"비행기보다 두 배 빠른 초고속열차 '하이퍼루프(Hyperloop)'를 만들겠다. 샌프란시스코에서 614㎞ 떨어진 로스앤젤레스까지 30분 만에 주파할 수 있다."

일반인이 이런 얘기를 했으면 "꿈같은 소리"라고 비웃음을 샀을 것이다. 하지만 미국의 전기차 업체 '테슬라'와 민간 우주개발 업체 '스페이스X' 창업자인 일론 머스크의 말이라면 얘기가 다르다. 그는 영화 '아이언맨'의 실제 모델이 될 정도로 황당한 아이디어를 현실로 만들어온 인물이다.

머스크가 하이퍼루프에 대한 구상을 처음 밝힌 것은 2012년이었다. 이후 MIT 등 여러 연구팀에 거액을 지원하며 자신의 계획을 현실화하기 위해 애써왔다. 지금까지의 노력은 올여름 미국 네바다주 사막에 설치된 시험장에서 열리는 '하이퍼루프 경진대회'에서 대중에 공개될 예정이다.

◇진공 터널 속을 달리는 기차

하이퍼루프 시스템의 이론상 최대 시속은 1223㎞에 이른다. 콩코드 여객기(시속 2179㎞)보다는 느리지만, 보잉 737 여객기(780㎞)의 두 배에 가까운 속도이다. 이 시스템은 진공(眞空)에 가깝게 공기를 뽑아낸 지름 3.2m 터널과 그 속을 달리는 28인승 기차(캡슐) 1량으로 구성돼 있다.

지구상에서 움직이는 모든 물체는 저항을 받아 마찰이 생기면서 속력이 느려지고 열이 발생한다. 기차나 자동차, 비행기는 공기의 저항을 받고 보트와 잠수함은 물의 저항을 받는다. 하이퍼루프 시스템이 터널을 진공에 가까운 상태로 만드는 것은 이런 저항을 없애기 위해서다. 완벽한 진공 상태인 우주 공간을 날아가는 우주 탐사선은 최대 시속 5만㎞까지 속력을 낸다.

그래픽=김현국 기자

추진력은 자기장을 이용해 얻는다. 캡슐 아래쪽에는 자석(磁石)이 달려 있다. 진공 터널의 바닥은 자석과 같은 성질을 가진 자기장(磁氣場)이 강(江)처럼 흐른다. 자석은 서로 다른 극끼리 끌어당기고, 같은 극끼리는 밀어낸다. 캡슐이 지나가는 동안 자기장을 계속 바꿔주면 캡슐은 가속도를 얻을 수 있다. 캡슐 앞쪽의 바닥에는 끌어당기는 힘이, 뒤쪽의 바닥에는 밀어내는 힘이 발생하도록 해주면 된다. 이 방식을 이용하면 진공 속에서 30t 무게의 캡슐을 1분 내에 시속 1200㎞ 이상으로 가속할 수 있다. 반대로 캡슐 앞쪽에 밀어내는 힘을, 뒤쪽에 잡아당기는 힘을 발생시키면 브레이크 효과를 낸다.

이 원리는 1920년대 처음 제안된 '레일건'이라는 무기의 개념에서 나왔다. 총신 부분에 이런 자기장을 발생하게 하면 화약 없이도 총알을 더 멀리 강력하게 쏠 수 있다는 구상이다. 미군은 2020년까지 레일건을 상용화해 실전에 배치한다는 방침이다.

◇보잉 737 여객기보다 두 배 빨라

캡슐은 진공 터널 속에서 살짝 뜬 상태로 달려야 한다. 터널 바닥에 닿으면 마찰력이 생겨 속력이 느려지기 때문이다. 이를 위해서는 자기장의 힘을 이용해 공중에 띄우는 방식과 강력한 공기 압축을 사용하는 방식이 있다. 캡슐 뒤쪽에 설치된 거대한 팬과 압축기는 진공 상태에 가까운 터널 속의 마지막 남은 공기를 빨아들여 밑으로 내뿜는다. 이 힘을 이용해 공중에 떠 있는 상태를 유지하는 것이다. 단점은 자기장을 발생시키는 데 막대한 전기가 필요하다는 점이다. 머스크는 진공 터널의 외벽을 태양광 패널로 감싸고, 주변에 풍력발전기를 대량 설치해 전력을 공급하겠다는 계획이다.

특히 자기장 흐름만 잘 조절하면 10~30초 간격으로 캡슐을 한 대씩 쏠 수 있다. 한국기계연구원 자기부상연구실 김창현 박사는 "속도를 얻을 때까지만 자기장을 조밀하게 설치하고, 중간 부분에 간격을 넓히면 충돌 우려도 거의 없다"고 말했다. 머스크는 "고속 철도와 비교할 때 하이퍼루프의 건설비는 10분의 1에 불과해 운임도 크게 낮출 수 있다"고 밝히고 있다.

머스크 이외에 하이퍼루프 시스템을 추진하는 곳도 있다. 동유럽의 슬로바키아는 지난 10일 "브라티슬라바에서 코시체까지 400㎞ 구간에 하이퍼루프를 설치할 것"이라고 발표했다. 2020년 완공 목표로 2억달러가량이 투입된다. 미국 기업 '하이퍼루프 트랜스포테이션 테크놀로지(HTT)'가 건설을 총괄한다. 물론 실제 건설까지는 극복해야 할 과제가 많다. 김창현 박사는 "터널 안을 진공으로 만들기 위해서는 끊임없이 공기를 뽑아내야 하고, 진공 터널 속을 달리는 캡슐 안의 승객에게 공기를 잘 공급하는 것도 문제"라고 말했다.