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Technology

KTX 개발 비화! 한국산 고속열차 개발 Story

우리가 이용하는 KTX 고속열차가 우리 손으로 만든 열차라는 사실, 알고 계셨나요? 특히 KTX-산천, KTX-이음은 현대로템이 개발한 신규 차종으로 그 의미가 남다른데요. 평소 특별한 생각 없이 이용하던 우리 고속열차들은 사실 수많은 고난과 역경을 극복하고 많은 사람들이 보이지 않는 곳에서 노력해 이뤄낸 결실입니다. 오늘 현대로템 블로그에서는 기존에 없던 신규 철도차량이 개발되기까지의 어려움에 대해 알아보고자 합니다.

국가핵심기술로 선정될 만큼의 고난도, 고속열차 기술

현대로템은 국내 유일의 고속열차 생산업체입니다. 이는 현대로템이 철도차량 제작사로서의 기술력과 역량을 인정받아 국책과제로 국산 고속열차 개발에 참여했기 때문인데요. 우리가 일상에서 이용하는 지하철 전동차와는 달리 KTX와 같은 고속열차는 빠른 속도와 그에 따른 안전성 확보 등 개발 및 제작 난이도가 훨씬 높습니다. 실제 산업통상자원부에서는 지난 2016년 ‘속도 350km/h 이상 고속열차 동력시스템 설계 및 제조 기술’을 국가핵심기술로 선정해 관리하는 등 그 기술적 중요성을 인정받고 있는데요. 세계적으로도 프랑스, 독일, 중국, 일본 등 손에 꼽히는 국가들만이 고속열차 제작 기술을 보유하고 있을 정도로 기술 난이도가 높은 것으로 평가 받고 있습니다.

KTX-산천에서 KTX-이음까지, 신규 국산 고속열차 개발의 역사

▲ KTX-산천

국산 기술로 만들어진 국내 최초의 상용화 고속열차는 KTX-산천입니다. KTX-산천은 지난 1994년 프랑스로부터 기술이전 받은 제작기술을 기반으로 연구개발 차량인 HSR-350X를 거쳐 많은 노력과 시행착오 끝에 탄생했습니다. 이후 지난 2008년에 첫 편성 출고에 성공하면서 현대로템은 세계 4번째로 고속열차를 개발하고 상용화한 기업이 됐습니다.

▲ KTX-산천 개발의 기반이 된 연구개발 차량 HSR-350X

고속열차 도입 당시에는 설계, 제작, 노하우 등 고속열차 개발 및 상용화를 위한 기술력과 산업 기반이 부족한 상황이었습니다. 그렇다 보니 이전된 기술을 기반으로 추가적인 연구를 거쳐 차량을 개발하고 실물로 구현, 안정적으로 운용하는 것은 또 다른 차원의 어려움이었는데요. 심지어 기술을 이전한 프랑스 기술진들조차도 우리나라의 고속열차 개발이 불가능할 것이라고 말할 정도였습니다. 그럼에도 불구하고 국산 고속열차 개발에 성공한 것으로 이는 현대로템울 비롯한 산학연이 협동으로 시행착오와 연구개발을 거치며 일궈낸 값진 성과입니다.

▲ KTX-이음

국산 고속열차 개발에 성공한 현대로템은 KTX-이음 개발에도 도전하게 됩니다. KTX-이음은 동력집중식 구동방식인 KTX-산천과는 달리 동력분산식 구동방식이 적용된 고속열차라 결이 다른 어려움이 따르는 차량이었는데요. 동력분산식이란 열차 맨 앞과 맨 뒤 차량에만 동력원이 탑재된 동력집중식과는 달리 모든 차량에 동력원이 분산 탑재되는 방식으로 가감속 성능이 상대적으로 뛰어납니다.

▲ KTX-이음 개발의 기반이 된 연구개발 차량 HEMU-430X

현대로템은 국책과제로 지난 2012년 개발된 연구개발 차량인 HEMU-430X를 통해 동력분산식 고속열차 기술 기반을 확보한 상태였지만 실제 승객을 태우고 운행해야 하는 양산 차량을 만드는 것은 다른 도전이었습니다. 소음, 진동, 안전성 등 연구개발 차량 대비 철도안전법 기술기준을 충족하면서 기존에 우리나라에 없던 새로운 기술을 적용한 동력분산식 고속열차라는 신규 차종을 만들어야 했기 때문입니다.

신규 차종 개발의 현실적 어려움

KTX-산천과 KTX-이음의 사례처럼 새로운 철도차량을 개발하고 만드는 데는 어려가지 현실적인 어려움이 따를 수 밖에 없습니다. 우선 제한된 기간 내에 새로운 기술을 개발하고 상용화까지 끝마쳐야 한다는 점이 있는데요. 고도의 기술력이 필요한 고속열차는 다른 나라들에서도 기밀로 관리하기 때문에 개발을 위한 자료들을 확보하는 것부터가 쉽지 않은 상황입니다. 연구개발을 거쳐 실제 제작 및 시험하면서 관련 기술을 하나씩 체득하는 수 밖에 없기 때문에 기술 확보에 많은 시간과 비용이 소요될 수 밖에 없습니다.

▲ KTX-산천(SRT)

일례로 KTX-산천 개발 당시 300km/h 이상급 속도에 맞는 추진시스템 관련 부품 확보 사례가 있습니다. 해당 부품의 정보를 얻는데에도 어려움을 겪었지만 부품 확보 후에도 해당 부품을 고속열차에 적용하기 위해 참조할만한 자료나 정보가 없어 일일이 시험을 통해 최적의 해결방안을 도출해낸 것입니다.

이처럼 신규 차종은 기존에 직접적으로 참고할 수 있을 만한 선례가 없거나 드물기 때문에 각종 기술기준 충족 여부를 검증하기 위한 방대한 자료와 시간이 많이 필요합니다. 실제 영업운행 투입 시점까지 고려해 제한된 기간 내에 형식 승인이 이뤄져야 하기 때문에 일정이 촉박한 경우가 많습니다.

▲ KTX-이음

여기에다 기존에 없던 차종이기 때문에 제작된 차량이 실제로 이상 없이 운행될 수 있도록 최적화하는 과정도 필요합니다. 신규 차종 개발 시에는 이상적인 기준값으로 설계, 제작에 들어가지만 주행시험 등을 거치며 어느 한 부품, 장치 때문이 아니라 복합적인 사유로 변수가 생길 수 있기 때문입니다.

연구개발 차량인 HEMU-430X 개발 당시를 예로 들 수 있습니다. 200km/h급 이상 고속차량에서는 주행 시 공기에 의한 영향이 기하급수적으로 증가하는데요. 설계 후 제작된 차량이 이론상의 공력해석과 다른 부분이 있어 여러 차례 주행을 거치며 목표로 한 공력 수치를 달성하기 위해 분석을 거듭했습니다. 공기의 흐름을 개선해주는 하부 대차 및 차량 옥상의 커버 위치 등을 변경하면서 다양한 경우의 수를 시험한 끝에 최적의 공력 설계를 진행할 수 있었습니다. 신규 차종 개발의 어려움을 짐작해볼 수 있는 부분입니다.

마지막으로 신규 차종임에도 불구하고 현대로템과 같은 제조사의 의지와는 별개로 제작 기간 자체가 짧게 주어지는 경우가 있습니다. 일례로 지난 2012년 감사원이 발표한 ‘KTX 운영 및 안전관리실태’ 감사결과에서는 KTX-산천이 신규 국내 개발 모델임에도 해외 사례 대비 제작기간 및 시운전이 짧았음이 언급되기도 했는데요. 해외 사례로 든 프랑스 TGV(떼제베) 열차가 제작기간 60개월, 20만km의 시운전을 거쳤음에도 KTX-산천은 제작기간 36개월, 시운전은 6000km~1만2000km 밖에 주어지지 않았음을 지적하기도 했습니다.

신규 차종 개발의 기반, 철도사업 역량과 노하우

▲ KTX-이음

그럼에도 불구하고 현대로템은 보다 많은 사람들이 신기술이 적용된 신규 철도차량을 보다 안전하고 쾌적하게 이용할 수 있도록 노하우를 축적하고 연구개발에 최선을 다하고 있습니다. 현대로템이 만든 신규 철도차량들도 개발과 양산에 여러 어려움들이 있었지만 그 동안 축적한 철도사업 역량과 노하우를 기반으로 우수한 품질을 확보하고 원활히 운행되고 있는데요. 미래에는 또 어떤 새로운 철도차량을 만나볼 수 있을까요? 앞으로도 현대로템은 우리나라 철도 발전에 일조할 수 있도록 노력하겠습니다.