현역시절 컬러사진
펜실베이니아 철도 6-4-4-6 S1
1. 개요
미국 펜실베이니아 철도(Pennsylvania Railroad, PRR)에서 개발한 실험용[1] 스트림라이너 듀플렉스 증기 기관차. '빅 엔진(Big Engine)'이란 별명과 당대 최고의 산업디자이너였던 레이먼드 로위(Raymond Loewy, 1893~1986)의 디자인 작품으로 유명하다.1936년 6월, PRR은 기존 K4s 시리즈 여객용 증기 기관차를 대체할 신형 증기 기관차를 개발하기로 한다.[2] 이미 1934년에 선보인 자사의 GG1 전기기관차와 비슷한, 1,000톤 편성을 끌고 100 mph(약 161 km/h)로 고속 순항할수 있는 성능을 요구했는데 이에 PRR의 단골 기관차 제작사였던 볼드윈은 4-8-4 차륜배치 설계를 제출한다.
그러나 PRR은 4-8-4 차륜배치 설계를 거부하고, 리지드 섀시에 듀플렉스 형식[3]의 4-4-4-6 차륜배치 설계를 요청했다. 이후 볼드윈은 총 4가지 설계안을 제시하는데,
- ①: 1,200톤 편성 견인이 가능한 4-4-4-4 차륜배치, 기존 중량과 차량 운행한계를 초과함
- ②: 1,200톤 편성 견인이 가능한 4-4-4-6 차륜배치, 기존 중량과 차량 운행한계를 초과함
- ③: 2,000톤 편성 견인이 가능한 4-8-4 차륜배치 화물 기관차
- ④: 2,000톤 편성 견인이 가능한 4-6-6-4 차륜배치 관절형 화물 기관차
PRR은 1번 설계를 받아들여 4-4-4-4 차륜배치의 듀플렉스 기관차로 개발이 진행되었고, 이후 '펜실베이니아형'이라 불리는 6-4-4-6 차륜배치로 완성이 되었다.
완성된 신형 증기 기관차는 S1이라 칭해졌으며 1939년 뉴욕 세계박람회에서 처음 대중들에게 공개되었다. 상업운행을 시작한 S1은 그 거대한 덩치 덕분에[4][5] 투입가능한 노선이 한정적이였는데 주로 시카고-크레스틀라인에서 운용됐으며 제한적이나마 크레스틀라인-포트웨인 노선에 투입됐다.
후계기로 S2도 있는데, 이놈은 또 특이하게도 증기터빈 기관차였다.
2. 특징
여객용 증기 기관차들 중에선 세계최대급 덩치. 딱히 강조되는 것 같지 않은데 S1은 그 괴물이랑 비슷한 덩치를 자랑한다.[6] 여기에 외형도 독특한데 우리가 흔히 생각하는 다소 투박한 일반 증기 기관차 모양과 좀 다른데, 굴뚝이나 배관 등을 감추고 차체를 유선형으로 감싼 게 특징이다. 모르는 사람이 보면 무슨 원자력으로 움직이는 기차냐(...)고 할 수준이니.[7]2.1. 세계에서 가장 빠른 증기 기관차...?
공식적으로 세계에서 가장 빠른 증기 기관차는 영국 LNER A4 증기 기관차로 126 mph(약 203 km/h)를 기록했다.S1은 종종 140 mph(약 225 km/h)를 돌파하고 '포트웨인-시카고' 노선 운행중 156 mph(약 251 km/h)로 과속하다 신호소에 딱 걸려 벌금 물었다는 기록이 있다. 하지만 명확한 물증이 없어 공식적인 기록으로는 인정되지 않았다.
3. 운용
S1은 단 한 대만 제작되었으며 PRR에서 운용되었다.[8] 기관차치곤 비교적 짧은 기간인 6년 동안 운행했으며, 1945년 퇴역하여 1949년 스크랩 처리되었다.4. 설계 결함
S1이 운용되면서 심각한 문제가 보고되었는데, 6-4-4-6이라는 바퀴 배열 때문에 동륜이 쉽게 헛돌았다고 한다. 일반적인 증기 기관차에서의 공전현상은 '칙칙-폭폭'거리는 증기 실린더의 배기음으로 판단이 가능한[9] 반면, 증기 실린더가 앞뒤로 나란히 배치된 듀플렉스 방식인 S1은 배기음으로 공전현상을 파악하는게 사실상 불가능했다고 한다.설상가상으로 S1은 동륜의 축중이 낮은 편이라, 주로 발차시 공전현상이 발상하는 여타 증기 기관차들과 달리 주행중에도 공전현상이 발생하는 경우가 잦았다고 한다. 지나치게 큰 차량 크기 + 전술한 공전현상 문제와 더불어 S1의 운용에는 한계가 명확했고 PRR은 이후 개량형 모델인 T1 증기 기관차를 생산하면서 S1은 실험용 증기 기관차로 남게 되었다.
이후 미국에서 2014년부터 이 개량형 모델인 PRR T1 증기 기관차를 신조 복원중인데#[10], 2030년 즈음 복원이 성공적으로 완료된다면 LNER A4의 속도기록을 깰것이라 예상중이다.[11]
5. 제원
| 제작사 | 볼드윈, 리마, ALCO |
| 제작시기 | 1939년 |
| 제작대수 | 1대 |
| 대차형식 | 6-4-4-6 ((3'BB3') |
| 궤간 | 1,435mm 표준궤 |
| 전륜 지름 | 36인치 (914mm) |
| 동륜 지름 | 84인치 (2,134mm) |
| 후륜 지름 | 42인치 (1,067mm) |
| 고정축거 | 64피트 4인치 (19.61m) |
| 전장 | 140피트 3인치 (42.74m) |
| 전폭 | 10피트 7인치 (3.23m) |
| 높이 | 16피트 6인치 (5.03m) |
| 중량 | 608,170파운드 (257,900kg) |
| 연료 | 석탄 |
| 보일러 압력 | 제곱인치 당 300파운드 (2.07MPa) |
| 화실 용적 | 123제곱피트 (12.3제곱미터) |
| 실린더 | 4기 |
| 실린더 용적 | 22인치 x 26인치 (559mm x 660mm) |
| 견인력 | 71,900lbf (319,830N) |
6. 기타
- 은하철도 이야기에 나오는 베가 소대 차량이 이 열차를 가지고 그린 것으로 추정된다.
7. 관련 문서
[1] 실제로 위키피디아 문서에서도 exprimental, 즉 실험용이었다고 서술한다.[2] 이 시절 대서양 건너 영국에서는 203 km/h로 달리는 고속 증기 기관차도 있었다.[3] Duplex locomotive. 일반 증기 기관차들은 실린더가 좌/우에 하나씩 총 한 쌍으로 구성되어 있지만 듀플렉스 증기 기관차는 실리더가 좌/우에 두 개씩 총 두 쌍으로 구성돼있다.[4] 차량 전장도 긴 편이지만, 무엇보다 리지드 섀시 구조가 가장 큰 문제였다. 비슷한 크기의 빅 보이와 비교하자면 빅 보이는 동륜에 관절형 대차가 적용된 말렛형 구조인 반면, S1은 동륜이 차대에 고정되어있기 때문에 진입할수 있는 커브구간 제약이 상당했다.[5] 리지드 섀시 구조를 고집한 이유는 고속 순항시, 관절형 기관차보다 리지드형 기관차의 안정성이 높기 때문이다.[6] 빅 보이 전장: 25.99 m, S1 전장: 23.47 m, 추가로 탄수차까지 포함시킨 전체 전장을 비교하면 S1이 더 길다(...)[7] 물론 미국이 1950년대 중반에 이걸 실제로 해보려고 했으나 위험부담이 로망을 넘어설 정도로 높아 개발단계에서 프로젝트를 중단했다. 이 기관차가 나온 연도는 아직 원자력이고 뭐고 없을 때이기도 하다.[8] 차대번호 #6100.[9] 예를 들면 차량의 진행속도는 느린데 배기음이 빠른 속도로 칙칙-폭폭 거린다면 동륜이 헛돌고 있다는 것을 쉽게 알수 있다.[10] 기존에 퇴역한 기관차를 가져와 복원하는 것이 아닌, 아예 설계도를 되살려 공장에서 새로 찍어내고 있다. 덕분에 차량번호도 기존번대와 다른 #5550을 부여. 다만 일부 부품들은 기존 유산을 활용할 예정이라고 한다.[11] 복원 과정에서 속도기록 갱신을 위한 추가적인 설계변경은 없을 것이라 못박았다. 다만 원판인 T1 자체가 워낙 강력한 여객용 증기 기관차였다보니 과거부터 LNER A4의 속도기록을 초과해 주행한 적이 있다는 소문이 자자했다. 명확한 물증이 없어서 공인되지 않았는데, 복원이 완료되면 사실인지 아닌지 증명될 것으로 기대중이다.