[WIKI 프리즘] 인류 고속 여행의 미래는? 하이퍼루프 몽상인가 현실인가
[WIKI 프리즘] 인류 고속 여행의 미래는? 하이퍼루프 몽상인가 현실인가
  • 고수진 기자
  • 승인 2018.10.09 07:35
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

인류 고속 여행의 실현 가능성에 관심이 쏠리고 있다. 사진은 엘론 머스크. 연합뉴스

콩코드가 2003년 은퇴했을 때 고속여행 산업은 한 발짝 퇴보하는 것 같았다. 콩코드의 종언은 충분한 이유가 있었음에도 불구하고, 기술적 진보와 신속한 발전의 세계에서 변칙이었다.

콩코드는 비싸고, 소음 규정을 준수하지 않았으며, 스카이프로 화상통화가 가능한데 굳이 업무상 회의 때문에 비행기를 타야 할 필요가 있을까? 

이후, 엔지니어들은 여행에 소요되는 시간을 줄이기 위한 연구에 몰두하고 있다.
 
△하이퍼루프... 인프라의 한계를 극복하라
 
런던에서 스코틀랜드까지 45분 만에 주파할 것을 약속하는 하이퍼루프 열차는 하나의 제안일 뿐이다. 하이퍼루프는 밀폐된 관으로 된 열차로, 공기 저항을 줄여 캡슐 혹은 차량이 그 안을 고속으로 주행할 수 있다. 공기 저항은 여행 속도를 늦추므로 속도를 올리기 위해선 공기 양을 줄어야 하며, 바로 그러한 이유로 하이퍼루프 관을 비운다. 일론 머스크의 테슬라와 스페이스X에 근무하는 엔지니어들은 지난 수 년간 시제품에 대해 연구해왔다. 
 
유망한 이야기 같지만 맨체스터대 기계항공공학 대학원 강사 마크 퀸은 낙관적이지 않다.
 
그는 "과거에도 이런 종류의 시도가 상당히 많았지만 실제로 인프라의 한계를 극복하지 못했다"면서 "그게 가능하려면 우선 굉장히 긴 관 안의 압력을 낮추어야 한다. 그리고 그것은 다른 곳에 필요한 에너지 비용을 부담함으로써 가능하다"고 설명했다.  

또 다른 문제는 위치이다. 지질활동이 활발한 지역의 경우 지각판 운동이 큰 문제를 일으키고, 타당성에 영향을 미칠 수 있다. 또한 열차의 속도를 올리면 차량 주변 흐름이 음속에 도달하기도 하는데 이로 인해 굉음이 발생하고, 압력과 진동이 증가하고, 조절 장애도 유발할 수 있다.  
 
퀸은 "일론 머스크는 그 해결책으로 하이퍼루프 열차 전면에 커다란 공기압축기를 배치해 전면에서 공기를 포착해 후면으로 밀어내는 방법을 제안했으며, 충분히 가능한 방법이지만 그렇게 되면 본질적으로 지하의 관 속을 날고 있는 제트기 엔진에 자신을 포박하는 것이나 다름없다"고 말하고, 세계 어느 나라에도 아직 규제 체계가 없다고 덧붙였다.
 
현재로선 해결방법이 없고, 미래에 해결방법을 찾을 수 있을지도 불확실한 실정이다.
하이퍼루프 프로젝트 상상도.
하이퍼루프 프로젝트 드래프트.

△초음속 비행 - 저소음 초음속 여객기 프로젝트 관심

다음 가능성은 초음속 비행이다. 현재 붐 수퍼소닉이라는 회사가 리처드 브랜슨의 후원을 받아 초음속 비행을 시도하고 있다. 이 기술은 콩코드의 은퇴 이후 발전했으며, 초음속 비행은 4개의 엔진 대신 3개의 엔진을 사용해 연료비를 줄일 것이다.

땅 위를 비행할 때 초음속 비행의 한 가지 문제점은 소음이다. 음속 폭음은 극도로 시끄럽다. 미 항공우주국(NASA)는 QUESST(저소음 초음속 기술: QUiEt SuperSonic Technology) 프로젝트를 수행하면서 소음이 덜 발생하는 방법을 찾으려고 연구하고 있다.

현재 NASA는 저소음 초음속 여객기를 건조하는 방법을 연구 중이다.

"저소음 초음속 엑스플레인(X-plane)의 개발, 건조, 비행시험은 비행기 이용 대중에게 초음속 여행을 공개하는 산업계의 결정을 가능하게 하려는 계획의 다음 단계"라고 2016년 NASA 항공 연구국 국장보 신재원 박사가 밝혔다.

캘리포니아 팜데일 소재 항공우주 회사 록히드 마틴은 2018년 실험적인 엑스플레인을 설계하고 테스트하는 계약을 수주했다고 발표했다.

△극초음속 여행 - 수소 에너지 경제성이 관건
 
극초음속 여행은 연구 주제의 또 다른 분야로, 주로 미사일 산업에서 일반적으로 마하5(음속의 5배)나 그 이상의 속도를 의미한다. 독일의 엔지니어들은 우주여객선 컨셉-극초음속 우주여객선-에 대해 연구하고 있는데, 이 프로젝트는 현재 경제적 지원을 충분히 받지 못 하고 있다. 설사 경제적 지원이 충분하더라도 개발까지 수십 년이 소요될 것으로 예상되며, 소음 문제는 여전히 풀어야 할 숙제로 남을 것이다.
 
이 모든 정황으로 판단하건대 고속여행은 아직 먼 훗날의 일로 보인다. 그러나 초음속 연소 램제트와 램제트 기술은 미래 고속여행의 주요한 요소가 될 수 있다.
 
램제트는 엔진의 전진 운동 혹은 충격파를 사용해 압축기 없이도 초음속 유동 중에 극도의 고온으로 올라가는 유입 공기를 압축한다. 
 
퀸은 "이론상 정말 좋은 이야기 같지만, 문제는 더 빨리 여행할수록 충격파가 열을 더 많이 발생시킨다는 것"이라며 "일단 온도가 2,000 켈빈(절대온도)에 도달하면, 연료를 연소해 그 유동에 더 이상의 온도나 에너지를 더할 수 없는 시나리오에 봉착해 공기 중 산소나 질소를 분해하기 시작할 것"이라고 밝혔다.
 
그래서 나온 해결책이 초음속 연소 램제트(scramjet:초음속 기류 속에서 연료를 연소시켜 추진력을 얻는 램제트)이다. 강한 충격파를 이용해 아음속으로 공기를 감속하는 대신, 초음속 유동을 유지하기 위해 더 적은 수의 약한 충격파로 온도가 상승하는 것을 제한한다.
 
물론 고속 여행의 탄소 발자국(carbon footprint:개인 또는 단체가 직접.간접적으로 발생시키는 온실 기체의 총량)도 고려해 볼 수 있다. 수소는 연소 후 이산화탄소를 발생하지 않으므로 수소를 연료로 쓰는 것도 해결책으로 제시됐지만 수소를 발생시키는 에너지 비용이 어마어마하다.
 
퀸은 "풍부한 양을 생산할 수 있는, 청정한 전기의 원천이 있다면(일례로 재생 가능하거나 융합으로) 연료를 생산하기 위해 물에서 수소를 전기분해할 수 있다"고 말하고 "그러나 실현되려면 요원하다"고 덧붙였다.
 
[위키리크스한국=고수진 기자]

6677sky@naver.com


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.