Ⅰ. 서론
매일 새로운 과학 기술들이 개발되고 있는 요즘, 새로운 무기들도 꾸준히 개발되고 있다. 새로운 무기들을 만들 때는 기존의 무기들의 장점은 살리고 단점은 없애면서 더 좋은 성능을 가지고 효율적으로 사용할 수 있는 무기를 개발하기 위해 노력한다. 우리가 지금까지 가장 많이 사용했고 앞으로도 활발하게 사용할 무기인 총포도 똑같다. 우리는 총포의 기존의 장점은 살리고 포 자체의 덩치가 기하급수적으로 커지는 일 없이 탄환을 기존 총포보다 더욱 멀리, 빠르게 쏘아 보내는 총포를 만들기 위해 노력하고 있다. 이러한 결과의 산물로 나온 것이 ‘레일건’ 이다. 따라서 본 탐구에서는 레일건의 원리와 효율성에 관한 연구를 진행하고자 한다.
Ⅱ. 이론적 배경
가. 기존 총포의 개념 및 역사
1) 총포의 개념: 총포란 화약 또는 압축된 공기, 가스 등의 힘으로 한쪽이 밀폐된 관형 구조체 안에 삽입된 일정 구경 이하의 탄자를 고속으로 가속하여, 주로 그탄자의 운동 에너지를 이 용하여 목표물을 타격하는 무기의 통칭이다.
2) 총포의 역사: 총포의 발명이 언제 이루어졌는지는 정확히는 모르지만 그 무기는 근대시기에 등장하였다. 포는 중국 송나라 때로 추정되고 총은 14세기 중국의 화포가 유럽으로 전래되 는 과정에서 생긴 것으로 추정되며 시기상으로 보면 포가 총보다는 먼저 생겼다. 처음 공성 병기로만 사용되던 포는 상당한 대형이었다. 하지만 그럼에도 포는 엄청난 공격력을 가지고 있어 많은 영향을 끼쳤다. 이 도중에 화포의 축소형으로 소총이 개발되었다. 소총은 화약에 불을 붙여 발사하는 스타일로 스프링에 의한 격발 창치의 도입으로 언제든지 발사할 수 있 어서 높은 효율을 가졌지만 실제로는 많은 인기를 누리진 못햇다. 하지만 그 이후로 소총은 어디를 맞춰도 큰 부상을 입힐 수 있어 많이 사용되었다. 이렇게 포와 총이 등장한 이후로 탄을 더 멀리, 빠르게 날리기 위한 개발은 계속되었다.
나. 레일건의 개념
1) 레일건의 개념: 레일건은 전기의 힘을 이용해 탄환을 발사하는 무기로 전류가 흐르는 전선 을 따라 탄환이 가속돼 날아가는 모습이 마치 열차가 레일을 달려 가속하는 것과 비슷하다 고 해서 붙은 이름이다. 레일건은 기존 총포와 다르게 전기의 힘만으로 탄환을 날려 보내기 때문에 전기포라고도 불리며 전기의 힘을 이용하기 때문에 탄환을 음속보다 7배 빠르게 발 사할 수 있다.
Ⅲ. 탐구 내용
가. 레일건의 원리
레일건은 화약 대신 전기장과 자기장을 이용한다. 그 원리를 살펴보면 레일건 의 기본 원리는 전자기장의 원리로 포신의 역할을 하는 두 개의 전도성 레일을 나란히 놓고 양쪽에 강한 전압을 건다. 그리고 레일 사이에 전도성 탄자를 넣으면 전도성 탄자를 통해 전 류가 흐르게 되면서 하나의 회로를 형성한다. 이때 레일에 흐르는 전류가 형성한 자기장이 전 류가 흐르는 탄자에 로렌츠 힘을 가히게 되고, 이 힘으로 탄자를 가속하여 빠른 속도로 발사 하는 것이다. 이 발사되는 탄자의 속도는 당연히 전류의 양이 많으면 많을수록, 레일의 길이 가 길면 길수록 무한대로 빨리지고 그 위력 또한 강해진다. 이 속도가 무한정으로 빨라지면 전 투기의 속도를 능가할 정도로 빨라지는데 미 해군이 실험한 레일건의 탄두 속도는 마하6 이상 으로 소리보다 빠른 속도였다. 이렇게 전류의 양이 많아질수록, 레일의 길이가 길어질수록 속 도와 위력이 함께 강해지기 때문에 정말 위험한 무기이다.
나. 레일건의 효율성
1) 레일건의 단점: 일단 레일건이 가장 큰 문제점은 속도를 빠르게 하고 위력을 강하게 하기 위해서 전류의 양을 늘리거나 레일의 길이를 길게 하면 어마어마한 전력 낭비 및 무게 증 가로 쉽게 사용하기 어려울 뿐만 아니라 번거로울 수 있다. 근래의 실험 결과에 따르면 대 륙간탄도미사일(ICBM)을 파괴할 정도의 위력을 가지기 위해서는 무려 12V의 자동차 배터리 14,000개의 전력이 필요하다고 한다. 이 정도의 전력을 한번에 만들려면 엄청난 돈이 들것 이고 전력낭비 또한 심할 것이다. 또한 레일이 길이를 길게 하면 레일을 쇠로 만들기 때문 에 몹시 무겁고 이동이나 다루는 것이 힘들다. 이것 뿐만 아니라 위력이 커지면 커질수록 반발력 또한 커져 레일건이 실제로 개발되더라고 실제로 많이 쓰이기는 어려울 것이다. 이 러한 면에서 보면 레일건의 효율성은 기대보다 떨어진다.
2) 레일건의 장점: 앞에서 말한 레일건의 단점에는 경제적 비용 및 전력 손실의 문제도 있었 다. 하지만 오히려 레일건이 기존의 미사일보다 경제적일 수도 있다. 만약 적절한 전력 공 급량만 찾는다면 기존 미사일 비용의 1/10도 안할 가능성이 높다. 레일건을 설치하는 비용 은 들겠지만 그 뒤 비용은 기존 무기들보다 저렴하다. 또한 기존보다 더 위력적이다. 레일 건의 포탄이 기존 포탄보다 여유 공간이 많아 남은 공간에 탄을 채울 수 있기 때문에 지속 전투력이 커진다. 이외에도 섬광량과 폭음이 기존 화포의 약1/1000, 1/10 밖에 되지 않기 때문에 위치를 감출 수 있고 탄속이 무한대로 빨라 질 수 있기 때문에 정확성도 높아질 수 있다. 또한 전력과 레일의 길이를 조정하면 속도와 위력을 무한정 강하게 할 수 있다는 점 을 보아 앞으로 더 개발이 이루어지고 적당한 전력 양을 찾게 된다면 레일건의 효율성은 정말 높아질 것이다.
Ⅳ. 탐구 결과
레일건의 원리는 화약이 아닌 전기장과 자기장을 이용하는 것이었고 전도성 레일 두 개를 놓고 그 사이에 전도성 탄자를 놓은 뒤 강한 전압을 걸면 전류가 흐르게 되면서 하나의 회로를 만든다. 이때 전류가 만든 자기장이 탄자에 로렌츠 힘을 가하게 되면서 탄자가 빠른 속도로 발사되는 원리이다. 이러한 원리를 가진 레일건은 전류가 강할수록, 레일의 길이가 길수록 탄자가 빠른 속도로 큰 위력을 가지고 발사된다. 즉, 무한정으로 빠르고 강하게 할 수 있다는 의미이다. 하지만 속도와 위력을 높이기 위해서는 전류를 세게하고 레일을 길게 만들어야 하기 때문에 효율성이 떨어진다. 그럼에도 불구하고 레일건은 기존의 총포보다 빠르고 위력이 강하며 정확도 또한 높아진 다는 점에서 기존보다 높은 효율성을 가지고 있다. 따라서 앞으로는 레일건의 단점을 보완하면서 개발하여 더 빠른 속도와 더 강한 위력을 가진 레일건 개발에 노력해야 한다.
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