미래의 친환경 교통수단, 자기부상열차

 

 

멀지않은 미래. 대중교통은 어떻게 변할까요? SF영화를 보면 미래의 다양한 교통수단이 나옵니다. 바퀴 없는 열차, 하늘을 나는 자동차, 트랜스포머 잠수함 같은 것이죠. 이처럼 미래에는 새로운 교통수단이 쓰이게 될 것입니다. 영화 속에 나오는 것들이 현실이 되는 것이죠. 이들의 공통점은 무엇일까요? 우선 바퀴가 없습니다. 소음도 작죠. 그런데 빠르기는 현재의 2~3배 이상입니다. 과연 가능할까요?

 

국내에서도 미래 교통수단을 연구하고 있습니다. 자기력으로 달리는 '자기부상열차'가 대표적입니다. 아마 한 번쯤은 들어봤을 텐데요. 자기부상열차는 미래의 친환경 교통수단으로 각광받고 있습니다. 왜일까요? 저렴한 유지비용, 환경보호 설계, 최소 소음이 주된 이유입니다. 비단 이것뿐이 아닙니다. 빠른 속도와 높은 안전성도 빼놓을 수 없습니다.

 

이미 미국, 일본, 독일 등 선진국에서는 차세대 교통수단으로 연구하고 있으며 일부 국가는 상용화까지 했죠. 우리나라도 2014년 인천 자기부상열차 상용 운행을 목표로 열심히 노력하고 있는데요. 그럼 친환경 미래교통수단인 자기부상열차에 대해 좀 더 알아볼까요?

 

친환경 미래 교통수단 '자기부상열차'

 

 

자기부상열차는 노면 마찰력이 아닌 자기력으로 달립니다. 즉, 바퀴가 달려있지 않다는 말이죠. 노면에 부상한 후 오직 자기력으로만 주행하는데요. 이점은 가장 큰 장점입니다. 자기력으로 주행하면 우선 소음이 작습니다. 전철 내부 소음은 평균 75dB입니다. 그렇다면 자기부상열차는 얼마일까요? 65dB입니다. 무려 10dB이나 적죠. 매우 조용한 편에 속합니다. 더불어 전철의 덜컹거림이나 흔들림이 없어 승차감도 좋습니다.

 

둘째, 타이어 마모와 브레이크 분진이 없습니다. 자기부상열차의 제동장치는 마찰을 이용하지 않죠. 환경오염을 일으키는 물질이 배출되지 않습니다. 또한 소모품이나 마모로 인한 철로 정비 등도 필요하지 않습니다. 친환경적이며 유지관리 비용도 대폭 줄어듭니다.

 

마지막으로 안전성이 아주 높습니다. 자기부상열차는 전철과 달리 좌우가 'ㄷ'자형 궤도를 그리고 있습니다. 이는 탈선을 할 위험이 없다는 말입니다. 전자석에서 발생하는 전자파 노출양도 아주 미미합니다.

 

자기부상열차의 핵심은 '자기력'

 

 

자기부상열차의 핵심은 바로 '자기력'입니다. 자기력은 척력(밀어내는 힘)과 인력(달라붙는 힘)을 가지고 있습니다. 따라서 자기부상열차도 두 가지 방식으로 나누어집니다. 척력의 힘을 이용할 경우 반발식, 반대로 인력을 이용할 경우 흡인식 자기부상열차라고 합니다.

 

반발식 자기부상열차는 궤도로부터 밀어내는 힘을 작용해 레일에서 10cm 정도 부상하게 됩니다. 따라서 자기력이 일정하게 유지되는 안정계를 유지해 고속에는 적합하죠. 그러나 저속에서는 자기력을 유지하기 힘든데요. 이에 따라 별도의 지지 기구가 필요합니다. 반대로 흡인식은 궤도에 붙으려는 힘을 이용합니다. 그래서 0.8~1.5cm 정도 부상하게 됩니다. 따라서 불안정계에 속하죠. 그렇기 때문에 별도의 안전장치가 필요하지만 저속에서도 자기력을 유지할 수 있어 도시형에 적합합니다. 중국과 독일의 경우에는 반발식, 우리나라와 일본은 흡인식 자기부상열차 개발에 주력하고 있답니다.

 

 

우리나라가 개발하고 있는 도시형 자기부상열차는 크게 두 가지 원리로 구분합니다. 앞서 살펴보았던 것과 같이 '뜨는 힘'과 앞으로 나아가기 위해서는 '달리는 힘'이 필요합니다. '뜨는 힘'은 부상 전자석에 전기가 공급되면 흡인력이 작용하고 그 중간에 갭 센서가 철로와 일정 거리를 유지할 수 있도록 즉각 반응해 공중에 차량이 떠 있도록 만들어 줍니다.

 

'달리는 힘'은 우리가 자주 볼 수 있는 전동기를 생각하면 됩니다. 전동기에 전기를 공급하면 코일에 의해 자기력이 발생합니다. 이때 동력을 제공하게 되는 것입니다. 자기부상열차는 모터를 넓게 펴 놓은 형태의 선형 유도전동기에 의해 앞으로 나아갈 수 있는 것입니다.

 

'인천자기부상열차' 상용화 및 개발 과정

 

 

우리나라는 1989년 '도시형 자기부상열차 개발 국책연구 사업단'을 발족하면서 자기부상열차 개발에 본격 착수했습니다. 그 후 두 대의 시험 모델을 거쳐 1993년 대전과학엑스포에서 자기부상열차 전시 운행을 실시했습니다.

 

1996년부터는 도시형 자기부상열차를 개발하고 약 1km 정도되는 시험선 위에서 운행을 했는데요. 이때부터 다양한 연구가 진행됩니다. 이후 UTM-02 모델을 개발한 것은 물론 국립중앙과학관 - 대전엑스포과학공원 시험선에서 운행 중입니다. 그 후 2009년 인천국제공항을 운행하는 인천자기부상열차 시제차량 제작이 완성되었고, 2014년 6월경부터 일본에 이어 두 번째로 도시형 자기부상열차 상용 운전이 시작되었습니다.

 

바퀴없이 가는 대중교통

 

 

유스로거가 직접 국립 중앙과학관을 찾았습니다.그곳에서 자기부상열차를 체험해봤습니다. 15분 정도 자기부상열차의 원리에 대해 설명을 듣고, 실제 자기부상열차에 사용되는 부품을 볼 수 있었습니다. 그 후 자기부상열차가 부상하는 모습을 보았습니다. 약 1cm 정도 부상하기 때문에 육안으로 크게 확인할 수는 없었는데요. 하지만 바퀴 없이 주행하는 모습은 확인할 수 있었답니다.

자기부상열차에 대한 설명이 끝나면 실제로 탑승해볼 수 있는데요. 약 1km 구간을 직접 시승했답니다. 열차 내부는 다른 전동차와 크게 다른 점이 없었습니다. 신분당선처럼 무인 운전이 가능한 열차이기에 전면부가 개방되어 있습니다. 소음이 없어 내부는 몹시 조용한데요. 마찰과 진동 역시 없어 승차감이 좋았습니다.

 

 

우리가 흔히 볼 수 있는 '자기력'이라는 에너지가 운송 수단의 동력 역할을 할 수 있다는 것이 정말 놀랍지 않나요? 흔히 자기력 하면 자석의 N극과 S극을 생각할 텐데요. 작은 생각이 만들어낸 큰 에너지라 할 수 있습니다.

 

오는 7월부터 인천국제공항역에서 용유역까지 6.1km 구간에서 자기부상열차의 운행이 시작될 텐데요. 자기부상열차의 상용화는 일본 나고야에 이어 세계 두 번째랍니다. 정말 대단하고 또 신기하지 않나요? 바퀴 없이 자기력이라는 힘만으로 공중에 떠서 가는 열차라는 것을 알고 탄다면 기차타는 재미도 더 쏠쏠하지 않을까 합니다.

 

친환경 교통수단으로 이루어질 미래의 모습, 여러분도 기대되지요? ^^