요? 첫째로 자기부상열차의 안전성은 완전히 검증되지 않았습니다. 가령 시속 500킬로미터 이상의 속도로 달릴 때, 승객의 안전조처는 사전에 확보되어야 합니다. 둘째로 자기부상열차를 운행하려면, 사람들은 현재로는 엄청난 에너지를 사용해야 합니다. 그렇기에 현재의 자기부상열차는 무거운 화물의 유통에는 적당하지 못합니다. 셋째로 선로의 건설에 엄청난 경비가 소요됩니다. 넷째로 모든 움직임은 선로로 전달되기 때문에 오작동의 위험이 온존하고 있습니다. 다섯째로 자기부상열차를 위한 선로가 일반도로 위에 설치될 수 없습니다. 왜냐하면 다른 자기장이 운행을 방해할지 모르기 때문에 열차의 선로는 항상 평지로부터 일정한 높이로 건설되어야 합니다.

 

 

 

 일본의 후지카오카에 있는 자기 부상열차

 

 친애하는 J, 자기부상열차의 개발 속도는 마치 중국의 경제 발전 속도와 정비례하는 것 같아서, 나를 두렵게 만듭니다. 열차가 환경을 파괴하지 않는 자기장의 힘으로 달린다고 하지만, 열차의 운행은 그 자체 커다란 에너지를 요구하기 때문입니다. 게다가 안전에 대한 확실한 보장이 없습니다. 실제로 자기부상열차의 사고는 여러 번 나타났습니다. 2004년 독일의 엠스란트에서 충돌사고가 있었습니다. 이때 인명피해는 나타나지 않았습니다. 2006년 8월 중국 상하이에서 푸동으로 달리던 자기부상열차에서 불이 났습니다. 배터리의 오작동으로 인한 사소한 사고였습니다. 2006년 9월 22일 엠스란트 근처에서 대형 사고가 발생했습니다. 시속 170킬로로 달리던 자기부상열차가 다른 열차와 충돌하여, 23명의 승객이 사망하고, 10명이 중상을 입게 되었습니다. 혹자는 에너지 전달 과정에서 오류가 있었다고 주장하지만, 이는 확정된 결론이 아닙니다.

 

 

 

 

중국 상하이에 도착하는 트란스라피트 열차

 

친애하는 J, 앞으로 사고는 더욱더 빈번하게 발생할 것입니다. 그렇다고 해서 자기부상열차에 관한 연구는 그치지 않을 것입니다. 지금까지 얼마나 많은 사람들이 비행기를 만들어서 비행하다가 목숨을 잃었습니까? 과학기술 연구는 더 빨리 달리려는 인간의 욕망을 충족시키기 위해서 오늘도 진행되고 있습니다. 자기부상열차는 스위스의 제네바 구간에서 시험 가동 중이며, 일본 사람들은 나고야 근처에서 시험 운행을 시도하고 있으며, 한국의 회사 로템 (Rotem) 역시 보다 훌륭한 자기부상열차를 개발 중에 있습니다.

 

유토피아 사상가인 샤를 푸리에는 19세기 중엽에 반사자, 반 고래가 나타나, 사람들로 하여금 여행 내지 주거지 이동을 편리하게 할 것이라고 예언하였습니다. 그래서 사람들은 파리에서 아침을 먹고, 리용에서 점식을 먹고, 마르세유에서 저녁을 먹을 수 있으리라고 했습니다. 그의 말은 사실로 나타났습니다. 자동차 그리고 고속으로 달리는 배가 이를 증명합니다. 그런데 향후 10년 이내에 틀림없이 초고속 진공 열차 (Hyperloop)가 개통되리라고 합니다.

 

 

 

 

 

위의 그림은 초고속 진공 열차의 모형을 보여주고 있습니다. 미국 캘리포니아의 하이스피드 레일 회사는 로스 엔젤레스에서 샌프란시스코 사이를 달릴 수 있는 초고속 진공 열차를 계획하고 있습니다. 그런데 이를 위한 착공 비용이 생각한 것보다 그리 많이 들이 않는다는 것입니다. 설령 기계 설비를 위한 비용만을 고려한 것이라고 하더라도 60억에서 65억 달리 정도라고 합니다. 이 금액으로 과연 이러한 시설이 가능할까요?

 

 

 

 

 물론 열차의 차량은 알루미늄으로 만들게 되어 있습니다. 1.35 넓이, 1.1미터 높이, 길이는 2,3 미터밖에 되지 않습니다. 무게는 3 톤에서 3,5톤에 불과합니다. 그런데 사진과 같은 운송을 위한 관을 설치하는 게 문제입니다. 관은 20 밀리미터의 단단한 강철로 만들어지며, 30미터마다 지렛대가 설치되어야 합니다.

 

 

 

 

 초고속 진공 열차의 차량은 위의 그림처럼 이루어져 있습니다. 진공 상태 속에서 물체의 이전이 매우 빠르다는 데에서 착안한 것입니다. 초고속 진공 열차는 시속 1200 킬로미터에서 1500 킬로미터까지 속력을 낼 수 있습니다. 이는 시속 800 Km - 1000 Km로 운행하는 비행기보다도 빠른 것입니다. 대신에 운임은 비행기 요금의 4분의 1밖에 되지 않습니다. 미래에 인간은 도쿄에서 아침을 먹고, LA에서 점심을 먹은 뒤에 파리에서 저녁을 먹게 될 것입니다.

 

 

 

 유럽에서도 초고속 진공 열차의 계획이 추진중입니다. 제 1차 계획 구간: 독일의 뮌헨 <-> 스위스의 베른 <-> 파리 <-> 브뤼셀 <-> 암스테르담. 제 2차 계획 구간: 독일의 뮌헨 <-> 스위스의 베른 <-> 파리 <-> 런던. 과학 기술의 발전은 인간의 삶을 더욱더 편리하게 해줄 것입니다.

 

 

 

 

 

혹자는 과학 영화에서나 가능한 공상의 이야기로 사람들을 현혹시키지 말라고 말합니다. 대체 설치비 65억 달러로 무슨 설치를 한단 말인가? 하고 반박하고 있습니다. 사실 주위 여건을 고려하지 않은 너무나 낮은 비용이 우리를 놀라게 만듭니다. 그렇지만 무조건 공상적이라고 비난할 성질의 것은 아닙니다. 미래의 과학은 더욱 발전될 것이기 때문입니다.

 

 

 

 

 

미국은 로스엔젤레스와 샌프란시스코를 연결하는 초고속 진공열차의 설비를 계획한 바 있으며, 샌디에고와 라스베가스 사이를 잇는 교통망도 조만간 완공될 계획이라고 합니다. 2016년 3월에 슬로바키아 정부는 다음과 같은 계약을 체결하였습니다. 즉 블라티스라바와 오스트리아 빈 사이에 초고속 진공 열차의 설비 및 시공을 추진하기로 말입니다. 사진은 슬로바키아의 수도인 블라티스라바의 멋진 정경입니다.

 

 

 

다음을 클릭하면 동영상을 볼 수 있습니다. (2분 48초)

 

https://www.youtube.com/watch?v=KvoYSLU2H14