튜브트레인
1. 개요
진공 혹은 아(亞)진공 상태의 튜브 속을 달리는 자기부상열차. 공기에 의한 마찰이 없어져 에너지 손실이 적으므로 고속을 달성하기 쉬워진다. 한마디로 지하철의 고속화 버전이라 할 수 있다. 물론 튜브를 지상에 고가로 건설할 수 없는 건 아니지만 논의되고 있는 건 거의 지하에 건설하는 것이 대부분이다.[1]
시속 700km/h를 '''초기''' 목표로 삼고, 상상하고 있는 건 마하 3에 해당하는 속력인 시속 3000km 이상을 보고 있는 꿈의 운송수단이다. 열차의 수송력을 생각해 보면 항공기를 직접적으로 위협할 만하다.
일반 바퀴식 열차도 진공 터널 속을 달리면 700km/h 이상의 속력을 내긴 낼 수 있지만, 자기부상열차가 논의되고 있는 이유는 이 정도의 고속주행에서 바퀴의 마찰손실 및 소음, 진동, 불안정성 등을 감당하기 힘들기 때문. [2] 자기부상열차는 물리적인 접촉이 없기 때문에 이런 문제로부터 자유롭다.
2013년 기준, 테슬라의 창업주 엘론 머스크가 구상하는 하이퍼루프가 이 튜브트레인의 아이디어에 가장 근접해있다. 참고자료1참고자료2 보통 지하에 건설하는 걸 논의하는 것과 달리 그의 하이퍼루프는 지상에 고가로 건설되며 전력 문제는 튜브 지붕에 설치한 태양광 패널을 사용해 충당한다. 1량짜리 열차(?)를 사용하고 따로 기관사가 없이 자동운전된다. 현재 공개된 컨셉아트 등을 보면 완전한 진공 튜브를 사용하는 건 아니고 단지 기압이 낮은 관을 사용하며[3] 기존 자기부상열차처럼 열차가 레일 위를 추진하는 게 아니라 튜브가 열차를 추진시킨다. 지붕에 덮는 태양광 패널은 튜브 내 기압을 낮추기 위한 진공펌프를 돌리고 튜브 내의 차량을 가속시키는 데 주로 사용되는 것으로 보인다.
2015년 10월 미국 언론 보도에 따르면 2개 회사에서 캘리포니아 지역에 시험주행 시설을 건설하려는 계획이 있다고 한다.기사
2. 주의사항
현재 튜브트레인은 아이디어 단계이지 이를 현실화 할 제대로 된 계획도, 예상되는 문제점을 보완할 기술적 완성도를 갖춘 시범선도 운행되지 않는다. 자기부상열차의 경우처럼 아이디어는 오래 되었지만 현실화가 늦는 계획이 될 가능성도 있다. 이 때문에 통일되지도 않고 체계적인 분류를 거치지도 않는 다양한 개인 의견이 본 문서에 혼재하니 착한 위키러는 가려 가며 읽을 것. 본 문서는 MPOV문서에 가깝다.
3. 장점
열차는 수송력이 다른 지상, 항공 운송수단에 비해 매우 좋다. KTX 한편성도 950명가량을 한 번에 수송한다. 현존 항공기 중 가장 크다는 A380도 800명 이상은 힘든데 고속열차는 이보다 더 많은 승객을 실어나를 수 있다. 게다가 국내의 KTX를 보면 알듯이 맘만 먹으면 배차간격을 30분이나 그 이하로 촘촘하게 할 수 있다. 항공기로는 운항 스케줄을 상황에 맞춰 임의로 변경하기 쉽지 않다.
그리고 비행기는 기본적으로 포인트 투 포인트. 즉 출발지와 도착지 중간에 중간 기착지가 없다.[4] 중간 기착 항공기라도 일단 한 번 내렸으면 승객들이 모두 하기해야 하는 게 원칙이다.[5] 하지만 열차는 그냥 계속 자리에 앉아있어도 상관없다. 항공기는 일단 한 번 내릴 때마다 최소한 주유는 해야 하므로 다시 뜰 때까지 시간이 꽤 걸리는 편이지만 열차는 정차 시간이 1분 내외이다. 즉 중간 기착지로 인한 표정속도 감소가 항공기에 비해 현저히 낮다는 얘기. 거기에 튜브트레인은 표정속도 자체도 항공기와 맞먹거나 오히려 더 높은 지경[6]이니 상용화만 된다면 가장 빠른 속도의 국제 여객운송수단이 될 수 있다.
또한 진공이나 아진공에서 달리기 때문에 일반 고속철도를 달릴 때 외부로 나는 소음이 거의 없어서 소음공해로부터 어느 정도 자유로운 편이다. 물론 내부의 소음은 어찌할 수 없겠지만, 통상적으로 철도의 소음이 외부의 소음과 내부의 소음이 같이 섞여 들리는 경우가 많은 만큼(공기저항에 따른 소음도 무시할 수 없다), 자기부상열차+(아)진공인 튜브트레인은 (소리를 전달할 매질인 공기가 희박하므로) 소음이 많이 줄어든다고 볼 수 있다.
4. 단점
문제는 초기 인프라 구축비용이 심각하게 비싸다는 것. 일개 국가 단위 프로젝트로는 어림도 없고 최소 대륙별로 연합해야 그나마 가능성이 있다. 어차피 이런 물건은 장거리 여객운송 수요를 바라보고 짓는 것이므로 국제선이라는 전제가 따라붙을 경우가 많을 텐데, 여러 국가의 합의 및 공동투자를 이끌어내는 것도 어렵고 이 기술이 검증된 게 아니기 때문에 대규모 투자를 하기에도 무리가 있다. 즉 지르려면 크게 질러야 의미가 있는데 검증이 안 된 물건이라 실패하면 리스크가 너무 크다는 것.
그리고 튜브를 유지하는 비용 문제로 운임이 현실적이지 않을 수 있다. 공항보다 압도적으로 큰 인프라 유지비용이 들어가기 때문이다. 게다가 사고나면 해당 활주로 정도만 폐쇄되는 항공기와 달리 열차는 사고나면 해당 노선 전체가 올스톱한다는 치명적인 문제가 있다.[7]
5. 기술적 난점
가장 큰 난점은 바로 튜브의 진공 상태를 유지할 밀폐기술 및 진공펌프 기술. 자기부상열차 자체는 이미 실용화단계에 와있으므로 큰 문제가 아니다. 진공 실링은 언제든 깨질 수 있으므로 각 폐색 구간별로 차단막 같은 걸 만들어둘 필요가 있는데 열차의 운행에 지장을 주지 않으면서 이런 걸 장치하는 방법을 고민해야 한다. 또 700km 이상 고속으로 달리므로 기존 고속열차에서 사용하는 가공전차선 집전방식을 사용하기 어렵고 일종의 무선 송전 방식을 취해야 한다. 열차 자체적으로 전력을 생산할 수 있다면 좋겠지만 현재 기술로는 원자력이라도 도입하지 않는 한 그게 불가능하므로[8] 무선 송전 기술도 연구가 필요하다. 무선 송전이래봐야 송전거리가 30cm 내외이니 현재 기술로 얼마든지 실현 가능하긴 하지만 문제는 그 기술로 구현된 전력량이 아직 와트 단위도 힘들다는 거. 최소 수백 킬로와트 이상을 무선으로 송전할 수 있어야 한다.
그리고 터널이 진공이라 하더라도 완벽한 진공상태를 유지할 수는 없기 때문에 터널 내 발생하는 충격파 문제도 해결해야 한다. 터널 자체는 완전히 폐쇄 루프로 구성될 가능성이 높으므로 터널 입구나 출구에서 발생하는 충격파 문제는 없다고 하더라도 일단 마하 1을 넘어가는 속도로 달리는 열차이니 소닉붐 같은 게 터널에 손상을 가할 수 있다.
그리고 승객들은 숨을 쉬어야 하니까(...) 열차 내 이산화탄소 정화시설 및 산소공급장치 등의 설치가 필요하다. 역사와 튜브 사이를 연결하는 부분도 신경써야 한다. 여압장치를 이용하여 외부로 부터 산소를 공급받는 항공기와는 달리 튜브트레인은 산소를 자체적으로 발생가능해야 한다. 산소 공급 문제는 굳이 전기 분해 장치를 도입할 필요 없이 중간중간 역에 정차할 때마다 압축공기를 공급받거나 해서 극복할 수 있으나 1분 내외의 짧은 정차 시간 사이에 그걸 해 내야 하므로 이것도 나름 난제. 일반 열차는 그냥 열차 문 열고 타고 내리면 끝이지만, 진공 터널인 역에 정차하려면 열차 앞뒤 양쪽 에어록(air lock)을 막는다 - 공기를 넣는다 - 문을 열고 승하차 - 문은 닫는다 - 공기를 뺀다- 에어록을 연다- 발차(또는 열차 앞쪽 에어록 도어를 연다 - 발차 후 뒤쪽을 연다) 라는 귀찮고, 소음을 동반하며, 시간이 걸리는 작업이 필요하다. 열차가 들어가는 터널 안이라는 큰 체적에 공기를 넣었다 빼는 시간을 더하면, 일반 열차와 같은 짧은 시간 안에는 물리적으로 할 수가 없다. 물론 무인 화물 전용 열차로 만든다면 이건 고민할 필요가 없을 수도 있지만...
6. vs.
6.1. 항공기
튜브트레인의 가장 직접적인 경쟁자는 바로 항공기, 그중에서도 장거리 대형 여객기이다. 항공기는 알다시피 공항에만 뜨고 내릴 수 있다. 운행 간격도 많아야 하루에 몇 편, 거기에 날씨가 안 좋으면 지연에 결항크리, 그리고 경우에 따라서는 환승도 해야 한다. 그럴 때마다 매번 보안검사니 뭐니 승객을 짜증나게 할 요소가 많이 있다. 하지만 튜브트레인은 일단 기본이 열차다.[9] 기본적으로 실어나를 수 있는 승객수는 현존하는 가장 큰 여객용 항공기인 A380을 올 이코노미로 채운 것과 동등하거나 더 많다. 거기다 배차간격을 거의 분 단위로 잡을 수도 있고[10] 열차니까 중간중간 멈출 수 있다.
그리고 항공기는 자력으로 움직여야 하기 때문에 연료 무게가 추가된다. 딱 목적지까지 날아가는 양이 아닌 그 인접공항까지 날아갈 양의 연료를 채워야 하고 잘 알다시피 기름값은 비싸다. 열차(자기부상열차)는 외부에서 에너지를 공급받아 움직이므로 연료를 실어나르는 에너지를 아낄 수 있고 이는 운임을 떨어뜨린다. 그리고 열차는 수틀리면 그 자리에 정차해서 대기하고 있으면 되므로[11] 보험료라든지 정비수요라든지 이런저런데서 또 지출이 줄어든다.
그러나 그놈의 진공 터널이 돈을 자비없이 퍼먹기 때문에 여기서 지출이 확 늘어나게 되며 이거 하나 때문에 운임이 항공기 요금보다도 비싸질 수 있다는 주장이 제기되고 있다. 이렇게 되면 도심 진입이 원활하다는 장점 하나만을 믿고 건설해야 하는데 공항은 수익이 없으면 폐쇄라도 하지 튜브트레인은 그것도 난감해진다. 게다가 워낙 속도가 빠른 열차다 보니 선형이 아주 곧아야 하며 항공기처럼 수요에 맞춰 유연하게 노선을 바꿀 수도 없다. 운영 방식도 독점식이 될 수밖에 없어 항공사간의 자율경쟁 뭐 이런 것도 생각하기 어렵다. 거기다 빠른 속도의 특성상 국제 철도망이 될 공산이 큰데, 운영권 등을 놓고 국가 간 갈등이 생길 우려도 있다.[12] 그리고 당장 건설 초기부터 국가 간의 의견 차가 있다거나 간혹 분쟁지역과 국경을 맞대고 있으면 깔고 싶어도 통 깔 수가 없어진다.(...)[13]
그리고 사소한 거지만 튜브트레인은 바깥 경치를 감상할 수가 없다(!). 여행의 낭만을 즐기려는 사람들에게는 항공기가 훨씬 더 어필한다는 얘기다. 그 때문에 대부분의 회사에서는 대신 LCD 벽면을 차용하여 실시간으로 창밖의 풍경을 시연할 예정이지만 창밖으로 실제 풍경을 보는 것과는 엄연히 다르다. [14]
6.2. 고속열차
튜브트레인 자체가 고속열차이지만 여기서 말하는 고속열차는 KTX 같은 일반 바퀴식 고속열차를 말한다. 직접적인 경쟁이 되지는 않을 공산이 큰데 왜냐면 튜브트레인은 아무래도 운송 단가가 비싸게 나올 것이기 때문이다. 즉 기존의 고속철도는 1000킬로미터 내외의 중거리 수요에 집중하는 형태가 될 것이다.[15]
6.3. 도시철도, 지하철
튜브트레인으로 1킬로미터 내외의 단거리를 주행하겠다는 건 항공기로 치자면 인천공항 제1활주로를 이륙해서 제2활주로에 착륙하는 여정과 똑같다. 돈지랄을 한다쳐도 금전적으로도 시간적으로도 손해가 나므로 이런 단거리 수요를 흡수하지는 못한다. 무슨 열차가 트론의 라이트사이클도 아니고 정지상태에서 0초 만에 시속 700km로 가속할 거라 생각하진 않을 것이다. 인류가 물리학의 관성을 제어할 수 있을 때까지 이건 무리다.
6.4. 자동차
애초에 자동차와 튜브트레인은 용도가 달라 비교 대상이 아니다. 현존하는 모든 교통수단에 대해 자동차는 현장 접근성에 있어서 넘사벽의 우월성을 지닌다. 아니, 애초에 자동차를 제외하고 개별 건물에 대한 접근가능성을 상정하는 교통수단은 존재하지 않는다. 기껏해야 헬기 등 수직이착륙 가능한 공중수송수단 정도가 제한된 상황에서 경쟁 가능하다. 장거리 여행의 경우 자동차는 애초에 현존하는 여러 교통수단에 비해 불리하다. 미국 대륙을 횡단하기 위해 자가용을 이용한다면 유아/노약자 동반 등의 이유가 있거나 개인의 취미 영역이지 효율과는 무관하다. 따라서 애초에 자동차와 비교를 상정하는 것 자체가 불합리하다.
6.5. 선박
여객용, 특히 해외여행으로 선박을 사용하는 건 현재 크루즈 관광수요 말고는 한중,한일,홍콩-마카오 등 특정구간 외에는 드물다. 운임 자체는 무척 싸지만 배 위에서 아무 것도 못 하고 날려야 하는 시간을 생각하면[16] 가성비는 최악. 튜브트레인 버전의 화물열차를 운용할 수도 있겠지만 초고속 특송화물에만 적용될 것이고 이런 화물을 나르는 주체는 비행기다.
7. 오해
튜브트레인은 진공 튜브 속을 자기부상열차가 달리는 것이다. 진공튜브라는 말을 오해해 공기압으로 열차를 밀어낸다고 착각하는 사람도 일부 있으나 그것은 기술적인 난이도는 둘째치고 추진시킨 열차를 다시 제동시키는 게 매우 어렵다.[17]
밀폐를 위한 튜브는 투명한 재질을 사용할 가능성은 거의 없다. 지하철과 달리 튜브 안은 진공이라 사람이 들어가 유지보수하기 매우 곤란하므로 조명 시설 같은 것도 설치하기 어렵고 따라서 튜브트레인 내부에는 창문이 없을 가능성이 높다. 전방에 대한 주시도 차창을 보면서 달릴 확률은 낮고 그보다는 센서를 이용하게 될 것이다. 애초에 속도가 마하 단위인데 인간의 동체시력으로 뭔가를 발견해봤자 이미 늦는다.
진공터널 속에는 공기저항이 거의 없으므로 열차를 추진시키는데 들어가는 에너지는 의외로 적다. 역학적 에너지 보존을 생각하면 한 번 가속해 놓으면 그 운동에너지는 궤도에 경사가 있지 않는 한은 보존된다. 대부분의 에너지는 진공펌프를 돌리는 데 투입되게 된다.
그리고 극단적인 고속이 아니라면 진공터널의 밀폐에 실패해서 갑자기 터널 내 공기가 들어찬다고 열차가 뻥 터져버린다거나 하지는 않는다. 급격히 속력이 줄어들 뿐이다. 마하 3 정도 된다면 진공상태가 갑자기 깨져버릴 경우 차량 파손 및 승객 부상이 일어날 정도의 가속력 변화가 충분히 오고도 남겠지만 여기서 얘기하는 건 압력차 때문에 차량이 터져버리진 않는다는 것이다.
자기부상열차는 궤도가 기존 철도와는 완전히 다르기 때문에 당연히 기존 철도와의 연계는 불가능하다. 따라서 TSR 같은 노선을 재활용하는 건 당연히 꿈도 꿀 수 없다. 일반 철제 선로를 자화시켜서 떠오르는 자기부상열차를 개발하면 모를까.
현재의 터널 굴착 기술로는 대륙을 횡단하는 크고 아름다운 스케일의 지하터널 건설 자체가 불가능하다. 정말 울릉도와 하와이를 잇는 태평양 횡단 고가도로를 건설하는 시간과 돈에 맞먹는다.[18] 따라서 현재로선 그냥 공상의 영역. 물론 3만 6천 킬로미터짜리 우주 엘리베이터를 진지하게 고민하는 집단도 있는데 지하터널 10만 킬로미터 굴착도 '''현재''' 불가능하다는 거지 미래에도 못한다고 할 수는 없다. 다만 '''미래'''를 끌어들일 경우 무엇이나 다 말해도 무관하므로 미래에 불가능하는 보장이 없다는 이야기는 희망을 표현하는 것이지 책임있는 주장이라고 할 수 없다. 미래에 대한 가능성을 논하려면 예상되는 문제들에 대한 이론적 해결책 정도는 주어야 의미 있는 논의가 가능하다. 가장 큰 문제는 열차가 다닐 시설을 건설할 땅, 즉 지구의 지각이란 게 고정된 것이 아니라는 거다. 끊임없는 화산 활동과 지진이 일어나는 게 지구이며, 시설에 영향을 미칠 지진이 일어나지 않고 승객과 화물 수요가 나올 도시끼리 연결할, 최소 1,000 킬로미터 이상 되는 노선을 지각의 움직임에도 불구하고 진공상태로 유지하도록 건설할 수 있는 곳이 얼마나 있을지? 열차가 초고속으로 움직이기 때문에 어디 한 군데라도 뒤틀리거나 깨진다면 대형 사고가 난다. 이런 여러 어려움 때문에 튜브트레인이 실제로 실현 가능할지는 현재로선 미지수다.
8. 한국
똑같은 것은 아니지만 이와 비슷한 '''아음속 캡슐 트레인'''을 개발하고 있다.
9. 중국
2017년 시속 400㎞의 진공관 고속열차 시험선을 건설할 예정이다. 2020년 7월 현재 시험선이 완공되었다는 기사는 없다.
10. 같이보기
[1] 이 부분에 대해서 엘론 머스크(테슬라 사장)는 고가다리 형식의 튜브트레인 하이퍼루프를 추진하고 있다.[2] 바퀴식 열차는 점착력(마찰력)의 한계로 구동이 불가능해서라고 오해하기 쉬운데, 바퀴식 열차라고 반드시 점착력으로 구동하는것은 아니다. 바퀴식 열차라고 해도 리니어 모터로 구동하면 점착력문제로부터는 자유로워진다. 우리나라에서도 이미 용인 경전철에서 사용하는 방식.[3] 일반 상업용 진공 펌프로 달성 가능한 기압 수준에서 타협한다고 한다. 액체 질소와 액체 헬륨의 관계(즉 비용문제)라고 보면 된다.[4] 허브 앤 스포크 방식은 환승을 뜻하는 거지 단일 항공기로 한다는 게 아니다.[5] 엄밀히는 중간기착에서 승객이 내리지 않고 추가 탑승하는 형태로 운영한 적이 많았으므로 절대적인 건 아니다. 이러한 형태로 운용하는 것은 보안 및 정비요건의 이유가 더 크다.[6] 물론 순탄하게 목표로 삼은 저 속도를 달성할 때 기준이고 항공기도 예전 초음속 항공기 구상할 때는 마하 5~6까지도 거론 됐었다.[7] 기존 철도망처럼 대피선이나 우회로를 갖춘다면 노선 올스톱 문제는 극복 가능하다. 이걸 실제로 건설한다면 당연히 이런 시설을 일정 거리마다 만들 것이다. [8] 게다가 이 경우는 연료(에너지원)을 탑재하지 않아도 된다는 메리트가 상실된다.[9] 그러나 튜브트레인이 현실화된다면 항공기만큼의 혹은 그 이상의 보안검사가 요구될 가능성이 높다. 항공기에서 보안검사를 하는 이유를 생각해보면, 테러나 사고 등의 비상 상황에 유연하고 신속하게 대처할 수 없으며 사고시 거의 모든 탑승객이 사망한다는 점이 있다. 거의 밀폐된 튜브 안을 비행기보다 훨씬 많은 승객을 태운 채 초고속으로 달리는 튜브트레인은 이들 특성을 가지고 있다. 더 나아가 대개 한 기체의 사고로 끝나는 항공기 사고와는 달리, 튜브트레인은 한 편성에서 사고가 발생할 경우 사고 구간을 포함한 전 시스템이 마비된다는 점에서 사고에 의한 피해는 훨씬 크다.[10] 항공기는 활주로 용량 문제 때문에 무작정 편성을 늘릴 수 없다[11] 항공기는 수틀려도 일단 착륙까지는 보장을 해야 하기 때문에 여기에 투입되는 비용이 아주 비싸다[12] 아시아와는 달리 유럽에서는 국제 철도망이 흔하고 아메리카에서는 현실적으로 길어봤자 미국-캐나다-알래스카 이상으로 잇지 못하므로 두 나라 간에 합의만 잘 본다면 별 일 없지만, 아시아의 경우 러시아의 시베리아 횡단 철도가 아닌 이상 어쩔 수 없이 대규모 국제 철도망 확정인데 이런 경험이 부족하다보니 영토분쟁 처럼 철도분쟁이 시작될 확률이 '''매우 높다.'''[13] 당장 대한민국과 북한만 봐도 그렇다. 흔히 미래 철도를 구상할 때 동북아를 넘어 유라시아 대륙을 잇는다는 등의 말들은 한 번씩 들어봤을 법한 얘기지만 안타깝게도 생각만큼 이루어지긴 쉽지 않다. 윗동네가 대륙을 막고 있기 때문에 사실상 섬나라 철도 시스템과 다를 바가 없다. 사실 이미 KTX 하나만으로도 전국 반나절 생활권을 실현시켰음에도 불구하고 한국이 굳이 이런 튜브트레인을 개발하는 이유는 대륙으로의 진출(?)을 염두해두고 있거나 기술 수출국으로서의 입지를 잡기 위한 것으로 생각된다.[14] LCD 패널로 바깥 풍경을 보여줄 경우 원통형 캡슐의 벽면 때문에 탁 트인 면을 그대로 구현해내는 것이 어렵기 때문이다. 또한 햇빛을 못 받는다는 문제점도 있다. [15] 사실 지금도 4시간의 벽이란 이야기가 나올 정도로 바퀴식 고속철도는 중거리 수송에서 가장 위력적이다.[16] 경제학적 시각으로는 시간도 비용에 들어간다.[17] 오히려 이 기술은 19세기 중반에 한때 등장했다가 증기기관 철도, 그리고 이후 등장한 초기의 전기철도에 밀려 도태된 바 있는 대기압 철도(전문 열람시 로그인 필요)에 가깝다.[18] 엄밀히 말하면 그 이상.