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하이퍼루프 실현할 미래 도시 인프라 무엇?...복층 터널, 콘크리트 튜브 등 주목

2018년 05월 31일 10:39

한국형 하이퍼루프 ‘하이퍼튜브익스프레스’ 2026년 시범 운영 계획

건설연, 하이퍼루프 트랙으로 활용 가능한 복층 터널 연구 가속화

 

이미지 확대하기하이퍼루프 조감도. -SpaceX 제공.

하이퍼루프 조감도. -SpaceX 제공.

“이번 정거장 서울역입니다. 내리실 분은 오른쪽으로 내려주시기 바랍니다. 다음 정거장은 부산, 도착 시간은 16분 뒤인 2시 30분입니다.” 

 

15년 후에는 이런 안내 멘트를 들으며 여행을 하게 될 듯 하다. 최대 시속 1200km에 이르는 꿈의 열차, 하이퍼루프와 관련 교통 인프라가 빠른 속도로 개발되고 있기 때문이다. 하이퍼루프는 전기를 이용해 레일에서 낮게 뜬 상태로 빠르게 움직이는 초음속 자기부상열차를 진공에서 운행하는 운송수단이다. 

 

 

● 콘크리트 진공 튜브, 열변형 적고 시공비 저렴

 

2012년 7월, 일론 머스크 스페이스X CEO가 제 5의 교통수단으로 하이퍼루프의 개념을 처음 제안했다. 이후 미국의 버진하이퍼루프원, 하이퍼루프운송기술(HTT) 등이 뛰어들면서 관련 연구가 급속도로 진행됐다. 


우리나라도 예외는 아니다. UNIST, 한양대와 한국철도기술연구원, 기계연구원 등 6개 정부출연연구기관은 2017년부터 한국형 하이퍼루프인 ‘하이퍼튜브익스프레스(HTX)’를 개발하고 있다. 2026년 시범 운행이 목표다. 

 

하지만 하이퍼루프 기술이 상용화 수준까지 발전한다 해도, 운행할 수 있는 시설이 갖춰져 있지 않으면 무용지물이다. 교통 인프라 개발은 하이퍼루프 연구의 큰 축이다. 국내에서는 한국건설기술연구원(이하 건설연)이 하이퍼루프가 통과하는 진공 튜브와 터널을 연구하고 있다. 

 

이미지 확대하기하이퍼루프가 통과하는 진공 튜브의 소재 연구가 활발히 진행되고 있다. 철, 탄소복합소재 등이 주로 고려되고 있지만, 한국건설기술연구원은 보다 가볍고 시공이 편리한 콘크리트를 이용해 진공 튜브를 개발하고 있다. - SpaceX 제공
하이퍼루프가 통과하는 진공 튜브의 소재 연구가 활발히 진행되고 있다. 철, 탄소복합소재 등이 주로 고려되고 있지만, 한국건설기술연구원은 보다 가볍고 시공이 편리한 콘크리트를 이용해 진공 튜브를 개발하고 있다. - SpaceX 제공

하이퍼루프 개발 업체 중 상당수는 철 소재의 진공 튜브를 개발하고 있다. 철이 공기가 통과하지 않는 대표적 소재이기 때문이다. 하지만 건설연에서는 철 대신 콘크리트를 활용한 튜브를 개발 중이다. 콘크리트는 철에 비해 가벼운데다 시공 시간이 짧고 가격도 싸다. 


또, 외부 온도에 따라 잘 늘어나는 철과 달리 콘크리트는 열변형이 적다. 백종대 건설연 인프라안전연구본부 선임연구원은 “콘크리트 중 공기 투과성이 없는 재료를 찾고 있는 중”이라며 “초고강도 섬유 보강 콘크리트(UHPC)나 폴리머 콘크리트 등 밀도가 높은 콘크리트를 중심으로 물이나 자갈 등의 배합을 달리하며 시험하고 있다”고 말했다. 

 

● 곡선보다는 직선 트랙, 산지 많은 우리나라는 지하 터널 적합해

 

이미지 확대하기일론 머스크는 스페이스X의 사옥 주차장에서 미국 호손시의 공항 근처까지 3.2km의 지하터널을 뚫고 있다. - SpaceX 제공
일론 머스크는 스페이스X의 사옥 주차장에서 미국 호손시의 공항 근처까지 3.2km의 지하터널을 뚫고 있다. - SpaceX 제공

그렇다면 진공 터널이 통과하는 하이퍼루프의 도로는 어떤 형태일까. 일론 머스크가 처음 제안한 하이퍼루프 조감도를 보면 일반 도로 위에 마치 교량처럼 하이퍼루프 트랙이 설치돼 있다. 실제 지난 4월, HTT는 아랍에미리트연합 아부다비에 교량 형태의 하이퍼루프 트랙을 설치하겠다고 밝혔다. 


하지만 건설연에서는 지하 터널에 무게를 두고 있다. 하이퍼루프 트랙은 곡선보다는 직선 형태가 유리하기 때문이다. 음속에 가까운 속도로 달리는 하이퍼루프에서는 승객들이 큰 압력을 받게 된다. 특히 곡선 구간에서는 원심력에 의한 압력도 더해지기 때문에 승객이 받는 가속도가 5G까지 커질 수 있다. 이 교수는 “롯데월드의 자이로드롭을 탈 때 느끼는 가속도가 1G 정도이며, 전투기 훈련사가 버티는 최대 가속도가 5G 정도”라며 “사람이 압박을 느끼지 않고 편안하게 타려면 가속도를 0.5G로 유지해야 한다”고 말했다. 


탑승객이 빠른 시간 안에 편안히 목적지에 다다르기 위해서 최대한 직선 트랙으로 이어주는 것이 유리하다는 얘기다. 하지만 우리나라는 산지가 많아 지상에 수백 km의 직선 트랙을 설치하기란 불가능하다. 김 본부장은 “우리나라는 지하철이 잘 정비돼 있어, 지하 터널을 뚫는 것이 훨씬 효율적”이라고 말했다. 


일론 머스크 역시 2017년부터 스페이스X 사옥 주차장에서 미국 캘리포니아주에 위치한 호손시 공항 부근까지 3.2km 길이의 지하 터널을 뚫기 시작했다. 그는 앞으로 하이퍼루프의 트랙을 터널 형태로 구축할 예정이냐는 질문에 트위터를 통해 “아마도(maybe)”라고 답하며, 긍정적인 태도를 보이기도 했다.

 

● 기존 터널 인프라 활용할 수 있는 복층 터널 주목

 

이미지 확대하기말레이시아 SMART 터널의 단면도. 차가 다니는 도로는 복층으로 이뤄져 있으며 가장 아래 층은 물이 통과하는 수로로 활용하고 있다. - 건설연 제공.
말레이시아 SMART 터널의 단면도. 차가 다니는 도로는 복층으로 이뤄져 있으며 가장 아래 층은 물이 통과하는 수로로 활용하고 있다. - 건설연 제공.

건설연에서는 지하 터널 중에서도 특히 복층 터널을 눈여겨 보고 있다. 복층 터널은 두 개의 층으로 이뤄진 터널로, 프랑스의 A86, 말레이시아의 스마트(SMART) 터널이 대표적이다. 우리나라에는 아직 복층터널이 없다. 

 

그럼에도 복층 터널이 주목 받는 이유는 기존의 지상 터널 인프라를 활용할 수 있기 때문이다. 서울에서 부산까지 가는 441km에 달하는 하이퍼루프 트랙을 지하 터널로 건설한다고 했을 때, 트랙이 지상의 터널 아래를 지나가지 않을 확률은 매우 작다. 김 본부장은 “기존의 터널을 위 층으로, 지하의 하이퍼루프 터널은 아래 층으로 복층 터널을 만든다면 기존 터널이 갖춘 대피 시스템이나 화재 예방 시스템 등의 인프라를 충분히 활용할 수 있다”고 말했다. 

 

이미지 확대하기한국건설기술연구원의 복층터널 조감도. 위 사진은 일반 차량을 위한 복층터널이다. - 건설연 제공
한국건설기술연구원의 복층터널 조감도. 위 사진은 일반 차량을 위한 복층터널이다. - 건설연 제공

진공 상태에서 움직이는 하이퍼루프는 자칫 인명 피해로 이어지는 큰 사고가 일어날 수 있다. KTX 속도의 4배에 가까운 하이퍼루프가 사용하는 전력은 KTX의 16배에 달한다. 전선의 두께에 비해 많은 양의 전력이 공급될 수 있다. 이런 경우 갑자기 온도가 상승하며 전선이 타거나, 전력이 공급되는 레일에서 전기가 누전될 수도 있다. 

 

이 교수는 “튜브 내부에는 산소가 많지 않아 화재로부터 안전한 편이기는 하지만, 갑자기 온도가 상승하면서 튜브에 손상이 갈 경우 외부에서 들어오는 공기로 인해 큰 화재가 일어나거나 튜브 내부에 압력이 가해져 열차가 찌그러지는 등의 사고가 날 수 있다”고 말했다. 이런 경우 빠른 진압과 대피가 매우 중요하다. 복층 터널은 이미 안전성을 충분히 검증 받은 지상 터널의 안전 인프라를 함께 사용할 수 있다. 


이 교수는 “지금까지 우리가 경험해보지 않은 속도로 움직이는 하이퍼루프는 안전 기술에 특히 더 신경을 써야 한다”며 “기초 단계에서 여러 가지 위험 요소들을 고려해야 실현 가능한 운송수단이 될 수 있다”고 말했다. 

 

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