| \'시속 550km\' 자기부상열차…한국, 세계 최고에 도전 한형석 기계연 연구팀, 浮上기술 등 핵심기술 개발중 \"달릴 수 있는 자기부상 고속 시험노선 시급\" | ||||||
바퀴가 달린 일반적인 고속철도는 레일 위를 달리기 때문에 철로 만들어진 바퀴와 레일때문에 분진이 생기고 소음과 진동 등이 심하다. 특히 철도가 멈춰설때는 마찰력을 이용하기 때문에 엄청난 소음이 발생한다. 이 모든 단점을 극복할 수 있는 해결책은 바로 \'초고속자기부상열차\'. 한국기계연구원(원장 이상천) 자기부상열차연구동에서는 철로 위에서 판토그래프(전차선)에 의해 전력을 공급받아 움직이는 일반적인 고속철도와는 확연하게 다른, 아주 적은 전기의 양으로 부상시켜 달릴 수 있는 시속 550km급 초고속자기부상열차를 연구하고 있다. 일반적인 자기부상열차의 개념은 자석의 힘으로 공중에 떠서 움직이는 열차를 말한다. 그러나 현재 보유하고 있는 기술로는 400km/h 이상의 속도를 낼 수 없기 때문에 이를 상용화하기 위해서는 경제성과 부상안전성에서 혁신적인 기술 발전이 필요하다. 해외의 경우를 살펴보면 중국의 초고속자기부상열차는 독일에서 만든 트랜스래피드(Transrapid)로 최고속도가 500km/h다. 그러나 이것은 트랜스래피드의 최고 속도로, 실질적인 운행속도는 430km/h로 밝혀졌었다. 또한 우리보다 앞선 기술을 가진 일본은 2025년 도쿄와 오사카 노선 290km를 건설해 최고속도 500km/h인 MLX(Magnetic Levitation X)를 상용화한다는 계획을 세웠다. 고속형자기부상열차의 선진국인 일본과 독일의 경우 1960년대부터 많은 돈을 연구개발에 투자해 왔다. 40년이 넘는 연구기간과 비용을 투자해 온 일본과 독일을 따라잡는 건 쉬운 일이 아니었다. 이렇듯 일본과 독일 등 선진국이 주도했던 초고속자기부상열차 시장에 야심차게 도전장을 내민 기계연 자기부상열차연구동 연구팀. 한형석 박사 연구팀은 지금도 세계 최고에 도전하기 위해 열심히 구슬땀을 흘리고 있다. ◆\'550km급 초고속자기부상열차의 핵심기술은?\'
한형석 한국기계연구원 시스템엔지니어링연구본부 자기부상열차연구실장은 초고속자기부상열차의 핵심기술인 부상기술과 추진기술을 연구하고 있다. 현재 상용화된 독일의 트랜스래피드 초고속자기부상열차의 경우 부상기술은 상전도 흡인식을 사용한다. 상전도 흡인식은 철을 이용해 강자성체가 달려있는 레일과 레일 밑에 달려있는 전자석을 이용한다. 전자석에 전류를 흘려주면 전자석이 레일에 붙으려는 힘을 이용해 자체를 띄우는 것이다. 레일과 전자석 사이에 부상높이인 공극(Air Gap)을 항상 일정하게 유지시켜주기 위해서 전자석이 레일에 가까이 가면 전력을 낮춰 공극을 유지하고 멀리 떨어지면 전력을 높여 공극을 유지시킨다. 이 상전도 흡인식은 독일의 트랜스래피드와 시속 120km급 한국 도시형 자기부상열차, 시속 100km급 일본 중저속형 자기부상열차인 리니모(Linimo)에 사용된다. 상전도 흡인식은 굴곡이 있는 레일에 전자석이 일정한 공극을 유지해야하기 때문에 속도가 높아지면 높아질수록 레일의 굴곡을 따라가는 추종성이 좋아야 한다. 따라서 상전도 흡인식의 단점은 고전압제어기술과 고속응답 전자석이 필요하다. 때문에 500km/h이상의 속도를 내는데 어려움이 있다. 일본은 독일과 달리 초전도 반발식 부상기술을 사용하고 있다. 초전도 반발식은 영하 270도로 유지시킨 전자석에 코일을 감아 초전도체로 만들면 전지저항이 \'0\'이 된다. 저항이 0이면 아무리 무거운 차라고 하더라도 작은 크기의 초전도 자석으로 부상시킬 수 있다. 초전도체는 저항이 없기때문에 전기를 엄청나게 흘려줄 수도 열도 나지 않기때문에 강력한 자기장을 갖는 자석이 되는데 이 힘을 이용해 차를 들어올리는 것이다. 때문에 부상되는 높이가 커지지만 항상 영하의 온도를 유지시켜 주기위해 냉각기가 필요하다는 단점이 있다. 초전도 반발식의 단점 중 하나는 흡인식보다 제어적인 측면이 낮기 때문에 코일에 유도된 자석이 차체를 띄울 수 있는 만큼의 힘이 충분하지 못하다. 일본의 초전도 반발식은 약 120km/h이하의 속도에서는 바퀴를 사용해야한다. 120km/h이상의 속도가 되면 코일에 유도된 전기가 달리는 속도에 비례해 차를 띄우게 된다. 한형석 실장은 이 두 부상기술을 해결하기 위해 \'영구자석 하이브리드 부상기술\'을 고안해 냈다. 영구자석 하이브리드 방식은 영구자석과 전자석을 붙여서 사용하는 방식으로 전자석보다 부상높이를 증가시킬 수 있고 이에 따른 전력소비가 적다. 부상 높이가 증가하면 선로 건설비를 기존보다 10%이상 절감할 수 있고 레일의 굴곡이 크다고 해도 별 문제가 되지 않는다. 영구자석은 차를 들어올리는 역할을 전담하고 전자석은 레일의 굴곡을 따라가는 역할을 한다. 두 가지의 자석을 이용하는 하이브리드 방식은 전례가 없다. 이 방식으로 400km/h의 속도를 낸 적이 없기때문에 굉장히 도전적인 방식. 한형석 실장은 \"전례가 없는 만큼 위험부담감이 엄청나게 크다\"며 \"확실한 경험을 가지고 하는 것도 아니고 실패할 확률도 높기 때문에 수 년내에 적용하는 것은 힘들다\"고 말했다. 부상기술과 쌍벽을 이루는 기술은 바로 \'추진기술\'. 한형석 실장은 추진기술의 핵심인 선형동기전동기(LSM) 기술을 개발 중에 있다. 선형동기전동기 역시 강력한 자석의 힘을 이용한다. 열차가 영구자석 하이브리드 방식에 의해 부상하게 되면 선형모터를 길게 편 모양의 선형동기전동기는 자석의 극성에 의해 출발하게 된다. 즉, 열차에 달려있는 자석의 N극과 S극이 레일에 달려있는 자석의 N극과 S극이 동기가 되면 자석의 특성에 따라 척력이 생긴다. 열차가 출발을 하면 레일에 달려있는 수 많은 자석과 열차의 자석이 인력과 척력을 차의 위치에 따라서 바뀌게 되어 달릴 수 있는 것이다. 한 실장은 \"일본의 MLX는 어느정도의 시속에 도달해야 차를 띄울 수 있는 힘이 생겨 부상되지만 한국의 초고속자기부상열차는 열차가 멈춘 상태에서 차를 부상시키기 때문에 기술적인 면에서는 한국의 기술이 앞선다\"고 말했다. 자기부상열차연구동에서는 영구자석 하이브리드 방식의 부상기술과 선형동기전동기를 이용해 가상주행을 할 수 있는 \'초고속 부상·추진 성능시험 및 가상주행 시뮬레이터\'를 고안해 냈다. 이 시뮬레이터를 통해서 열차의 부상에서부터 추진하는 모습과 550km/h에 도달하기까지 걸리는 시간 등을 볼 수 있다.
독일의 트랜스래피드 초고속 자기부상열차는 2004년 중국에서 상용화돼 승객을 실어나르고 있다. 상용화되기까지 독일은 4조원이라는 막대한 예산을 투자했다. 기계연이 현재 개발 중인 초고속자기부상열차는 시속 550km로 달릴 수 있는 기술 개발에 초점을 두고 있다. 그러나 개발이 끝나고 시속 550km/h로 달리게 하려면 그만큼의 시험 노선이 필요하다. 초당 150m/s로 달리는 초고속자기부상열차가 550km/h에 도달하려면 약 22.5km의 시험 노선이 필요하다. 550km/h까지 도달하기 위해서는 초당 1m/s²로 계속적인 가속으로 약 2분 20초동안 달려야 한다. 제동거리까지 포함하면 약 50km의 시험 노선이 필요한 것이다. 역추진장치를 이용하면 쉽게 제동할 수 있지만 승객이 견딜 수 있는 만큼의 속도로 제동을 해야하기때문에 50km의 시험 노선이 필요한 것. 일본의 경우 짧은 시험노선으로 인해 낙하산을 이용해 제동시험을 했다. 한 실장은 \"일본의 경우는 당시 시험노선이 짧아 제동을 하기 위해 낙하산을 이용했다\"며 \"시험 노선 건설은 막대한 예산과 시간이 필요하기 때문에 수 년내에는 시험하기가 어렵다\"고 말했다. 그는 \"시험노선을 건설하는데는 많은 시간이 걸린다\"며 \"현재는 핵심기술을 개발 중에 있지만 지금부터라도 시험노선을 건설해 선진국을 앞설 수 있는 기반을 다져놓아야 한다\"고 말했다. \"자기부상열차는 21세기 그린 수송시스템의 하나로, 신산업으로 발전할 것으로 보입니다. 이에 국내에서도 도시형 자기부상열차의 상용화를 위한 지자체의 자기부상열차 채택과 초고속 자기부상열차의 연구개발 로드맵을 그릴 필요가 있습니다. 정부에서 추진 중인 교통·물류 그린화를 달성하기 위해서 자기부상열차에 대한 각계의 관심과 지원, 체계적인 기술개발 로드맵이 수립되기를 기대합니다.\" | ||||||
| <대덕넷 유상영 기자> <U>young@hellodd.com</U> | ||||||
| 2010년 02월 01일 |
2020년 초고속형 열차 상용화 목표 연구 매진
`꿈의 열차\'로 불리는 자기부상열차가 차세대 교통수단으로 주목받고 있다. 특히 지난해 10월 국책사업으로 도시형 자기부상열차 시범노선이 인천으로 최종 확정됨에 따라 실용화에 한 발짝 다가서는 계기를 마련하게 됐다. 각 지자체들은 이른바 `블루오션\'으로 불리는 자기부상열차 시범노선 유치에 열띤 경쟁을 펼쳤다.
◇시속 110㎞ 도시형 자기부상열차 2012년 상업운행=자기부상열차 실용화 사업이 계획대로 진행되면 오는 2012년 한국형 자기부상열차가 인천공항 6.1km 구간을 시속 110km로 운행하게 된다. 이로써 우리나라는 일본에 이어 세계에서 두 번째로 도시형 자기부상열차를 상업 운행하는 나라에 올라서게 된다.
자기부상열차는 말 그대로 자력을 이용해 공중에 떠서 주행하는 궤도차량을 의미한다. 건설비가 적게 들고 소음이 작아 기존 대중교통 수단을 대체할 수 있는 신개념 도시형 교통수단으로 각광을 받고 있다.
자기부상열차는 바퀴에 의해 지지되고 회전모터로 구동되는 철도차량과 달리 자력에 의해 지지되고 선형모터로 움직인다.
자기부상열차 개발의 주역은 단연 한국기계연구원이다. 기계연구원은 지난 1989년 국내에서 처음으로 시속 110km 중저속형 자기부상열차인 UTM-01를 개발하는데 성공했다.
자기부상열차의 실용화 몫도 기계연구원이 맡고 있다. 개발과 실용화라는 두 마리 토끼를 도맡아 책임지고 있는 셈이다.
현재 `개발\'은 임무를 완수한 상태고 `실용화\'는 진행중이다. 자기부상열차의 성공적인 실용화를 위해 기계연은 지난해 1월말 `도시형 자기부상열차 실용화사업단\'을 출범시켰다.
기계연은 자기부상열차 개발을 마친 뒤 1993년 원내에 1.3km에 달하는 시험선로를 깔고 본격적인 실용화를 위한 준비에 착수해 지금까지 10만km가 넘는 시험주행을 마친 상태다. 또 이 자기부상열차는 일반인들이 탑승할 수 있도록 개방됐으며 오는 21일 대전 국립중앙과학관과 대전엑스포과학공원을 잇는 995m 구간을 실용화에 앞서 시험 운행하게 된다.
기계연은 사업단 출범을 계기로 도시형 자기부상열차 실용화에 본격 나서는 등 본궤도에 오르게 됐다. 최근 기계연은 오는 2012년 자기부상열차 시대를 열게 될 한국형 자기부상열차의 내외부 형상을 최종 선정하고 실용화에 더욱 박차를 가하고 있다. 이번 차량 형상이 결정됨에 따라 오는 2009년 9월 시제 차량을 제작해 기계연 시험선에서 본격적인 차량 시험을 수행할 예정이다.
◇`꿈의 속도\' 시속 550km에 도전한다=이처럼 자기부상열차는 기계연을 대표하는 간판 연구성과로 자리매김하고 있다. 자기부상열차에 대한 기계연의 애착은 여기에 그치지 않고 있다. 출연연이 가장 잘 할 수 있는 분야에 연구역량을 결집해 세계적인 연구성과를 창출하기 위해 진행되고 있는 톱 브랜드 프로젝트로 자기부상열차를 선정, 오는 2020년 시속 550km의 초고속형 자기부상열차 상용화를 목표로 연구개발에 주력하고 있다.
이처럼 선진국들이 자기부상열차에 주목하는 이유는 기술적, 경제적 측면에서의 파급효과가 크기 때문이다. 우선 궤도 위를 떠서 주행하기 때문에 마찰 및 마모되는 부품이 거의 없어 유지ㆍ보수비용을 절감할 수 있고 마찰소음과 진동을 발생시키지 않아 쾌적한 승차감을 유지할 수 있다. 또 가ㆍ감속 능력이 40km/h로 일반 철도차량 3.5km/h 보다 우수해 역간 주행시간을 감축시킬 수 있으며 대차가 궤도를 감싸고 있어 탈선 위험이 없는 것도 큰 장점이다.
경제적 측면에서는 경전철에 비해 건설비는 비슷하나 유지보수비가 낮아 경제적이고 소음이 적어 주거지역과 인접한 지역을 운행할 수 있는 한편 조립식 궤도를 이용해 건설되기 때문에 공기를 단축시킬 수 있다는 것도 장점으로 꼽힌다.
신병천 도시형 자기부상열차 실용화사업단장은 \"우리나라의 자기부상열차 기술개발 수준은 일본에 비해 70~80% 수준에 달하고 있다\"면서 \"실용화사업이 성공적으로 이뤄지면 우리나라는 세계에서 2번째로 도시형 자기부상열차를 상업 운행하는 국가가 됨과 동시에 자기부상열차 기술선진국에 진입하는 계기를 마련하게 될 것으로 기대하고 있다\"고 말했다.
대전=이준기기자 bongchu@
| 자기부상열차, 부산~신의주 2시간대 주파 | |||||||||||||||||||
◆한국 미래기술 현장을 가다 (1) / 초고속 자기부상열차◆ \"21세기 철의 실크로드를 `메이드 인 코리아`가 찍힌 초고속 자기부상열차가 달릴 수 있다면.\" 대전 대덕연구단지에 소재한 한국기계연구원의 성호경 시스템엔지니어링연구본부 팀장은 하루에도 몇 번씩 머리 속에 세계지도를 펼쳐놓고 한반도에서 유럽까지 시속 550㎞로 쏜살같이 달리는 자기부상열차를 상상한다. 시속 550㎞는 부산에서 신의주까지, 한반도 끝과 끝을 두 시간 이내에 돌파할 수 있는 속도다. 서울~부산간은 한 시간 이내다. 성 팀장은 \"초고속 자기부상열차가 실용화하면 생활뿐 아니라 국내외 육상운송에 혁명적인 변화를 가져올 것\"이라고 내다봤다. 한국기계연구원 내 초고속 시험동. 시속 110㎞로 달리는 도심형 자기부상열차를 시험운행중인 선로 아래로 연구원들이 바삐 움직이고 있다. 5ｍ 깊이 지하벙커에서는 초고속 자기부상열차의 비상을 위한 준비작업이 막바지 단계다. 연구팀은 그간 독일 흡인식과 일본 초전도 반발식 장단점을 분석해왔다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이들의 단점을 개선한 하이브리드 방식 부상기술과 추진기술을 최근 고안해 냈다. 늦게 출발했지만 기존 기술보다 안정적이고 경제적인 차량의 기본 윤곽을 내년 말까지 확정한다는 계획이다. 성 팀장은 \"2016년 시속 550㎞ 초고속 자기부상열차인 MAGLEV 550 시험운행을 목표로 3년 내 축소모델을 선보이고 실차형 개념설계에 들어갈 계획\"이라고 말했다. 자기부상열차는 차량과 레일간 접촉으로 인한 마찰이 없어 탈선 위험이 낮다는 점 때문에 시속 400㎞ 이상 초고속열차 시장에서 주목을 받고 있다. 핵심은 1량 무게가 수십 ｔ에 이르는 열차를 레일 위에 수십 ㎜ 띄우는 `부상기술`이다. 가볍고 강한 영구자석으로 열차무게를 줄이고 속도를 높이면서도 안전성과 경제성을 확보하는 것이 관건이다. 초고속 자기부상열차는 차량 아래에 조각조각 부착된 영구자석과 알루미늄이 입혀진 레일의 반발력으로 열차가 떠오른다. 반면 중저속 자기부상열차는 전자석을 이용한다. 130㎏짜리 전자석으로 1ｔ을 부상시키는 흡인식이다. 조흥제 박사는 \"최근 재료과학 발전 덕분에 강력한 자성을 갖는 Nd 계열 영구자석이 강력한 부상력을 만들어 낸다\"고 말했다. 현재 연구팀은 자체 제작한 부상시험기와 추진시험기 등 초고속 회전시험기 두 대를 세팅하는 작업을 완료했다. 제어센터 설치가 완료되면 지름 1.5ｍ 중량 300㎏인 육중한 원형선로가 회전하면서 영구자석의 힘에 의해 200㎏ 물체가 50㎜가량 떠오르는 광경을 볼 수 있을 전망이다.
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공밀레~공밀레~면 가능
이미 자기부상열차 550KM 초과달성한거 있지않았나?
기술적으로는 몰라도 상용화는 예산상 JR시고쿠가 리니어신칸센 짓는소리
기술개발은 어떻게 될지 몰라도 상용화는 무리 \'ㅅ\'
통일 이후 경의고속철도를 자기부상으로 지르면 되지.. ㄲㄲ
KTX는 어캐하고.... 그냥 부산-신의주만 자기부상 하는거임?
사기꾼을 너무 많이 봐서 (ex. 티맥스소프트 박대연) 저게 사기가 아니기를….