독일의 한 회사가 자기부상 기술로 앞서 나가는 방법

자석이 수송 물품을 가득 적재한 30톤짜리 열차를 부상시켜 시속 160.9km(100mph) 이상으로 운행한다는 사실에 그다지 놀랍지 않다면, 지상에서 최초 5마일 이상을 부상해 독일부터 중국까지 가는 우크라이나 화물수송 자기부상 열차는 어떠한가?

독일 건축 및 인프라 회사인 막스 뵈글(Max Bögl)은 파트너사인 중국의 청두신주도로교량기계(Chengdu Xinzhu Road & Bridge Machinery)와 최근 성공적으로 사업에 착수했다.

또한 막스 뵈글은 자기부상 기술로 대중 교통의 미래를 혁신하고 있다.

상업적으로 운영되는 고속 자기부상 열차 노선인 상하이 자기부상 시범운행선의 선로를 설계한 경험을 바탕으로, 막스 뵈글은 이제 완전 자동화된 새로운 도시 모빌리티 솔루션인 뵈글교통시스템(Transport System Bögl, TSB)을 설계했다.

현재 유럽에서 타당성 조사가 실시되고 있지만 시스템 차량은 이미 중국에서 소개되고 있다.

TSB의 안드레아스 라우(Andreas Rau) 제품 관리자는 “우리는 이 자기부상 열차가 대중 교통의 미래에 혁신을 이끌 것이라고 확신한다”라며, “이제 TSB는 결함 없는 선로, 철도 차량, 운영 기술 패키지로 환경 차원에서 보다 지속가능하고 비용 효율적인 교통 시스템을 제공할 수 있다”라고 말했다.

자기부상 미션: 통합적이고 지속가능한 적응형 기술

막스 뵈글에 따르면 TSB와 트랜스래피드(Transrapid, 독일의 대표적 자기부상 열차) 사이에는 몇 가지 주요 차이점이 있다. 첫째, TSB는 하나의 소스를 중점으로 하는 완전 통합형 패키지다. 막스 뵈글은 계획에서부터 현장 조립식으로 이뤄지는 철도 차량 제조, 시스템 운영에 이르기까지 총 망라해 고객에게 풀 서비스 솔루션을 제공하는 것을 목표로 한다.

트랜스래피드는 속도에 중점을 두는 반면, TSB는 보다 복합적인 목적을 위해 설계해 인구 밀도가 높은 도시의 미래형 대중 교통을 지향하고 있다.

즉, TSB는 시속 150km(95mph)로, 속도는 다소 느리지만 매우 조용해 제로 소음과 무진동에 가깝다. 이 시스템은 또한 유연성을 그 특징으로 하여 다양한 도시 경관에 세울 수 있다. 특히 고가 철도, 평지 또는 지하 교통 시스템에서도 설치할 수 있다.

이러한 유연성은 정밀한 인프라 설계로 인해 가능했다. TSB의 이착륙 장치는 내부에서 레일과 맞물린 다음 자석에 의해 0.25인치(약 0.6cm) 높이까지 위로 당겨진다. 따라서 선로가 매우 좁고 공간이 한정적인 도시에 이상적이다.

이와 같은 TSB의 정교한 기술은 보다 안전하고 효율적이다. 라우는 “기존 교통 시스템에 비해 높은 점수를 받았다”라고 말했다. 인적 오류가 없는 자동화된 무인 운전과 자기부상 기술의 장점이 결합돼 기존 차륜 레일 시스템에 비해 운영 비용을 20% 정도 절감할 수 있다. 라우는 “TSB는 수요에 따라 운행해 사용량이 적은 시간과 외곽 지역에 있어 공차 운행을 피할 수도 있다”라고도 강조했다.

또한 철도 차량은 실제 선로에서 마모 없이 운행할 수 있어 비용 효율을 더욱 높일 수 있다. 즉, 트램의 바퀴와 레일의 경우와 달리, TSB의 경우에는 선로와 이착륙 장치 간 접촉이 발생하지 않는 것이다. TSB는 트랙의 긴 고정자 대신 차량의 차상 1차(short stator)를 사용하기 때문에 고정자와 부품 간 접촉이 발생하지 않는다.

TSB가 이상적인 솔루션처럼 보일 수 있지만, 운송업계에서 이와 같은 급진적인 혁신을 실현하려면 일정 정도의 설득 또한 필요하다.

막스 뵈글은 3D 모델을 활용해 잠재적 고객에게 새로운 기술을 소개했다. 라우는 “시각적 표현은 프로젝트 개발 단계에서 매우 중요하다”라고 전했다. 막스 뵈글은 InfraWorks(인프라웍스), Civil 3D(시빌 3D), Navisworks(나비스웍스), Inventor(인벤터) 등의 오토데스크 솔루션을 사용하여 각 프로젝트별 TSB의 3D 시각화를 준비했다.

라우는 “특정 경로의 선로 형상을 사실적으로 표현하기 위해 오토데스크 소프트웨어 및 카메라 추적 샷을 사용해, 150ft(약 46m)에 이르는 좁은 곡선 반경과 최대 10%의 가파른 경사도를 표현했다”라고 밝혔다. 오토데스크 컨설팅팀과의 협업을 통해 막스 뵈글의 엔지니어팀은 2D 도면 대신 3D 시각화를 사용해 작업 프로세스 효율성을 개선할 수 있었다.

첫 시연 선로 구축

막스 뵈글의 다음 단계는 TSB의 컨셉에 생기를 불어넣는 작업이다. 막스 뵈글은 중국 현지 고객에게 시스템 성능을 보여주고자 중국 파트너사 청두신주도로교량기계(Chengdu Xinzhu Road & Bridge Machinery)와 중국 남서부 쓰촨성에 2.17마일(약 3.5km)의 시연 선로를 건설했다. 이 지점에서 TSB는 시속 160km(100mph)에 도달할 수 있었다.

육중한 선로 구간은 40피트약 12m)에 달하며 막스 뵈글에 소재한 독일 본사에서 꾸준히 생산되는 미리 성형된 콘크리트로 제작됐다. 본사에서는 철도 차량도 제조한다. 선로 구간은 컨테이너에 넣어 뉴 실크로드를 통해 중국으로 철도 운송됐으며, 철도 차량은 중국 시범 선로를 통해 항공으로 인도됐다. 2019년 10월에 일부 시운전을 마친 해당 선로는 조만간 본격적으로 가동될 것이다.

한편 독일의 연방교통디지털인프라부(Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure, BMVI)는 타당성 연구를 실시해 뮌헨 공항에서 TSB를 사용하는 작업을 수행하고 있다. 이를 통해 독일 전역에 사용할 수 있는 잠재적 가능성을 확인해볼 수 있다. 베를린, 슐레스비히홀슈타인 최북단 지역 및 광역 뮌헨 지역에서 이미 프로젝트에 대한 논의가 진행 중이다. 독일 자기부상 열차의 미래는 2021년 1월 연구 결과 발표를 통해 공개될 예정이다.