초전도 기술 적용하면 시속 1000km ‘꿈의 속도’ 구현

철도연이 개발하고 있는 초고속 자기부상열차 하이퍼튜브. 하이퍼튜브는 고온 초전도 현상을 활용한 추진기술과 자기부상기술을 바탕으로 시속 1000km의 속도를 내는 ‘꿈의 열차’가 될 전망이다.
철도연이 개발하고 있는 초고속 자기부상열차 하이퍼튜브. 하이퍼튜브는 고온 초전도 현상을 활용한 추진기술과 자기부상기술을 바탕으로 시속 1000km의 속도를 내는 ‘꿈의 열차’가 될 전망이다.

초전도는 미래철도시스템을 실현할 수 있는 핵심 기술로 주목받고 있다. 특히 공중에 뜬 상태로 달리는 자기부상열차에 초전도 기술을 적용하면, 시속 1000km에 이르는 ‘꿈의 속도’를 구현할 수 있다.

철도 선진국 사이에서 벌어지고 있는 초고속 열차의 속도 경쟁에 빠져서는 안 될 코어 기술인 셈이다.

자기부상열차는 전자석의 자력으로 열차를 레일 위에 띄워서 달리게 하는 철도시스템이다. 레일과 마찰이 없기 때문에 소음이 적고 승차감이 쾌적하다는 장점이 있다.

자기부상열차의 핵심은 추진기술과 자기부상기술이다.

추진기술로는 자석의 N극과 S극이 잡아당기고 밀어내는 성질을 이용한 선형동기모터(LSM;Linear Synchronous Motor)가 사용된다. 상전도 자석을 이용한 방식과 초전도 자석을 이용한 방식이 모두 존재한다.

자기부상기술은 흡인제어식과 초전도체의 반자성(마이스너 효과;Meissner Effect) 활용방식, 유도반발식 등으로 나뉜다.

상전도 전자석을 이용한 흡인제어식은 전자석과 철심궤도 사이의 흡인력을 이용해 차체를 띄우는 방식으로, 부상높이가 10mm 이하다.

초전도체의 반자성을 이용한 방식은 초전도체와 영구자석의 반발력을 바탕으로 20mm 이하 높이의 자기부상을 구현하는 식이다.

유도반발식은 영구자석 혹은 초전도 전자석과 상자성 도전판 사이의 전자기 유도에 의한 반발력으로 부상한다. 영구자석 방식은 10~20mm 이하, 초전도 전자석 방식은 100mm 이하의 높이로 뜬다.

국내에서는 철도기술연구원과 기계연구원, 철도시설공단, 우진산전 등이 2011년부터 2015년까지 230억원을 들여 550km/h 급의 상전도 LSM 추진 기술과 자기부상 기술을 개발한 바 있다.

또한 2016년에는 인천공항에 도시형 자기부상열차 노선이 개통되기도 했다. 해당 열차는 흡인제어식 부상기술이 적용됐다.

초전도를 이용한 자기부상열차는 현재 개발 중이다.

이와 관련 철도연은 초전도 기술을 활용, 시속 1000km로 달릴 수 있는 초고속 자기부상열차 ‘하이퍼튜브’ 개발을 추진하고 있다. 기술이 실현되면 서울에서 부산까지 30분 안에 주행할 수 있게 된다.

여기에는 초전도 LSM 추진기술과 초전도 유도반발식 자기부상기술이 적용될 예정이다.

이창영 철도연 박사는 “미국에서도 시속 1000km의 자기부상열차 프로젝트 ‘하이퍼루프’가 추진되고 있다. 미국은 영구자석을 이용한 방식으로 2017년 310km/h급의 시험 주행에 성공한 바 있다”며 “우리는 영구자석으로는 1000km/h 기술 구현에 어려움이 있다고 판단, 초전도를 이용키로 결정했다”고 말했다.

초전도 LSM은 고온 초전도 기술을 활용한다. 일본 도쿄~나고야 자기부상 노선에 적용될 저온 초전도 기술에 비해 에너지와 냉각비용이 적고 자석의 무게도 적다는 장점이 있다.

철도연은 이미 서남의 2세대 고온 초전도 코일을 활용, 120A LSM 시작품을 개발했으며, 주행시험용 LSM도 개발을 마친 상태다.

유도반발식 부상기술은 냉각시스템과 초전도 전자석을 분리한 모델을 개발했다. 차량 내에 냉각시스템을 탑재하지 않아, 차상 전력 소비를 줄이고 차량 전장품 중량을 최소화할 수 있을 것으로 전망된다.

철도연은 나아가 내년부터 200~500m의 초전도 LSM 추진 시험선을 구축할 예정이며, 2021년 이후 하이퍼튜브 시험선을 마련할 예정이다.

이관섭 철도연 소장은 “장기적으로 국내에 24km 길이의 노선을 구축해 시범운영할 계획도 수립했다”며 “하이퍼튜브는 초연결사회를 구현하는 데 밑바탕이 될 것이다. 원천기술을 획득해 국내 철도 산업의 부흥에 이바지하겠다”고 전했다.

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