무기백과, 레일건의 역사와 자동원리

레일건의 역사

기존의 총포류는 적에게 물리적인 피해를 입히기 위해 화약의 폭발력을 총신 또는 포신의 좁은 통로에 집중해 주면서 발생되는 추진력을 탄두에 전달하여 탄두에 발생하는 운동 에너지와 위치에너지를 이용하는 방식이다. 이런 기본적인 메커니즘은 15세기 콘스탄티노플을 합락시 키기 위해 오스만 제국의 술탄 메메드 2세가 사용한 대포의 적용된 작동 원리와 다를 것이 없다. 하지만 화약의 폭발력을 이용한 탄두의 발사는 탄두의 무게와 사거리에 따라 화약의 양이 비례하기 때문에 탄두의 무게와 사거리가 제한적이다. 이런 한계를 극복하기 위해 도입된 무기 개념이 레일건(Rail Gun)이다. 레일건은 금속의 탄자를 전자기력을 통해 가속하여 발사하는 방식이다. 레일건을 최초로 생각해 낸 시점은 생각보다 매우 이른 시기로 1차 세계대전인 한창이던 1917년의 프랑스 발명가인 앙드레 빌프레에 의해 처음 고안되었다. 이후 2차 세계대전 발발 이후 독일의 과학자인 요하임 헨슬러에 의해 대공포로 활용되는 노력이 있었지만 당시 기술력으로 레일건에 필요한 어마어마한 전력을 공급할 수 있는 방법이 없어 실제로 구현되지 못했다. 현대에 들어와서도 여러 나라와 기관에서 레일건의 전력화를 위해 노력을 하였고 그중에서도 미국과 영국에서 공동으로 연구를 발의해서  BAE 시스템에서 3.2kg의 탄자를 1.84MJ (3,390m/s)로 발사하는 시험까지도 성공을 하게 된다. 이후 미국의 줌왈트급 구축함에 적용목적으로 개발을 진행하였지만 2021년 최종적으로 프로그램을 실패로 종료된다. 가장 큰 이유는 여전히 발사에 소모되는 엄청난 전력을 공급할 수 있는 방법이 없기 때문이다. 향후 원자력 구축함이 도입이 된다면 적용가능성이 있을 수 있다고 예상해 본다.

 

미해군에서 개발중인 레일건, 사진출처 : 방위사업청

레일건의 작동원리

레일건은 금속의 탄자를 전자기력을 이용하여 가속하는 방식으로 발사된다. 전자기력을 통한 탄자의 발사 원리는 다음과 같다. 기본적인 원리는 플레밍의 오른손 법칙과 앙페르의 왼손법칙을 따르게 됩니다. 양극과 음극성을 각각 가지고 있는 전도성 레일에 강한 전압을 걸어주고 전도성의 발사체를 사에 연결하면 구동전류가 발생하는데 이렇게 만들어진 구동전류는 탄자에 로렌츠 힘(Lorents Force)이 발생하게 된다. 로렌츠 힘은 전하가 전기장과 자기장이 있는 공간을 지나가면서 발생하는 힘으로 자기력과 전기력의 합으로 이루어진다. 이렇게 발생된 힘은 양극성을 가진 레일사이에 놓인 전도성 탄두에 발생하게 되고 이 탄두가 가되어 발사되는 원리로 레일건은 작동된다. 기본원리에서 확인했듯이 탄두에 발생되는 운동에너지는 부과된 전기에너지에 비례하다 보니 탄두의 무게와 요구되는 사거리에 따라 막대한 전력이 소모된다.

 

레일건의 구조와 작동원리

레일건의 실효성과 가능성

레일건은 사거리나 운동에니지로 부터 발생하는 파괴력으로 미래의 모든 국가들이 갖기를 원하는 무기임은 틀림이 없다. 또한 사거리로 보면 현재 운용하는 미사일을 대체할 수 있을 만한 사거리로 경제성이 매우 우수하다. 전술전략 측면에서도 현재 기준 초원거리 사격이 가능하여 아군의 피해를 최소화하며 전장을 이끌어갈 수 있다. 하지만 현시점에는 레일건이 실제로 전장에서 사용될 수 있는 무기체계인지의 실효성에 대한 의문점이 많이 남아 있는 상태이다. 가장 큰 걸림돌은 레일을 작동시키기 위해서는 막대한 전력이 소모된다는 점이다. 레일건 추기 구축함의 주포를 대체하기 위해 구상되었지만 디젤기관으로 구동되는 대부분의 구축함에선 전력 부족으로 레일건을 제대로 운용할 수 없는 것이 사실이다. 그렇다면 가능한 운용 방식을 고려해 본다면, 원자력 추진체계와 연동해서 운용하는 방식이 있을 것이다. 현재 항공모함들은 원자로를 탑재하여 원자력으로 추진을 하는 경우가 대부분인데 이때 발생되는 전력을 사용하는 방법이 있을 것이다. 또한 미래전장을 위해 원자력 구축함을 만들 수 있다면 주포를 레일건으로 사용할 수 있는 가능성도 고려해 볼 수 있을 것이다.