미래 교통수단 하이퍼루프(Hyperloop)를 알아보자!

 

 

진화되는 기술 개발과 함께 교통수단의 속도 향상 욕구는 갈수록 증가하고 있다.

 

2010년부터 조금씩 회자하던 하이퍼루프는 코로나19 이후 4차산업혁명 시대의 도래와 함께 더욱 관심을 받았다.

 

하이퍼루프로 유명한 미국 '보링컴퍼니' 외에 국내 및 다양한 국가에서 하이퍼루프 개발에 대한 관심이 상당하다.

 

이번 포스팅에서는 열차 끝판왕으로 불리는 하이퍼루프에 대해 알아보도록 한다.

 

 

하이퍼루프(Hyperloop)에 대해 알아보자!

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하이퍼루프 개념 및 추진 현황

 

하이퍼루프 개념

 

하이퍼루프는 진공 튜브 내에서 캡슐로 이동하며 최대 1,200km/h 이상의 속도를 내는 고속철도를 의미한다.

 

캡슐 이동 시 캡슐과 튜브 사이 고압의 공기를 이용, 공기베어링이 형성되어 캡슐을 공중에 띄우는 공기 부상 방식이다.

 

음속(소리의 속도, 1,224km/h)에 버금가는 속도로 항공기보다 빠르며, 서울에서 부산까지 20분 만에 도착하는 속도이다.

 

2004년 KTX 도입 후 서울-부산 1일 생활권이 언급되었으나 하이퍼루프가 등장하면 서울-부산 1시간 생활권이 가능하다.

 

2013년 일론 머스크의 하이퍼루프 언급 후 이슈 되었으나 2009년 한국철도기술연구원이 세계 최초 사업을 시작하였다.

 

하이퍼루프 국내 사례

 

국내의 하이퍼루프는 '한국철도기술연구원'과 '한국건설기술연구원'이 관련 연구를 추진하고 있다.

 

한국철도기술연구원은 '초고속 튜브 철도 핵심기술 연구' 과제명으로 '하이퍼튜브(HTX, Hyper Tube eXpree)'로 불렀다.

 

미국은 일론 머스크가 설립한 '보링컴퍼니', '버진 하이퍼루프 원', '하이퍼루프 트랜스포테이션 테크놀로지(HTT)'가 있다.

 

일론 머스크의 하이퍼루프는 2013년 첫 컨셉 공개 당시 주목을 받지 못했으나 이후 언론·미디어에 의해 재조명받았다.

 

하이퍼루프 기술 개념의 기초가 되는 알파문서를 오픈소스 형식으로 공개 후 업계와 학계의 주목을 받았다.

 

hyperloop-alpha.pdf

3.62MB

 

이 외에 하이퍼루프는 스위스 '스위스 포드', 네덜란드 '하르트' 등 다양한 국가에서 하이퍼루프를 개발 중이다.

 

'한국철도기술연구원'은 2012년 세계 최초 1kg 미만의 운송체를 700km/h까지 가속하는 데 처음 성공하였다.

 

한국형 하이퍼튜브(HTX)와 초고속 캡슐 트레인 개발 착수, 2020년에는 실물 크기의 17분의 1로 축소 제작하였다.

 

제작된 기체는 최고 속도 1,019km/h의 속도를 기록하며 튜브 내 초고속 교통수단의 현실화 가능성을 입증하였다.

 

2021년 직경 4m, 연장 10m의 초고밀도 콘크리트 아진공 튜브를 건설하는 등 지속적으로 기초 기술을 확보하고 있다.

 

2022년 6월 전국 지자체 대상으로 '초고속 이동수단 하이퍼튜브 기술개발' 테스트베드 부지선정 공모를 추진하였다.

 

2024년에는 짧은 구간(1~2km) 자기부상선로 우선 건설, 성공여부 검토 후 12km의 본 시험 선로 건설을 목표 중이다.

 

 

하이퍼루프 해외 사례

 

'보링컴퍼니'는 고속철도 대비 10분의 1 수준의 구축 비용, 친환경 교통수단을 강조하던 일론 머스크가 설립하였다. 

 

2021년 미국 네바다주 라스베이거스 컨벤션센터 지하 12미터 깊이에 길이 1.7마일(2.7km)의 '터널루프'를 구축했다.

 

'터널루프'는 일론 머스크가 2012년 제시한 하이퍼루프 구상에서 파생된 교통망으로 하이퍼루프의 첫 성과물이다.

 

2021년 6월 승객 운송을 시작, 3개의 역과 양방향 터널로 구성되어 컨벤션 센터 이용자들의 무료 이동 수단이다.

 

62대 전용 테슬라 전기차가 투입·운행, 도보 20~30분 거리를 2분 만에 이동, 편도 기준 시간당 최대 4,400명을 수송한다.

 

그러나, 시속 40마일(64km/h)의 속도와 수송의 효율성 문제는 터널루프의 첫 구상에 크게 못 미치는 수준이다.

 

'버진 하이퍼루프 원(VHO)'은 2020년 세계 첫 유인 하이퍼루프 시범 운행에 성공하여 이슈가 되었다.

 

자사 임원 2명을 태우고 500m 트랙을 172km/h의 속도로 완주하였으며 불과 6.25초밖에 걸리지 않았다.

 

2025년까지 안전성 검증 후 2030년 하이퍼루프 상용화를 목표로 하고있다.

 

'하이퍼루프 트랜스포테이션 테크놀로지(HTT)'는 최고속도 1,223km, 캡슐당 25~50명 승객 수송을 목표로 하고 있다.

 

2018년 초고속 진공 열차 모델 공개, 2021년 완성된 하이퍼루프가 운행될 정거장·터널 등의 시설을 공개했다.

 

아랍에미리트(UAE)에 두바이와 아부다비 사이를 잇는 총 10km 구간에 길이 약 32m, 중량 약 5t의 시제품을 건설 중이다.

 

UAE에서의 시험 운행 성공 시 2023년 미국 착공을 시작으로 2028년 운행을 시작할 계획이다.

 

미국 신설 구간은 오하이오주의 클리블랜드에서 일리노이주 시카고까지 약 506km의 거리이다.

 

*'보링컴퍼니', '버진 하이퍼루프', '하이퍼루프 트랜스포테이션 테크놀로지(HTT)' 비교

구 분	보링컴퍼니	버진 하이퍼루프 원	HTT
창립 연도	2016년	2014년	2013년
목표 속도	시속 966km	시속 1078km	시속 1.223km
주요 성과	(2021년) 라스베이거스 지하터널 구축	(2020년) 유인 하이퍼루프 시험 운행 성공	(2018년) 초고속 진공 열차 모델 공개
기타	스페이스X에서 2018년 분사	리처드 브랜슨 2017년 이사회 합류	정거장·터널 등 시설 디자인 공개

 

하이퍼루프 장점과 단점

 

하이퍼루프의 장점은 다음과 같이 정리하였다.

 

• 비행기, 기차 등 기존 교통수단 보다 빠르다.
• 철도 건설비보다 저렴하고 운송비용이 상대적으로 낮다.
• 선로가 없어 탈선의 우려가 없고 날씨나 자연재해(안개, 태풍 등)의 영향을 받지 않는다.
• 이산화탄소 등의 발생이 매우 적은 친환경 교통수단이다.
• 1명이 1km 이동하는데 소비되는 에너지가 항공 대비 8%, 고속철도 대비 35% 수준이다.

 

*하이퍼루프와 주요 교통수단의 속도 및 이동시간 비교

구 분	하이퍼루프	항공기	자기부상열차	고속열차
최고 속도	(HTT) 1,158km/h	(항공 기종 CRJ700) 828km/h	(일본 MLX) 603km/h	(프랑스 TGV) 575km/h
	(VHO) 1,207km/h			(일본 신칸센) 443km/h
	(alpha 문서) 1,223km/h			(미국 CAHSR) 430km/h
이동시간 (LA~라스베이거스)	26분	70분	61분	84분
이동시간 (샌프란시스코~LA)	35분	83분	86분	160분

 

 

하이퍼루프의 단점은 다음과 같이 정리하였다.

 

• 밀폐된 튜브 내 사고 발생 시 대처의 어려움이 있다.
• 타 이동 수단 대비 승객 및 화물의 수송 가능한 무게의 한계가 있다.

 

하이퍼루프의 기술 한계는 다음과 같이 정리하였으며 세부 내용은 아래와 같다.

 

• 기밀성과 안전성 확보
• '칸트로비츠 한계(Kantrowitz limit)' 극복
• 경제성 확보

 

첫 번째로 어떻게 긴 튜브 내를 진공상태로 유지할지 기밀성과 고속으로 달리는 열차의 안전성 확보가 중요하다.

 

'버진 하이퍼루프 원'의 유인 주행처럼 172km/h의 속도 주행은 성공하였으나 1,200km/h 이상의 속도는 한계가 있다.

 

튜브 자체 하중, 열차의 하중, 고속 주행에 따른 충격 및 열팽창, 튜브 내부의 대기압을 견뎌야 한다.

 

이러한 환경을 버티지 못하여 튜브가 변형 및 파손 문제가 발생한다면 대형 사고 발생 우려가 있다.

 

두 번째로 긴 튜브 내를 진공상태로 유지할 필요가 있다고 하였으나 일부 미세한 공기가 있을 수 있다.

 

열차 속도가 음속에 가까워지고 열차와 튜브 사이 공간이 좁아지면 공기 흐름이 막히는 '칸트로비츠 한계'가 발생한다.

 

한계를 극복하기 위해서는 열차와 튜브 사이의 충분한 공간 확보를 위해 최적의 직경을 가진 튜브가 필요하다.

 

세 번째로 지금까지 튜브 소재는 콘크리트, 탄소섬유 등이 검토되었으나 비용, 가공성 등 소재 자체의 문제가 있다.

 

콘크리트는 비용은 저렴하나 소재의 기밀성이 부족, 탄소섬유는 고비용과 가공성 부족의 단점이 있다.

 

이러한 소재의 문제 해결을 위해 비용, 기밀성, 가공성 면에서 우수한 '스틸' 소재가 주목받고 있다. 

 

 

2022.06.20 - [교통/미래교통] - 미래 교통수단 도심항공교통(UAM) 개념 및 추진배경을 알아보자!

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