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| Transrapid 트란스라피드 | |
| | |
| 열차 형식 | 고속열차 |
| 구동 방식 | 상전도식 자기부상열차 |
| 개발 참여 기관 | 크라우스-마파이, MBB, 지멘스, 티센크루프등 독일내 중공업 기업 다수 DB, 독일 연방 공화국 기술연구부 |
| 디자인 | N+P Industrial Design |
| 개발 기간 | 1969년 ~ 2007년 |
| 궤간 | 2,800 mm 광궤 |
| 실험최고속도 | 450 km/h |
| 설계최고속도 | 505 km/h |
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1. 개요
Transrapid(트란스라피드)는 1969년 크라우스-마파이, MBB 등의 자기부상열차 연구로 시작하여 이후 지멘스와 티센 헨셸(이후 티센크루프), AEG-텔레풍켄 등 여러 기업이 참여하고 연방정부 지원을 바으며 2011년까지 개발이 지속된 EMS 방식 자기부상열차 기술과 브랜드이다.2. 차량 상세
| Transrapid의 개발 과정 | ||||||
| {{{#!wiki style="margin: -0px -10px" {{{#!folding [ 펼치기 · 접기 ] | 개발 날짜 | 차량 이름 | 최고속도 | 개발&주행 시험 장소 | ||
| 1969년 | Transrapid 01 | N/A | 뮌헨,바이에른 | |||
| 1971년 5월 6일 | MBB Prinzipfahrzeug | 90km/h | MBB 오토브룬 공장,뮌헨,바이에른 | |||
| 1971년 10월 6일 | Transrapid 02 | 160km/h | 크라우스-마파이 공장,뮌헨,바이에른 | |||
| 1972년 8월 16일 | Transrapid 03 | 140km/h | 뮌헨,바이에른 | |||
| 1972년 | Erlangener Erprobungsträger (EET) | 160km/h~230km/h | 에어랑겐,바이에른 | |||
| 1973년 12월 20일 | Transrapid 04 | 250km/h~253.2km/h | 뮌헨-알라흐,바이에른 | |||
| 1974년 | Komponentenmeßträger (KOMET) | 401.4km/h | 만흐잉,바이에른 | |||
| 1975년 | HMB1 | N/A | 티센 헨셸,카셀,헤센 | |||
| 1976년 | HMB2 | 36km/h | 티센 헨셸,카셀,헤센 | |||
| 1979년 5월 17일 | Transrapid 05 | 79km/h | 국제운송수단전시회장,함부르크 | |||
| 1983년 6월 | Transrapid 06 | 302km/h~412.6km/h | TVE,엠스란트,니더작센 | |||
| 1988년 | Transrapid 07 | 436km/h~450km/h | TVE,엠스란트,니더작센 | |||
| 1999년 8월 | Transrapid 08 | 설계속도 500km/h | TVE,엠스란트,니더작센 | |||
| 2007년 | Transrapid 09 | 설계속도 505km/h | TVE,엠스란트,니더작센 | |||
Transrapid는 총 14가지의 버전으로 개발되었으며, 개별 모델의 설명은 하단 참조.
초기 모델들의 경우 proof of concept 모델들이였으며, 이에 따라 비교를 위해 자기부상방식 대신 에어쿠션 방식의 차량으로 개발된 TR03이라던가, 초전도 전자석을 사용한 EET, 고속주행시 안정성을 테스트하기 위해 로켓모터를 단 로켓썰매 형태의 KOMET 등 여러가지 형태를 취하고 있었다.
실용 모델들을 기준으로 설명하자면, 동일한 고속 자기부상열차이자 유일하게 상용화 수준으로 개발된 또다른 자기부상열차인 L0계와 비교시 구동계를 전부 객차 하방으로 분리하였고, 모노레일 방식이기에 객실이 훨씬 넓다.
2.1. Transrapid 01
Transrapid 01은 1969년 개발이 완료된 독일의 첫 자기부상철도차량이다. 시제차량이기 때문에 최고 속도 주행테스트 기록은 밝혀진바 없다.2.2. MBB Prinzipfahrzeug
MBB Prinzipfahrzeug은 1966년부터 제작되어 1971년 뮌헨 근교 오토브룬 MBB 공장에서 개발완료 및 출고되어 600m 남짓되는 테스트 트랙에서 첫 주행 테스트가 이루어진 자기부상철도차량으로, 세계최초로 사람을 태우고 주행한 자기부상차량이다. 주행 테스트 최고기록은 90km/h이다. 1976년까지 운행하였다.
2.3. Transrapid 02
1971년 Transrapid 02는 일라흐의 크라우스-마파이 공장에서 개발되어 1km 남짓되는 테스트 트랙에서 주행했었다. 1971년 10월 164km/h를 달성했다.
2.4. Transrapid 03
1972년 크라우스-마파이 공장에서 Transrapid 03는 공기부양으로 이동하는 리니어 모터카 형식으로 개발되었다. 최고속도는 140km/h를 기록했다.
2.5. Erlangener Erprobungsträger
2.6. Transrapid 04
Transrapid 04는 1973년 크라우스-마파이 공장에서 개발되었다. 1977년 최고 속도 253km/h를 달성했다.
2.7. Komponentenmeßträger
2.8. HMB1/HMB2
HMB 이전까지의 기존 차량들은 차량에 고정자를 탑재하는 Kurzstator 형태로 만들어져있었다. 즉 차량의 추진이 차량내 전자석 제어를 통해 이뤄졌는데, 이를 위해 차량에 물리적 급전이 필요했기에 원치않는 소음, 진동, 저항이 발생했으며, 차량 무게도 무거웠다. 이를 해결하기 위해 Langstator, 즉 선로에 고정자를 까는 방식으로 나아갔고, 이를 실증한 모델이 HMB이다.2.9. Transrapid 05
Transrapid 05는 1979년에 카셀의 티센-헨셀에서 개발되어 세계 교통수단 박람회에 전시되었다. 최고속도는 79km/h이다.
2.10. Transrapid 06
Transrapid 06은 지금까지 개발된 기술들을 집대성하여 만들어진 본격적인 상용화 실증 프로토타입으로서, 1983년에 개발되어 엠스란트에 위치한 30km 남짓되는 테스트 주행 선에서 속도 실험을 하였다. 1984년에는 302km/h, 1985년에는 355km/h, 1987년에는 392km/h, 406km/h , 1988년에는 412.6km/h를 기록했다.
2.11. Transrapid 07
2.12. Transrapid 08
2.13. Transrapid 09
3. 설계 및 기술 상세
Transrapid는 EMS 자기부상열차로 개발되었다. 추진계통의 경우 초기에는 위에서 설명했듯 LIM 방식이였으나, 이후 별도의 LIM 모터 대신 부상용 전자석을 사용하는 LSM 방식으로 바뀌었다. 덕분에 저속과 정차시 별도의 차륜을 필요로 하지 않지만, 전자석의 자기부상 제어용 피드백 루프 설계가 매우 까다로웠던 것으로 전해진다. 이 피드백 루프는 별도의 전자석 제어장치를 통해 제어되며, 초당 수만번 가량 전자석 전류가 변하면서 대략 10mm 수준의 간격을 유지한다. 좌우 안전성 및 조향 또한 "ㄴ"모양의 전자석 구조물에서 좌우단에 위치한 전자석을 통해 제어되었다. 피드백 루프는 자기부상 시스템의 그것과 동일하다. EMS 자기부상의 기본 원리는 자기부상열차 문서에 정리되어있다.선로 고정자의 전력 공급의 경우 섹션별로 이뤄지며, 차량이 한 섹션에서 다음 섹션으로 넘어갈 때 마다 차량이 주행중인 섹션에만 전력이 공급되는 형식이다. 공급 전력의 주파수는 차량의 현재 속도와 위치, 그리고 목표 속도에 따라 달라지며, 기본적으로 무인 운행을 고려하고 설계되어있기 때문에 차량이 아닌 선로에서 가감속을 제어해도 문제가 없다.
설계상 탈선 위험도 없다. 모노레일을 양쪽과 위 아래에서 감싸는, 마치 롤러코스터와 같은 방식이기에, 전력 공급이 중단되어도 차량이 주저앉아 모노레일 표면에 쭉 끌려가다 멈출 뿐, 근본적인 탈선 위험은 없는 것이다. 이론적으로 전자석과 위의 차체를 연결하는 지지구조물이 찢겨나간다거나 하는 수준의 충격을 받으면 탈선 할 수는 있다만, 이 정도 수준의 충격을 받았다면 탈선 이전에 차량 자체가 박살이 날 것이다.
4. 실용화의 역사
트란스라피드를 실용화하려는 시도는 매우 많았다. 특히 이전까지 개발된 기술들을 집대성하여 본격적인 실용화 실증 수준의 프로토타입인 TR06이 개발되고 나서 이러한 논의는 급물살을 탔는데, 이것의 방점을 찍은 것이 1992년 연방교통계획(Bundesverkehrswegplan, BVWP)에 트란스라피드 기반 함부르크-베를린 노선이 포함된 것이였다. 이는 현재 ICE 3로도 1시간 46분이 소요되는 두 도시간 거리를 50분대로 축소시키려는 것이였다. 하지만 이 계획은 여러가지 이유로, 특히 당시 DB 대빵이였던 하트무트 메어도언의 반대가 치명적으로 작용하여 2000년 무산되었으며, 대신 독일내 다른 지역에 시범노선을 건설하는 것으로 계획이 선회된다. 그렇게 고안된 것이 NRW 지역의 루어게비트 광역권내의 뒤셀도르프에서 도르트문트 사이를 연결하는 메트로라피드와 뮌헨 시내와 뮌헨 공항을 연결하는 트란스라피드 뮌헨이였다. 하지만 이 또한 여러가지 이유로 좌절되었는데, 특히 뮌헨의 경우 누가 뮌헨 아니랄까봐 시민들이 도심내에 자기부상열차가 들어오는 것을 결사반대하며[1] 조기에 좌초되었다.이러한 상황에서 2006년의 시범선 사고는 매우 큰 악재였는데, 독일내에서 트란스라피드 홍보에 있어 가장 크게 활용되던 장점 중 하나가 바로 위에서 설명한 안전성이였기 때문이다. 트란스라피드는 TVE 건설 이후 주행시 관람객을 태우고 운행하였기에, 단순 사고가 아닌 민간인이 사망한 사고가 되었다. 사고 원인 자체는 트란스라피드 기술과는 아무 연관이 없었고, 선로 정비차량이 있음에도 이를 인지하지 못하고 열차가 출발했다 추돌한 인재였지만, 대중의 인식은 이러한 점을 별로 고려하지 않았다. 반대로 이 사고 하나로 트란스라피드 사업이 망했다고 보는 것은 전혀 틀린 시각으로, 위에서 설명했듯이 2006년 사고 이전에 이미 본격적인 실용화 계획은 전부 좌초된 상태였다.
4.1. 왜 앞마당인 독일에서 망했는가?
독일에서 망한 이유는 여러가지를 들 수 있다. 먼저 독일은 국가에서 진행하는 각종 개발사업에 그리 호의적인 국가가 아니다. 당장 Stuttgart 21이나 선두주자였던 원전 사업만 봐도 그러며, 일단 반대 운동이 시작되면 매우 거센 역풍을 맞게된다. 한국에서 흔히 생각하는 것과 달리 독일 국민의 국민성이라는 것은 생각보다 이성적이지 않으며, 특히 녹색당등에게 잘못 걸리면 사업 진행에 매우 큰 어려움을 겪게된다. 당연하지만 트란스라피드 사업 역시 녹색당의 반대가 심했는데, 250km/h 이상의 고속영역에서 ICE 3와 비교시 TR08은 30%가량 전력소모가 적음에도 불구하고 녹색당은 기대를 져버리지 않았다.정치권의 반대 이외에도 실질적인 고객이라 할만한 DB도 위의 메어도언의 예를 볼 수 있듯 트란스라피드를 별로 탐탐치 않아했는데, DB의 경우 트란스라피드를 이미 쓰고 있는 ICE의 경쟁자로 보았기에 가능하다면 트란스라피드를 도입하는 것을 원치 않았다.
산업계도 마찬가지였는데, 자기부상열차 문서에서 설명한대로 자기부상열차는 초기비용 자체는 기존 재래식 철도보다 높을 가능성이 높지만, 운용유지에 들어가는 비용은 획기적으로 적었고, 때문에 MRO 사업에 있어 산업계는 별로 구미가 당기지 않는다는게 현실이였다. 때문에 철도산업계는 상당한 로비를 버렸으며, 당장 당사자인 티센과 지멘스 또한 회사내 철도 부문으로서는 트란스라피드 실용화는 별로 원치 않았다.
4.2. 중국
트란스라피드에 관심을 보인 나라는 많았고, 특히 중국, 미국, 브라질, 네덜란드, 스위스 5개국이 이를 진지하게 논의하였지만, 중국을 제외한 4개 국가들은 독일에서도 도입하지 않은 기술을 도입할 용의가 없었다. 중국의 경우 독일내 계획들이 전부 좌초되었음에도 불구하고 기술 개발을 이유로 상하이 자기부상 시범운영선을 도입하며 세계 첫 고속 자기부상열차 실용화 국가가 되었는데, 열차 차량은 독일에서 제작, 도입하고, 선로는 독일의 기술 지원으로 중국 기업들이 참여하여 건설하는 방향으로 진행되었다. 하지만 이후 해당 시범선을 연장하려는 계획은 쭉 미뤄졌으며, 트란스라피드 도입은 단순 기술 도입으로 그쳤다. 참고로 해당 시범선 건설은 엄청나게 빠른 속도로 진행되었는데, TR08이 본래 위에서 설명한 함부르크-베를린 노선에 사용될 예정으로 모든것이 개발 완료된 물건이였기 때문이다. 즉 상하이 시범선 도입은 이 취소된 물건을 거의 그대로 갖다가 상하이에 건설한 모양새였다.트란스라피드 도입 이후 2000년대 중국은 먼저 TR08을 데드카피한 시제차량을 개발했으며, 이후 독일에서 트란스라피드 실용화 가능성이 사망한 것이 거의 확정되면서 당시 트란스라피드 관련 지적재산권을 보유하고 있던 지멘스와 티센크루프가 중국에 각종 관련 특허를 라이센스하는 계약을 맺었다. 이후 2010년대 들어서는 중국밖에 활로가 없었기에 공동 연구개발 프로젝트등이 진행되었는데, 이렇게 서서히 중국이 트란스라피드 기술을 내재화한 이후 개발해낸것이 CRRC CF200과 CF600 자기부상 고속열차등이다. 현재 중국은 이렇게 내재화한 기술을 바탕으로 본래 실행하려 했던 시범선 연장과 본격적인 도시간 연결을 계획하고 있으며, 2020년대 후반 개통을 목표로하고 있다.
[1] 본래 엠스란트에 건설된 엠스란트 트란스라피드 시험선 (Transrapid Versuchsanlage Emsland, TVE)도 뮌헨에 지으려다가 지역민들이 반대하며 엠스란트에 이르른 것이다