고속철이 물류수단의 절대강자를 노리고 있다. 최근 고속철 기술이 급격하게 발전하고 있는 우리나라와 중국에서는 고속철 시간이 훨씬 단축되면서 여객과 물류의 수송 속도가 향상되고, 이를 통해 고속철이 다른 운송수단보다 유리한 고지의 선점이 가능해진 것이다.  

우리나라는 내년 3월 호남 고속철이 개통되면 서울 용산 역부터 광주 송정역까지는 기존보다 66분 단축된 1시간 33분 만에(300㎞/h 기준) 주파가 가능해진다. 아울러 용산 역부터 목포역까지는 약 2시간5분이 걸린다.  

또 고속철을 국가 우선산업으로 올려놓고 있는 중국도 지난 10일 상하이(上海)에서 광저우(廣州)까지 7시간 걸리는 고속철도를 개통했다. 두 도시의 거리는 약 1,471km에 이르는데 향후 중국인들은 이 거리를 7시간 안에 갈 수 있게 된 것이다.  

또 이 고속철의 개통으로 19시간 걸리던 상하이에서 구이린까지의 거리도 약 9시간으로 단축될 것으로 알려졌다. 이 여세를 몰아서 중국 철도당국은 “오는 2020년까지 가장 거대하고 빠른 초고속철 개통을 추진할 것”이라는 야심찬 계획을 밝혔다.  

물론 아직은 항공기가 철도보다 빠른 것이 사실이지만 전문가들은 “만약에 항공기와 고속철의 시간이 한 시간 내로 좁혀지면 실제 물류에서의 비교우위는 고속철에 유리해진다”는 설명이다.  

이에 따라서 차세대 고속철이 개통되는 오는 2020년 정도면 아직은 절대 우위에 있는 철도와 항공기의 물류 대결의 판도는 바뀌게 될 것이란 예측이 나오고 있다. 이를 뒷받침하듯 철도의 속도는 매우 빨라지고 있다. 시속 600km/h를 목표로 하는 차세대 고속철의 개통이 다가오고 있다. 이는 철도의 속도를 빠르게 하는 다양한 첨단 기술의 개발로 가능해졌다.  

전차선이 필요 없는 고속철  

고속철의 경우, 열차의 최고 속도의 증가를 저해하는 요인에는 곡선 화된 선로, 평탄하지 못한 레일 등 다양한 것이 있지만 이중 주행저항은 최고 속도를 떨어뜨리는 가장 큰 요인으로 지목되고 있다.  

이에 고속철의 속도저하를 일으키는 요인들을 제거하기 위해 각종 첨단 기술들이 개발되고 있다. 특히, 열차의 동력을 책임지는 급전문제는 가장 중요하다. 일례로, 달리는 열차의 지붕에 탑재된 팬터그래프(Pantograph, 집전장치)는 전차선(Contact wire)과의 미끄럼 접촉을 통해 열차 구동에 필요한 전기에너지를 공급하는 장비다.  

그런데 만약에 이 전차선과 팬터그래프 사이에 접촉이 불량해지면 집전 판의 마모와 스파크 발생 그리고 전자기파로 인해 전력 공급이 중단된다. 이렇게 되면 열차가 일정한 속도를 유지할 수 없게 되고, 고속주행에 차질이 생긴다. 이에 개발되고 있는 것이 바로 열차용 무선전력전송기술이다.

이 장비는 그동안 소규모의 전기를 사용하는 버스만을 움직일 수 있었으나 60kHz 대전력 무선전력전송기술이 근래에 개발되면서 대전력이 필요한 철도시스템, 항만과 공항 하역장비 등 물류이송시스템 등에 크게 활용 폭을 넓히고 있다.  

전문가들은 “대전력 무선전력전송기술이 철도에 적용될 경우, 열차가 비접촉 방식으로 전력을 공급받기 때문에 급전장치의 마모가 없어 유지보수 비용 절감, 전차선 설비 및 철도부지, 터널단면적 등이 크게 줄어들어 건설비를 낮출 수 있다”고 말한다.  

그러나 무엇보다도 고속에서도 팬터그래프와 전차선 간의 접촉 불량과 소음문제 등이 해결돼 레일형 초고속열차 개발이 가능해진다.  

철도연에 따르면 현재 독일 봄바디어 ‘프리모브(Primove)’열차의 경우, 아우크스부르크 시험선 총 800m 중 275m에 무선급전 시스템을 설치 운영 중이며 20kHz, 200kW 용량으로 최고속도 50km/h를 낼 수 있는 것으로 알려졌다.  

레일 위를 달리는 자기부상열차  

고속전철이 400km/h 이상의 속도로 달릴 경우, 초고속철이라 불린다. 이는 여러 가지 기술적 요인이 해결돼지 않으면 불가능하다. 우선, 고속철이 달리는 길인 선로가 직선으로 뻗어야 한다. 더불어 선로의 구배(gradient: 철도에서 선형상의 경사진 부분)가 평탄해야 하고, 기존의 열차에 비해 강력한 엔진이 필요하다.  

그러나 무엇보다도 공기 저항 문제는 가장 중요한 변수로 항공기는 물론, 자동차를 비롯해 철도에서도 가장 큰 주행저항의 요인이 된다. 전문가들은 “열차가 고속으로 주행할 때는 총 주행 저항의 약 80% 이상을 공기저항이 차지한다”고 지적한다. 따라서 고속철의 디자인은 공기의 저항을 최대한 감안해 설계해야 한다.  

철도연구원에 따르면 한국형 고속전철의 경우, 고속 주행 시 발생하는 공기저항과 소음을 줄이기 위해 열차 앞부분에서 지붕까지 단일 곡선을 유지하는 유선형 설계를 채택하고 있다. 향후 개발되고 있는 시속 600km급의 초고속철의 경우, 매우 날렵한 모습을 갖고 있는 것으로 알려졌다.  

마찰력은 공기저항 못지않은 열차의 속도 저하 문제다. 이에 자기력으로 움직이는 자기부상열차가 개발되고 있다. 기존의 KTX처럼 천장 위 전차선에서 대용량의 전기를 공급받아 움직이는 것이 아니라, 궤도에 설치된 전기코일과 차량에 설치된 초전도 자석 사이의 자기력으로 움직인다.  

일반적으로, 자기 부상 열차는 -270℃ 정도의 아주 낮은 온도에서 일어나는 초전도 현상을 이용한다. 이를 통해 강력한 전자석을 만들고, 그 전자석의 반발력으로 차체를 10cm정도 공중에 뜨게 만들어 리니어 모터라고 불리는 선형유도 모터를 이용해 움직인다. 공중에 떠 마찰 없이 달리기 때문에 진동 없이 부드럽게 빠른 속력을 낼 수 있다.  

그럼에도 불구하고, 현재 이 자기부상식 열차는 부대시설 등의 문제가 있어 아직 실용화되지 못하고 있다. 대신에 기존의 자기부상열차처럼 공중에 뜨지 않고도 자기력을 이용해 레일 위를 달리는 초고석 열차가 개발되고 있는 것이다.