도시형 자기부상열차 차량 개발
"부상하여 달리는 도시형 자기부상열차는 철도교통 시장의 차세대 주자이다"
[연구진 인터뷰]
●‘도시형 자기부상열차’를 KTX 혹은 지하철로 오인하는 사람들이 많다. 도시형 자기부상열차와 본 연구에 대해 소개한다면.
도시형 자기부상열차의 형태는 지하철, KTX와 비슷하지만 전혀 다른 개념의 철도교통수단이다. 바퀴가 없이 차체가 궤도를 감싸는 구조로 레일과의 마찰이 없이 떠서 가는 형태이다. 이 때문에 진동, 소음이 적어 환경친화적이며, 주행성능이 우수하고 유지보수비가 저렴하다. 독일과 일본에서 연구가 시작됐으나, ‘도시형’은 일본에 이어 세계 두 번째로 실용화할 예정이다. 그동안 자기부상열차 국책연구는 차량 및 신호시스템에 국한된 기술 개발이었으나, 이번 연구는 실질적인 차량, 토목·궤도, 전력, 신호 등 토털 시스템 개발사업이다.
● ‘도시형 자기부상열차실용화사업’은 어떻게 진행되고 있으며, 이로 인해 앞으로 달라지게 되는 점이 있다면?
이번 사업은 자기부상열차의 본격 상업화를 위한 것으로 기술 보완을 통하여110km/h급 무인운전 자기부상열차를 개발하고, 시험운행을 위한 6.1km의 시범 노선을 인천 공항 내에 건설하고 있다. 지난 1988년 자기부상열차 연구개발에 착수한 이래 1993년 대전 EXPO 전시·운행용 실모델을 개발했으며, 차량개발 및 주행시험을 거쳐 2006년 말부터 110km/h급 차량개발 사업이 진행 중이다. 앞으로 자기부상열차가 실용화되면 기존의 바퀴식 열차에 비하여 소음, 진동이 작고, 분진이 발생하지 않으므로 철도차량 분야에 있어서 저탄소, 녹색기술의 대표주자로 자리매김하게 될 것이다. 또한 자기부상열차의 운행노선 건설에 있어 지형적 제약도 덜 받는 특징을 잘 활용한다면 주거단지뿐 아니라, 급 구배·급곡선이 많은 지역이나 빌딩 사이로도 열차 주행이 가능할 것으로 본다.
● ‘이번 연구를 실용화하면 일본 나고야에 이어 전 세계 두 번째 성공이다. 앞으로 기대가 클 것 같다.
저탄소 녹색성장이 전 세계 이슈로 자리잡은 만큼 도시형 자기부상열차의 상용화는 선진기술 조기 확보를 통한 기술적. 경제적 국가 성장 동력원으로 기여하게 될 것이라 생각한다. 현재 도시형 자기부상열차의 추진장치 및 무인운전 시스템 등 핵심기술을 포함한 97% 이상이 국산화에 성공하여, 자기부상열차의 선진국인 일본과 대등한 기술력을 보유한 것으로 평가 받고 있다. 또한 차량의 독자적인 모델 개발과 자체 생산기술 확보로 국가기술력 홍보 및 대외 이미지 제고에도 도움이 될 것이다. 더 나아가 본 사업을 통해 실용화 실적이 확보되면, 국내 및 동남아 등 해외시장 진출이 가능할 것으로 기대된다.
플랫폼에 열차가 먼지 하나 없이 조용히 들어선다. 한 눈 팔다가는 언제 들어왔는지도 모를 정도다. 최고 음량의 이어폰마저도 소음이 뚫고 들어오는 예전의 요란한 전철을 생각해 본다면 이건 거의 ‘승객도 모르게’ 슬쩍 왔다 가는 느낌이다. 마침내 문이 열리고 탑승하자 다시 조용히 열차가 움직이기 시작한다. 출발할 때 기분 좋은 ‘우웅’하는 울림만 있을 뿐, 빙판을 미끄러지듯 조용하게 움직인다. 그렇다고 느린가하면 그런 것도 아니다. 기세 좋게도 도심 속을 100km/h로 질주한다. 창문으로 내려다보이는 도로의 러시아워를 비웃듯, 매끄럽고 고요하면서도 빠르게 목적지에 도달한다.
차세대 대중교통인 자기부상열차가 그려 낼 미래상이다. 자기부상열차는 자석의 힘으로 마찰력을 거의 없앤 상태에서 운행하는 교통수단이다. 말 그대로 자석의 힘을 이용해 열차를 살짝 띄워 움직이니 빠른 속력을 내면서도 흔들림이나 소음을 거의 없앨 수 있는 것이다. 소음과 먼지, 공해가 없으면서도 선로가 일반 궤도열차에 비해 훨씬 작은 공간을 차지하는데다 빠르고 유지비용도 적다는 장점을 두루 갖추어 도심을 가로지르는 대중교통으로 이상적이다. 이 때문에 독일과 일본 등 기술선진국들은 1960년대부터 자기부상열차를 지속적으로 연구해 왔다.
자기부상열차 하면 으레 상하이의 푸동 공항을 기점으로 운행되는 <상하이 자기부상열차>를 떠올린다. 그러나 상하이 자기부상열차는 공항과 도심을 잇는 특수 운송수단에 가깝다. 운행속도도 일반 대중교통의 상궤를 벗어난 430km에 육박한다. 이래서는 도시형 대중교통이라 할 수 없다. 진정한 도시형 자기부상열차는 일본 나고야에서 2005년 개통된 9km 정도 길이의 노선이 유일하다. 도시형 자기부상열차는 상하이 자기부상열차와 달리 비교적 저속인 100~150km/h 정도로 운행된다. 도심에서 운행한다는 특성상 역간 거리가 짧아 가속, 감속에 일정 거리가 필요하다보니 더 이상의 속도로 운행하기에는 무리가 있을 뿐 아니라 도심운행에 따른 안전문제도 있어 무작정 속도를 높일 수 없다. 무엇보다 지나치게 빠른 자기부상열차는 상대적으로 에너지 효율이 낮아 도시형 대중교통으로 활용하기에 경제성이 떨어진다.
자기부상열차의 정숙성과 빠른 속도를 가능하게 한 장치가 바로 선형모터다. 일반적인 모터는 제자리에서 회전하는 원형으로 그 회전 에너지를 직선운동 에너지로 전환하기 위해 대형 기어 커플링이 소요되었지만 선형모터는 이를 일직선으로 펼친 모양을 하고 있어 직접 직선운동 에너지를 생성하므로 기어 커플링이 필요 없다. 이 선형모터는 자석의 원리에 따라 ‘초전도반발식’과 ‘상전도 흡인식’으로 나뉘며, 그 중 상전도 흡인식이 도시형 자기부상열차에 사용 된다. 상전도 흡인식은 열차의 전자석이 레일 면 아래에서 1cm 정도의 틈을 둔 채 자석간의 인력을 이용해 부상하는 원리이다. 즉, 차량 아래 부분이 지지 레일을 감싸는 형태로 차량 전자석이 레일 아래쪽에 위치하여 지지 레일과 자석간의 끌어당기는 힘을 조절하며 차량을 고정된 궤도 ‘아래’에 떠있도록 한다.
도시형 자기부상열차는 선진국보다 다소 늦지만 1989년부터 우리나라도 본격적인 연구에 돌입하여 2006년 실용화 사업에 착수했다. 현재 실용화사업은 본격적인 궤도에 올라 110km/h급 무인운전 차량을 개발하여 시험운행에 성공하였으며 2013년, 인천공항에 6.1km 길이의 상용 노선을 개통하기에 충분한 기술력을 확보할 것으로 보인다. 이전에도 국내에서 3차례 자기부상열차 시스템 개발 경험이 있으나 기존 개발방향은 전체 시스템이 아닌 차량과 신호시스템 위주였던데다 개발된 기술의 성능도 상용화하기에는 모자란 수준이었다. 그러나 실용화사업에서는 상용 노선을 개통하는 데 모든 초점을 맞추어 종합적인 교통시스템을 구축할 수 있는 원천기술을 확보할 계획이다.
도시형이라는 타이틀에 걸맞게 구조물을 슬림화하고 공사기간을 단축하는 방안도 강구중이다. 한국기계연구원과 대우건설 등은 공사비가 조금 더 들더라도 시민들의 교통 불편을 최소화하기 위해 미리 제작된 바닥판의 상부구조를 이용하여 조립식으로 선로를 만드는 ‘프리캐스트 공법’을 개발하여 이를 인천국제공항의 실용화 노선 설계에 반영했다. 이와 함께 자기부상열차 운용에 필수적인 분기기를 자체 개발하여 향후 한국형 자기부상열차 시스템을 수출할 수 있는 토대를 마련하기도 했다.
오래 된 도시들은 도시기능 재편과 함께 운송수단의 업그레이드도 고민거리다. 앞으로는 경제적, 사회적 문제를 최소한으로 제한하면서도 친환경적으로 운용할 수 있는 교통수단이 주목을 받고 시장에서 선전할 것이다. 자기부상열차가 미래 전략수출산업으로 평가받는 이유다. 국내에서 연구가 차근차근 진척되면 조만간 세계 곳곳에서 달리는 우리 기술의 자기부상열차를 볼 수 있을 것이다.
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