[육군비전 2050] 8대 게임체인저 - 3. 에너지 무기

출처#1. https://blog.naver.com/armynuri2017/221962729955

[육군비전 2050 기획연재] ④ 무기체계 패러다임 전환, '에너지 무기'

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ㅡ 8대 게임체인저

① 슈퍼 솔져

② 자율 전투로봇

③ 에너지 무기

④ 극초음속 무기

⑤ 비살상 무기

⑥ 무인 자율 이동체

⑦ 초연결 네트워크 체계

⑧ 지속 가능한 에너지 지원 체계

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③ 에너지 무기

 

ㅡ 미래 무기체계 중에서 화약탄을 대체할 수 있는 ‘전기에너지탄’의 개발은 기존의 무기체계를 크게 변화시킬 것으로 기대되는 분야이다.

현재 운용되는 화약탄은 탄약의 중량과 부피로 인해 휴대와 관리, 지속성 측면에서 본질적인 한계가 존재하는 것이 사실이다.

하지만, 에너지 무기는 탄약을 휴대하거나 보관할 필요가 없으며, 재무장 없이 한 번의 충전으로 다량의 사격이 가능하고 운용비용이 저렴하여 작전 지속능력이 탁월하다.

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에너지 무기의 대표적 사례로써 ‘레이저 무기’와 ‘레일건(rail-gun)’을 들 수 있다.

레이저 무기와 레일 건 등의 에너지 무기는 초정밀, 초장거리 사격이 가능하여 원거리 목표물 타격에 사용될 수 있다.

특히, 레이저는 부대방호, 통신 등 다양한 분야에서도 활용이 가능하다.

또한, 기술개발의 진전에 따라 소형화, 경량화가 이루어지게 되면, 개인 소총뿐 아니라 전차, 장갑차, 헬기, 드론, 전투로봇 등 어디에나 탑재가 가능하여 활용성이 비약적으로 확장된다.

이러한 에너지 무기 실용화의 관건은 전기에너지의 지속적인 공급 여부가 될 것이다.

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3-1. 레이저 무기

 

ㅡ 레이저 무기는 높은 출력과 지향성을 가진 레이저 빔을 표적에 조사하여 표적의 동체를 파괴 또는 탑재 전자센서를 무력화시키는 무기체계이다.

레이저 무기는 레이저를 활용한 무기체계로써, 이른바 ‘광속(光速)’의 교전이 가능하며, 지향성이 우수하여 정밀 조준이 가능하고, 에너지 집중도가 우수하여 파괴용 무기체계로도 활용된다.

예를 들어, 적 탄도미사일을 낮은 고도에서 요격하거나, 인공위성 또는 UAV에 탑재하여 적 항공기나 미사일 등을 타격할 수 있는 것이다.

미래에는 차량에 탑재할 수 있도록 소형화하여 폭발용 탄약과 함께 상호보완적으로 활용할 수 있으며, 개인이 휴대할 수 있는 레이저 건은 탄약이 필요 없고, 정확성이 우수한 개인 전투체계로 발전될 것이다.

 

ㅇ 강점(strength)

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▲첫째, 고속 표적에 대해 신속(광속, 30만 km/sec) 공격이 가능하다.

이는 기존의 화약탄이 빠르게 이동하는 표적에 대해 선도거리를 고려한 사격을 해야했던 한계점을 극복하게 해준다.

▲둘째, 중력의 영향없이 직진으로 초정밀 타격이 가능하다.

그로 인해 화약탄의 특성인 ‘탄도곡선’에 대한 고려가 불필요해지며, 사거리의 비약적인 증대를 노릴 수 있게 되는 것이다.

▲셋째, 전원 공급 시에는 탄환의 보급 소요가 전혀 없는 상태에서 무제한적으로 운용될 수 있다.

이는 작전지속지원의 측면에서 획기적인 변화를 가져올 것으로 보이며, 1회 발사에 약 1달러 이하의 비용을 사용하는 수준으로 발사비용을 절감함으로써 경제적 측면에서 긍정적인 효과가 발생할 것으로 예상된다.

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위에서 언급된 내용 외에도, 레이저 무기는 소형·고속 대공표적(UAV, 유도탄 등)에 대한 정밀타격 및 요격 무기로 개발이 가능하다. 그리고 특수전 작전 시, 테러범 등을 선별적으로 타격하는 대테러 무기로도 활용성이 클 것으로 보인다.

그리고, 레이저 무기의 또 다른 형태로서 공중에 레이저 전송 거울을 운용한다면 지상의 레이저를 반사하여 적의 미사일 및 전투기의 요격이나 수백 km 거리의 목표물에 대한 타격도 가능하다.

또한, 레이저는 무기 이외에도 다양하게 활용될 수 있는데, 무선 주파수의 한계를 극복한 레이저 통신은 우주 공간에서도 자유롭게 통신이 가능하다. 장애물, 화학제 등의 탐지에도 활용될 수 있으며 유도탄용 레이저 조사기로 표적 지시기의 역할도 가능하다는 점에서 그 활용성이 매우 클 것으로 예상된다.

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ㅇ 약점(weakness)

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▼첫째, 기상조건(비, 눈, 안개 등)에 따라서 그 성능의 편차가 커질 수 있다는 것이다.

빛의 지향성을 이용하는 무기이므로 대기 상태 등 환경적 요소로부터 영향을 받아 굴절율 변화, 산란 효과 등을 겪게 된다. 이는 무기체계로써 운용함에 있어서 성능 발휘 측면에서의 신뢰도 문제를 야기한다.

▼둘째, 레이저 무기의 직진성으로 인해 가시선(line of sight) 측면에서의 제한이 불가피하다.

이를 극복하기 위해서는 ‘레이저 전송 거울’ 등을 이용해 곡사화기를 운용하는 것과 유사한 효과를 발휘할 수도 있으나, 현재의 기술력 수준으로는 레이저의 출력을 충분히 발휘하는 데 제한이 있는 실정이다.

다만, 이는 레이저 무기의 본질적인 약점이라기보다는 ‘기술의존적 한계’에 해당될 것이며, 점차 기술력의 향상을 바탕으로 극복될 것으로 보인다.

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ㅇ 레이저 무기의 요구능력 및 개발현황

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1. 고에너지 레이저 발진기술을 개발함으로써 근거리 무인기를 요격하거나 유도탄 및 탄도탄을 무력화하거나 요격할 수 있는 능력

2. 초고속 및 초정밀 추적조준 기술을 개발하여 고속이동 표적에 대해 정확한 조준

3. 레이저 무기를 전술플랫폼에 탑재할 수 있도록 소형화 및 경량화 기술

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3-2. 레일건

 

ㅡ 두 전기전도체 레일 사이에 금속 탄체를 놓고 레일에 전류를 흘려보내 발생하는 전자기력으로 탄체를 가속하여 발사하는 무기인 '레일 건'은 화약 대신 전자기력으로 탄환을 발사시킬 수 있어 기존의 대포보다 사출 속도가 10배 이상 빨라 초장거리까지 화력을 투사할 수 있는 무기이다.

레일건은 총탄이 소리보다 빨리 도달하므로 표적 당사자들은 총성을 들을 수 없어 기습의 효과를 달성하고, 적에게 공포심을 배가시킨다.

또한, 폭발적인 운동 에너지는 기존의 화포에 비해 섬광은 1/1000, 폭음은 1/10수준을 나타내면서도 기존 화포의 폭약을 능가하는 파괴력을 발휘하면서, 화약을 사용하지 않기에 작전지속지원 측면에서의 탄약 재보급이 불필요하다.

 

ㅇ 레일건의 작동원리

 

ㅡ 레일건은 전자기력을 이용해 탄체를 초고속(2.5km/s)으로 발사하여 장거리 목표물을 신속하게 타격하기 위한 미래 무기체계이다.

전자기력에 의한 초고속으로 인해 기존의 화포 사거리의 한계(1.8km/s)를 뛰어넘는 무기이다.

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레일건은 평행하게 설치된 레일에 대전류를 인가하면 레일 주변에 형성된 자기장과 전기자를 통해 흐르는 전류의 상호작용으로 인해 발생된 로렌츠 힘(Lorentz's Force)에 의하여 전기자를 추진시키게 된다.

여기서 전기자의 추진속도는 기존의 화학 추진제가 낼 수 있는 속도를 뛰어넘는다.

 

레일건은 화학 추진이 아닌 무화약의 전자기력에 의해 추진되기 때문에 화약으로 인한 소음, 열기가 없어 적의 탐지 수단으로부터 보호되고, 통제 가능한 전기 에너지로 사거리 조절이 가능하다.

 

ㅇ레일건의 장점

 

▲첫 번째, 월등한 무기효과 

미 해군이 목표로 하는 발사속도는 분당 10발이기 때문에 지속적 화력지원이 가능하다.

미 해군 연구소에 의하면 기존 화포와 레일건을 동일한 에너지로 시뮬레이션 할 경우 발사 섬광량은 1/1000, 발사시 폭음은 1/10수준으로 교전시 위치 노출억제에 유리하다.

또한, 탄속이 빠르기 때문에 각종 마찰요소에 노출되는 시간이 짧아(측풍, 중력, 기상상황 등) 명중률에 크게 기여할 것으로 판단된다.

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▲두 번째, 경제성 

중거리 지대지 미사일 등의 다양한 운동성 무기체계는 1기 당 발생하는 비용이 많이 든다.

그러나 레일건에서 발사하는 탄환 1발당 발생하는 비용은 레이저 무기체계와 비슷하다.

발사당 발전기 전기를 이용하므로 전·평시 탄약 비축, 저장, 운송, 공급 등과 관련되는 시설, 인력, 차량과 관련된 소요가 없다.

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이러한 강점을 지닌 레일건 무기는 레이저 무기의 단점인 날씨의 제한 및 직진성으로 인한 직접 타격의 제한을 보완할 수 있기에, 레이저 무기와도 상호보완적으로 사용할 수 있다.

 

ㅇ 레일건의 단점

 

ㅡ 레일건의 특성상 음속의 4배 이상의 충격파를 견뎌야 하며, 매우 강한 자장으로 인한 충격은 총신(레일)을 파괴할 수도 있다는 취약성이 존재한다.

또한, 대용량의 전력소모와 고속의 탄환 발사시에 생기는 레일 마모 문제는 실용화에 가장 큰 기술적 문제이다.

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ㅡ 美 해군을 중심으로 전술적, 전략적 무기로써 실용화를 추진하는 수준이다. 그러나 향후 관련 분야의 기술이 지속 개발되어 레일건 무기가 전장에서 다양한 모습으로 활용될 것이며, 특히 초장거리 목표물을 타격하는 육군의 전략적 무기로도 활용될 수 있을 것이다.

 

ㅇ 레일건의 운용개념 및 요구능력

 

ㅡ 레일건 무기 운용개념

▲첫째, 지상의 고정시설에 설치하여 적 전술차량, 전차 등을 파괴하거나 적 위협범위 밖에서 핵심표적을 타격

▲둘째, 보병 및 기계화부대에 편성하여(소형화 가능시) 적 전술차량, 전차 등을 파괴하기 위한 대전차화기로써 운용

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ㅡ 요구되는 개략적인 능력

▲첫째, 무기체계(전차 등 이동식 플랫폼)에 탑재 가능한 소형화가 필요하다.

▲둘째, 연속발사가 가능해야 하며, 전기자의 위력 향상이 필요하다는 것이다. 이를 위해서는, 전자기포의 내구성이 강화되어야 할 것이며, 무기체계의 부피를 소형화하는 동시에 모듈화하여 소요 공간을 최소화하는 기술이 마련되어야 할 것이고, 전기자의 접촉 저항을 감소시키는 기술 등에 대한 연구개발이 필히 수반되어야 할 것이다.