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레이저 광학
2020.05.08 02:08

미래형 무기 ‘레일건’ 어디까지 왔나?

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미래형 무기 ‘레일건’ 어디까지 왔나?

 

 

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과거 영화 속에서나 볼 수 있던 첨단 무기들이 하나둘 현실에 등장하고 있습니다. 2009년 국내 개봉해 730만 관객을 동원하며 흥행에 성공한 영화 ‘트랜스포머: 패자의 역습’. 이 영화에 등장하는 레일건(Rail gun)은 피라미드를 타고 올라가던 디셉티콘 군단의 로봇을 마하 7의 속도로 타격하는 장면으로 관객에게 강렬한 인상을 남겼는데요.

 

당시만 해도 존재하지 않던 레일건은 영화 개봉 후 5년 만에 미국 해군에서 개발에 성공했고, 이후 시험발사도 성공했습니다. 강력한 전기의 힘으로 기존 미사일 방호체계를 무시할 만큼 빠른 미래형 무기, 레일건은 어디까지 왔는지 궁금한데요. 함께 살펴볼까요?

 

미래 무기로 주목받는

레일건의 특징은?

 

 

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2008년 미 해군에서 공개한 레일건 발사 장면

 

 

일반적인 총포류는 화약이 폭발하면서 생기는 가스에 의해 속도가 정해지기 때문에 속도에 한계(약 1.8km/s)가 있습니다. 그 한계를 돌파하기 위해 아예 개념을 달리하는 장거리 공격 무기가 필요하게 됐는데, 그중 하나가 레일건입니다.

 

이론적으로 전기에너지를 전달할 수만 있다면 무한정 가속이 가능한 특징이 있습니다. 레일건은 마하 7 이상의 속도를 구현할 수 있기 때문에 요격이 어렵다는 장점이 가장 두드러집니다.

 

전기에너지로 발사하기 때문에 발사 시 비교적 화염이 적어 탐지가 어렵다는 점도 장점입니다. 기존탄 대비 발당 가격도 저렴하니 미래 무기로 주목받는 것은 당연해 보입니다.

 

레일건,

현재 어느 정도 수준일까?

 

 

 

 

 

 

레일건에 대한 연구는 제2차 세계대전을 전후로 활발히 진행됐습니다. 1960년대부터 미국을 선두로 해 실험적인 연구가 시작됐죠. 이외에 영국, 중국, 러시아, 터키 등 여러 나라에서 실용화를 위해 활발하게 연구개발하고 있습니다.

 

레일건 기술은 초기에는 몇 그램(g)의 탄두를 가속하는 데 그쳤습니다. 현재는 약 10kg의 탄두를 2.5km/s로 가속시킬 수 있다고 합니다. 트랜스포머에 등장하는 레일건이 마하 7(2.38km/s)의 속력이었으니, 이미 그 성능을 만족할 정도라고 볼 수 있겠네요.

 

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터키의 레일건 시험 장면 ⓒ국방기술품질원 글로벌 디펜스 뉴스 제2001호

 

 

국내 연구진도 레일건으로 300g의 모의 탄두를 약 2km/s까지 안정적으로 가속시킨 바 있습니다. 최대 2.5km/s로 가속시킨 결과를 2015년에 발표하기도 했고요. 이 발표 내용을 보면, 대한민국도 레일건 분야의 기술을 선도하는 국가군에 포함된다고 할 수 있습니다.

 

국방기술품질원은 레일건을 미래의 첨단 무기체계로 중점 기획대상으로 선정했습니다. 레일건 개발을 위해 꼭 필요하지만 현재는 부족한 핵심기술을 도출하기 위해 WBS(작업분할구조) 기반의 조사·분석 및 기술기획 업무를 수행하고 있죠.

 

레일건은

어떻게 발사될까?

 

마치 레일과 같이 전기가 통하는 긴 한 쌍의 도체를 가진다는 점에서 '레일건'이라고 부릅니다. 두 개의 도선 사이에 탄두 역할을 하는 도체를 놓게 되면 ‘ㄷ’자 모양으로 전류 경로가 만들어짐과 동시에 탄두는 자기장의 영향을 받게 됩니다.

 

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레일건의 탄두는 짧은 시간 동안 레일에서 가속돼야 하는데, 이때 막대한 전력이 필요합니다. 국내 연구진이 발표한 자료를 살펴보면, 수 밀리세컨드(ms: 1/1,000초) 동안 필요한 전력의 최대치가 1,000MW 이상인 것으로 추정됩니다. 이건 삼천포화력발전소 전체 발전용량의 1/3 정도에 해당하는 큰 전력이죠.

 

현재 이 큰 전력 요구를 해소하기 위해 순간적인 방전이 가능한 대용량 커패시터(축전기)가 사용되고 있습니다. 낮은 전력으로 장시간 충전하여 높은 전력으로 단시간 방전하는 방식으로 운용되는데요. 쉽게 생각한다면 물청소를 하기 위해서 양동이에 물을 가득 받아다가 한 번에 붓는 것이라고 할 수 있습니다.

 

 

레일건의 단점과

이를 보완하기 위한 것은?

 

 

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미 해군의 레일건

 

 

레일건의 가장 큰 단점은 한꺼번에 많은 양의 전류가 흘러 레일이 입는 손상이 심하다는 점입니다. 그만큼 수명도 짧고요. 레일 교체에는 많은 시간과 비용이 소모될뿐더러 실제 화기로 활용하려면 내구성을 무시할 수 없죠. 적절한 레일 형상과 재질에 대한 전문적인 연구가 필요합니다.

 

더 큰 문제는 펄스전원 장치의 크기인데요. 미국에서 공개한 펄스전원 장치의 크기를 보면 참 어마어마합니다. 저장 장치로 커패시터를 사용하는데요. 커패시터는 에너지 밀도가 낮아서 부피가 상당히 크거든요. 펄스전원 장치의 소형화를 위해서는 높은 에너지 밀도를 가지는 커패시터에 대한 연구가 필수적입니다.