위의 사진은 한국기계연구원 쪽에서 홍보 자료용으로 썼던 자기부상열차 시제차량이오. 전형적인 도시형 자기부상열차의 모습이오. 아래 사진은 현재 유일한 자기부상열차 영업선인 상해의 자기부상열차요. 독일의 트랜스라피드 사의 차량과 시스템을 직도입한 것으로 알려져 있소. 전형적인 고속형 자기부상열차의 얼개를 보여주고 있소. 누가 질문을 한 김에 정리 삼아서 적어 보도록 하겠소. 사실 자기부상열차는 그야말로 철도계의 미륵과도 같은 존재라 할 수 있소. 언젠가는 올 것이지만, 벌써 수십년이 지나도록 영업선 하나가 겨우 생긴게 전부고 그 추구과정에서 나온 요소들이 오히려 득세를 하고 있으니 말이오. 일본처럼 근 20년 이상 꼴아박거나, 미국이나 독일처럼 거의 40년 가까이 꼴아박은 나라들이 있음에도 지금껏 지지부진한 건 잘 보면 매력이 있다는 이야기지만, 또 그만큼 실용성의 장벽이 높다는 증거라고도 할 수 있지 않나 싶소.... 일단, 자기부상 시스템은 결코 "최첨단"의 것은 아니라는 것은 알아 둘 필요가 있소. 일단, 2개의 철 레일 위를 달리는(또는 그와 비슷한 얼개를 취하는) 시스템에 대한 비판과 대안 모색은 20세기 초부터 있었소. 근본적으로 철제 2중 궤도의 한계에 대해서 많은 고민들이 존재하였소. 가장 원색적인 고민은, 바로 2개의 궤도를 깔기 위해 드는 부지와 선형의 압박에 대한 고민이 있고(이 고민이 모노레일을 낳았소), 또 이것을 어떻게 깔아야 잘 깔았다는 소문이 날지, 어떤 레일 형상이 좋을지에 대한 고민과 같은 사소한 부분(편두 레일이나 침목, 밸러스트나 슬래브 도상 같은게 이런 고민에서 출발하오)에 대한 고민도 존재하였소... 그 중에서 자기부상과 직접 연결되는 고민은 바로 "마찰"에 대한 것이었소. 1950년대에 프랑스 기관차가 331km/h를 쌔우면서, 이 마찰이라는 요소가 철도의 속도를 한정짓는 무엇인가라는 발상이 나타나게 되오. 철도가 스스로 추진력을 얻기 위해, 또 자신의 하중을 지탱하기 위해서, 그리고 멈추기 위해서는 반드시 레일에 의존해야 하는데, 차륜에 의한 마찰은 분명히 한계가 존재할 수 밖에 없소. 즉, 레일이 아닌 무언가에 의존해서 이 모든 요소를 해내면 더 높은 속도의 대역을 기계적 무리 없이 낼 수 있을 것이라는 가설이 성립되고, 그 뒤에 나오는게 바로 "부상식" 철도 시스템이 되겠소. 이 부상식 열차의 발상이 처음 나온게 1940년대의 유럽쪽이고, 특히 1960년대에는 본격적으로 미국이나 독일, 프랑스가 이런 부상식 철도를 구현하는 방법에 대해 착수를 하게 되오. 기술적으로 부상식 시스템은 장점이 존재하는데, 일단 차량의 가감속을 아주 아슬아슬한 차륜 마찰에 의존하지 않아도 되어서 그 가속과 감속을 기술이 허용하는 한 마음대로 짤 수 있으리라 기대가 되었고, 또 그럼으로 인한 궤도나 차륜 마멸이 전무한, 결국 도상 다시 깔고 레일 교체하고 차륜 삭정하고 교체하고 하는 소모적 행위가 대폭 줄어들 수 있을 것으로 기대가 되었소. 또한, 마찰로 인한 에너지 손실이나 소음, 진동도 대폭 줄어들 것으로 기대되었고 말이오. 부상식의 구현 방식은 사실 두가지가 존재하오. 전자기력에 의한 방식과, 공기라는 유체에 의한 방식이오. 전자가 바로 마그레브, 즉, 자기부상열차를 의미하고, 후자는 흔히 말하는 에어로트레인을 의미하오. 에어로트레인은 GM의 경량동차 이름이기도 하지만, 프랑스 등에서 연구했던 제트 추진식의 공기부양식 열차를 의미하기도 하오. 현재 이 에어로트레인 쪽은 대학교 차원의 연구는 있어도 실용연구는 거의 없는 실정이오. 가끔 과학잡지를 장식하는 진공튜브식 터널 열차나, 토호쿠공대던가의 지표면효과식 에어로트레인 같은게 연구는 되지만 과연 언제 될지는 모른다오.... 그러나, 마그레브 쪽은 달랐소. 처음에야 에어로트레인과 별반 차이가 없기는 했지만, 이쪽은 무언가 계속 기술발전이 이루어지면서 그럴싸하게 변해가기 시작하오. 그리고 결정적인 반전에는 두가지가 개입하오. 전자기유도를 제어할 수 있는 소자기술이나 제어기술의 발전과, 초전도체 기술의 발견이오. 전자기 유도 자체는 어차피 발전된 반도체 기술로 얼마든지 실용화 될 수 있었고, 그 테크트리를 타고 온게 상전도식 자기부상열차라 할 수 있소. 반면, 여기에 초전도체 기술을 적용하여 획기적인 성능 강화를 얻은 것이 초전도식 자기부상열차라 할 수 있소. 상전도식 자기부상열차는 전자석에 의존하는 방식이오. 즉, 자석이 같은 극 끼리 마주볼 경우 척력이, 다른 극 끼리 마주볼 경우 인력이 발생하는데(이건 초딩도 아는 것이오) 이것을 이용하여 열차 자체를 띄워놓는 것을 의미하오. 상전도식은 이 중 특기 인력에 포커스를 맞춘 것으로, 전자석을 가동하여 플레이트를 붙이도록 함으로써 차량을 띄우는 방식이오. 물론, 완전히 붙지 않도록 인력과 중력의 균형점을 가지도록 설계를 하지만 말이오. 초전도식 자기부상열차는 초전도체의 마이스너 효과라는 것을 이용하는 방식이오. 흔히 초전도체 설명을 하면서, 페라이트 자석 위에 초전도체를 올려놓으니 뱅뱅 돌면서 공중에 떠 있잖소? 이것이 바로 마이스너 효과라는 것이오. 이론적인 설명은 스스로 잘 이해못하기도 하고, 그래서 이해하기 쉽게 설명할 재간도 없으니 물리학 잘하는 학생께 부탁하도록 하겠소. 상전도식의 경우 아무리 용을 써봐도 그 부상하는 높이가 매우 미미한 편이고, 그래서 고속시 공력에 의한 진동에 대응하는데 많은 어려움이 존재하오. 그러나, 초전도체는 달라서 상전도식에 비해 거의 10배 가까이 더 넓은 공간을 띄워버릴 수 있고, 그걸 바탕으로 고속화를 할 수 있게 되오. 따라서 여기에서 자기부상 열차의 속성이 결정되 버리게 되오. 상전도식의 경우 저속의 도시형 자기부상열차 용도로 기술개발을 해 오게 되오. 상전도식은 제어가 매우 까다롭다는 특성은 있지만 대신 대형의 냉각시스템이니, 고도화된 안전과 신호설비니 하는 것도 덜 소요되면서, 기존의 철도시스템이 가진 소음이나 분진, 진동 피해를 거의 없애는게 가능하오. 따라서 경전철 구현 방식의 한 방편으로 활발히 연구가 이루어지고 있고, 93년에 현대정공이 개발한 자기부상열차(엑스포 전시장에서 시범영업을 했었소. 엑스포 끝난 후 IMF를 거치면서 개발자들이 완전히 흩어졌다는 아햏햏한 이야기가 들리긴 했지만 말이오), 그리고 저 위의 기계연구원의 시험차량 등이 국내에서는 개발되었소. 해외에서도 일본이 80년대부터 꽤나 활발하게 개발해서 시험을 많이 했고, 유럽쪽에서도 아마 연구를 꽤 했던 것으로 알고 있소. 일본은 이번 아이치 박람회때도 시범 영업을 했었고 말이오. 그러나, 자기부상이 본래 목표로 했던 "철차륜 이상의 고속"이라는 요소를 달성하기 위해서는 초전도식 외엔 마땅한 해답이 없소. 그러나, 초전도식은 막대한 어려움이 존재하는데, 우선 고속 영역에서도 그 엄청난 공기 저항과 난류를 견뎌내고 제어가 되어야 하고(아무리 초전도라지만 이건 어렵소), 또 고속인 만큼 Fail-Safe한 설계가 반드시 부과되어야 하는 어려움이 존재하며(상전도 역시 문제지만, 이쪽은 차라리 속도가 낮은 만큼 탈선만 안하면 동체착륙을 해버려도 되오-_-), 무엇보다 초전도체의 성능을 유지하기 위한 엄청난 냉각설비를 구축해야 하오. 초전도체의 경우 현재 세라믹스에 의한 기술과, 합금 재질에 의한 기술 등으로 갈려서 진행되고 있지만, 초기 초전도체는 아햏햏한 수준의 온도조건( 영하 270℃-_-)이 갖추어져야만 했었소. 저 정도 수준이면 액체 헬륨의 기화에 의한 냉각 외에는 대안이 존재하지 않을 정도인데, 액체 헬륨이 어디 만만한 물건이오?-_- 향후에 물질을 이리저리 바꾸고, 합금화 하고, 세라믹스를 쓰고 등등 하면서 많이 온도를 높혀서, 영하 130℃ 까지 끌어올리긴 했던가 그렇소. 물론 저 온도도 액체산소를 써야 구현할 수 있는 빡센 온도기는 하지만 말이오.-_- 초전도식 차량의 경우 저 온도조건을 구현해야 하지만, 대기 온도 자체의 문제와, 전자기유도가 동반하는 발열 효과 등은 매우 난제로서 작용하고 있소. 현재 궁극적으로는 일반적인 냉각기(펠티어 소자라던가, 아니면 암모니아나 CFC 기화반응에 의한 냉각이라던가-_-)나 냉각제(영하 60℃정도가 나오는 드라이아이스 같은)를 쓸 방안을 모색하고 있지만, 아직 그정도로 편한 기술은 아니오. 그래서, 초전도식의 경우 그만한 기술과 시스템 구축 능력이 요구되고, 또 그만큼 겁나게 비싼 물건이라 할 수 있소. 우리도 사실 기술 배경이 부족한 것도 있지만, 돈이 없다는게 가장 근본적인 문제라고 할 수 있소. 그렇기 때문에, 시장화 가능성이 매우 높은 상전도식 내지 초전도식의 도시형 경전철 모델을 먼저 접근하는 거고 말이오. 일본이야 돈많으니 둘다 하고, 중국이야 나라가 크니 하나 사고 하나 개발한다지만, 우리는 둘다 안되니 하나라도 잘하자.... 라는 입장이라면 입장인 셈이라오. 그러나 정작 기술발전으로 상당부분 극복이 된 듯한 자기부상 기술도 아직 까지는 미래의 기술이지, "오늘날의 기술"은 아니라 할 수 있는게 전세계적인 현실이라 할 수 있소. 우선, 가격 면에서 너무 비싼 것이 제일 문제라 할 수 있소. 실제, 초전도식 자기부상열차는 일본도 영업선화 하겠다는 말을 쉽게 못하고 있는 상황이고, 상전도식 조차도 단가 문제가 있어서 아직까지는 눈치보는 세태라 할 수 있소. 심지어 상전도 자기부상 시스템의 방계라 할 수 있는 리니어 유도 모터(Linear Induction Motor:LIM) 식 철차륜 차량들 조차, 그 시스템 단가가 너무 비싸다는 평을 듣는 상황이오. 대충 일본의 지하철이라던가, 캐나다의 경전철 시스템에서 쓰기는 하지만 어디까지나 기술진흥같은 목적성이 없었다면 경제적으로 아직 갸웃한 수준이라 하오. 또한, 아직까지 자기부상열차가 가지는 안정성에 대해서 입증된 바가 부족하다는 것도 난제라 할 수 있소. 괴담 비슷하지만, 트랜스라피드가 중국에서 영업선을 깔았던 것도 독일 국내에서 선로 부설을 설득하는데 매우 애를 먹었기 때문이라고 하오. 자기유도, 그것도 차량을 번쩍 들어올릴 만큼의 강력한 전자기장이 가해질 경우 사람이 과연 안전한가에 대해서 아직까지는 입증할만한 연구나 경험이 없다는 것이 문제라 할 수 있소. 사실, 거의 안티를 위한 명분 수준이라고는 하지만, 이런 흠결을 어떻게든 해결하지 못하면 오늘날에는 아무것도 못하니 말이오. 여기에, 안전 시스템에 대한 불안요소가 많은 것도 있어서 이 부분은 정말 대개의 나라들이 눈치만 보는 실정이라면 실정이오. 마지막으로, 이 문제가 자기부상열차 보급의 최 단점이라 할 수 있는데, 인프라를 완전히 새로 깔아야 하는 문제가 존재하오. 일본이야 신칸센의 경험이 있으니 낫긴 하지만, 대개의 유럽국가들의 경우 고속신선도 제한적으로 까는 판에 완전히 호환성이 결여된 신선을 깔아야 할 지경이니 예산 조달에 심히 어려움이 존재한다고 할 수 있소. 게다가 고속신선을 이미 깔아놓은 상황일 경우, 그야말로 중복 투자가 되기 딱 좋으니 섯불리 덤비질 못하오. 이 문제 때문에 우리나라 경부고속선 결정과정에서도 자기부상열차 이야기가 나왔다가 포기된 것이라오. 일본도 추오신칸센은 이걸로 하겠다고 하지만, 당장에 엄청 장기계획으로 밀리고 있는 지경이고 말이오. 덕분에, 자기부상은 과거에나 오늘날에나 10년 내지 20년 뒤를 이야기하는 상황이라 할 수 있고, 정말 엄청난 돌파구가 마련되지 않는다면 계속 그럴 것으로 보이오. 초전도식 시스템은 특히 20년 이야기를 해야 할 가망이 매우 높고, 그나마 상전도식 시스템이 10년 안에 구경이나 해 볼 가능성이 있다 할 수 있고 말이오. 다만 그렇다고 끊을 놓고 있을 수는 없기는 하니 연구가 진행되는 것이라 할 수 있소. 우리나 일본, 아니면 유럽국가들 같이 인프라 고속화가 이미 어느정도 완수된 나라들은 당장에 매력이 없다고 할 수 있고, 중국같은 신흥국가나 미국처럼 이 고속철도 영역이 공백인 나라들은 한번 정도 볼 필요가 있기에 힐긋거리는 거라 할 수 있소. P.S.: 그러고보면 자기부상 시스템 자체를 도입하겠다는 대표적인 국가로 미국이 존재하긴 하오. 연구 자체로는 미국도 꽤 수준이 높았고 말이오. 문제는 항공기 대신 자기부상을 깔 수 있느냐가 관건이고, 안그래도 중앙정부가 나서서 못하는 꼭지라 말은 많아도 되는게 정말 없는 상황이라 할 수 있소. 캘리포니아가 하겠다고 하긴 했는데, 과연.... 이라는게 평가인 듯 하오.