레일건
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1. 개요
금속 탄자를 전자기력으로 가속하여 발사하는 기구이다. 일반적으로 무기체계로 개발중이나 스페이스 건이나 전자기 캐터펄트 등 운송 수단으로도 응용되고 있다.
선형(Linear) 궤도(rail)를 쓰기 때문에 리니어 건(Linear gun)이라고도 하고, 전자기력을 사용하여 발사체를 투사하는 발사장치라는 의미에서 EML(Electromagnetic Launcher)이라고도 하며 전자기력을 사용하여 포탄을 쏘는 대포라는 의미에서 'EM건(Electromagnetic Gun)'이라고도 하지만, 보통 사람들은 레일건(Railgun)이라고 부르는 것이 일반적이다. 한문식 표현으로는 전자포(電磁砲)[1] 또는 '전자투사포(電磁投射砲)'나 '전자가속포(電磁加速砲)'[2] 등으로 불린다.[3] 비슷한 무기 체계로 코일건이 있다.
기존 화약추진식포 대비 빠른 초속을 달성할 수 있어 20세기와 21세기 초 무렵엔 SF적인 무기 개념으로 사용되는 경우가 많았다.
2. 역사
레일건의 '개념'이 등장한 건 꽤 오래되었다. 1918년에 기본적인 개념이 나왔으며 1922년 7월 미국인 빌레르프가 레일건 관련 특허를 출허했다. 이미 그때 구상된 레일건은 현재 레일건과 별반 다르지 않은 구조를 가지고 있어, 사실상 현대 레일건의 개념적 정립은 20세기 초에 완료된 것이라 볼 수 있다. 1930년대 과학잡지에 미래형 무기로 레일건과 코일건이 등장하기도 했을 정도이다.
제2차 세계 대전 시기 독일의 요하임 헨슬러가 레일건을 대공포로 이용하고자 했고 Flak 40 128mm 대공포 포좌 위에 0.5kg짜리 폭약을 이용하는 레일건을 제작하고자 했다. 이 레일건의 포구 초속은 2000m/s에 이르렀다. 그러나 종전이 오는 바람에 실용화되지 못했다고 했으나 이 무기를 조사한 미군은 고작 500g 탄을 발사하는 "이 대공포 한 문 운용하는 데 시카고 전력의 반을 쏟아부어야 할 것이다" 라며 효율성이 부족하다고 평한 것으로 보아 설령 독일군이 승리했다 하더라도 완성되어 실용화되기 까지는 수십 년이 더 필요했을 것으로 보인다.
21세기 초에 이르면 미군이 미사일방어체계의 한 부분으로 연구하였고 2017년에 미 해군에서 첫 시험 운용을 실행했으나 실제 무기체계에 탑재한건 아니고 단순 시험사격이라 향후 양산 및 배치 까지는 더 많은 기간이 필요할 것으로 보인다. 다시 말해 개념 등장 이후 실제 상용화까지 백 년이 넘는 세월이 필요할 것으로 보인다.
BAE 시스템도 발사 시험에 성공하는 등 발사까지는 해냈으며 2018년 미군의 줌왈트급 구축함에 실전 배치를 목표로 연구되었으나 2020년이 되어도 실전배치는커녕 함정에 장착 실험도 하지 못하고 있다.
결국 미국이 1조 원이 넘는 예산을 들여 10년 이상 추진해온 레일건 개발계획을 중단할 가능성이 커졌었다.
그와 같이 사실상 레일건의 기본 개념은 오래되었으나, 레일건의 실전 배치를 가로막는 원인 중의 하나가 바로 전력이다. 미군 또한 레일건의 실전 배치를 위해 전력 부분에 관한 개선 연구를 하고 있으며 원자력 순양함 등에 올려 운용하려는 계획도 전력 공급이 목적이다.
2018년, 중국이 군함에 레일건을 장착한 사진이 유출되는 등 타국에서도 개발이 이루어지고 있으나 아직 실전배치까지는 시간이 많이 소요될 것으로 보인다.
3. 원리
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포신의 역할을 하는 두 개의 전도성 레일을 나란히 놓고 양쪽에 강한 전압을 건다. 그리고 레일 사이에 전도성 탄자를 넣으면 탄자를 통해 전류가 흐르며 회로가 형성된다. 이때 레일에 흐르는 전류가 형성한 자기장은 전류가 흐르는 탄자에 로렌츠 힘을 가하고, 이 힘으로 탄자를 가속하여 빠른 속도로 발사하는 것이 레일건의 기본 원리이다. 당연히 흐르는 전류가 클수록, 레일의 길이(=힘을 가하는 시간)가 클수록 위력은 무한하게 강해진다.
전자기력을 이용해 물체를 움직이는 장치라는 점에서 자기부상열차와 비슷해 보일 수도 있지만, 사실 자기부상열차와는 물체를 움직이기 위해 전자기력을 이용한다는 점만이 비슷할 뿐 작동원리 자체가 완전히 다르다. 오히려 자기부상열차와 비슷한 것은 코일건. 코일건이 자기부상열차가 자기장으로 인해 공중에 떠 있듯이 탄자를 자기장으로 공중에 띄워 놓은 상태가 되도록 하는 동시에 코일의 자기장을 이용, 앞으로 빠르게 땡기고 순간적으로 꺼서 관성에 의해 날아가도록 하는 거라면, 레일건은 탄자를 포신 내부의 레일에 밀착시켜 둔 상태로 탄자의 뒤와 양옆에서 강한 힘으로 밀어서 발사시키는 것이라 원리도 다르고 내부 구조에서도 상당한 차이를 보이게 된다.
정상적으로 발사된다는 가정하에 사거리는 엄청난데, 미국의 해군에서 개발 중인 대형 레일건의 목표 사정거리는 무려 450km로 '''출발점과 도착점을 각각 서울 시청 현관, 제주 시청 현관을 기준으로 잡았을 때 나오는 사정거리다.[4]''' 물론 이것을 전차에 달 수 있냐…… 하면 그것도 아닌데, 전력 공급장치까지 포함하면 현세대 주력전차보다 족히 2~3배는 크고 무거울 것이기 때문이다.
기본 원리는 20세기 초에 확립되었으나 그동안 기술 부족으로 외면당해 왔다. 첫 번째 문제는 레일건의 재질인데 연구 초기에는 한 발 쏘면 포신이 녹아내렸다. 하지만 이보다도 더 큰 문제는 도체 탄환을 장비하면 포신에서 가속되는 도중 발생하는 아크로 인해 '''탄자가 전부 증발'''했다. 그래서 탄자는 일반적으로 사용하는 재질로 쓰고 그 탄자를 아마튜어라는 부속장치에 고정하여 양 레일에 접촉 발사한다. 레일건용 사보(Sabot)라고 생각하면 편하다.
또 다른 문제는 어마어마한 전력소모. 20세기의 발전 능력으로는 턱도 없었지만, 원자력 발전이 상용화되고 원자력 엔진을 군함에 탑재하게 되면서 실제 구현이 겨우 가능해졌다. 이후에는 레일건의 전력 소모량을 줄이기 위한 연구도 어느 정도 진행되는 것인지, 줌왈트급 구축함의 경우와 같은 내연기관을 사용하는 대형 군함에도 탑재할 수 있을 것으로 보인다.[5]
4. 장점
- 더 경제적이다.
레일건을 개발하느니 차라리 초음속 중거리 지대지 미사일 여러 발 날리는게 좋지 않으냐고 생각할 수도 있지만 어디까지나 현재 상황에서 중거리 미사일이 더 경제적일 뿐이다. 미국이 목표로 하는 레일건 개발 수준에 이르면 이야기가 많이 달라지는데, 토마호크 미사일 1기의 가격은 못해도 60만 달러지만 레일건 탄자는 개발 완료 배치 시 그 가격의 1/10도 안할 가능성이 높다[6] 물론 레일건 포대 자체의 비용은 들지만 고정비용이니까...무엇보다도 타격은 해야 하는데 미사일까지 사용할 필요가 없는 소프트 타겟이면 경제적이란 발언은 타당하다.
- 더 위력적이다.
레일건은 가성비를 유지할 수 있는 한계점이 높다. 위 링크에 나온 레일건 함포를 포함한 야포류의 지속 화력과 화망 구성 능력은 미사일을 아득히 능가한다. 거기에 전기로 구동하다보니 출력조절이 자유롭다. 즉 원하는 표적에 따라 위력조절이 가능하다.
애초에 최고 출력으로 쏴서 제거할 목표물은 전차, 요새같은 중장갑 표적 또는 최고 사정거리에 있는 목표물 정도라 조건만 충족한다면[7] 좀 살살 쏘는 것도 가능하다. 저위력으로 줄여쏘면 발사에 필요한 충전시간도 크게 줄이고 포에 가하는 부담을 낮추고 전기도 아끼면서 무엇보다 지속전투력(=지속화력)은 크게 키울 수 있다. 현재 미 해군이 목표로 시험하고자 하는 레일건의 발사속도는 분당 10발이다.#
화학식 포탄은 탄두 외에도 포탄 발사에 필요한 장약(혹은 추진제)을 필요로 하기에 자석을 통해 가속되는 레일건에 비하여 보관에 몇 배 이상 더 넓은 면적이 요구된다. 비슷한 위력을 가진 동일한 수의 포탄을 보관할 때 화학식 포탄에 비하여 레일건의 포탄의 여유공간이 많이 생기므로 창고면적을 줄이거나 그 남는 공간에 더 많은 탄을 채워 지속전투력을 키우거나[8] 혹은 발사가능한 범위내 에서 더 육중하고 커다란 탄에 투자하여 화력증강을 꾀하는 것도 가능하다.[9]
기존 포와 다른구조를 가지거나, 뭔가 새로운 종류의 화약과 신소재가 등장하지 않는 한 기존 화학식 포는 발전의 여지가 거의 없다. 레일건은 아직 문제가 많으나 미래에 더 강력한 발사력을 제공할 것이라 기대된다.
애초에 최고 출력으로 쏴서 제거할 목표물은 전차, 요새같은 중장갑 표적 또는 최고 사정거리에 있는 목표물 정도라 조건만 충족한다면[7] 좀 살살 쏘는 것도 가능하다. 저위력으로 줄여쏘면 발사에 필요한 충전시간도 크게 줄이고 포에 가하는 부담을 낮추고 전기도 아끼면서 무엇보다 지속전투력(=지속화력)은 크게 키울 수 있다. 현재 미 해군이 목표로 시험하고자 하는 레일건의 발사속도는 분당 10발이다.#
화학식 포탄은 탄두 외에도 포탄 발사에 필요한 장약(혹은 추진제)을 필요로 하기에 자석을 통해 가속되는 레일건에 비하여 보관에 몇 배 이상 더 넓은 면적이 요구된다. 비슷한 위력을 가진 동일한 수의 포탄을 보관할 때 화학식 포탄에 비하여 레일건의 포탄의 여유공간이 많이 생기므로 창고면적을 줄이거나 그 남는 공간에 더 많은 탄을 채워 지속전투력을 키우거나[8] 혹은 발사가능한 범위내 에서 더 육중하고 커다란 탄에 투자하여 화력증강을 꾀하는 것도 가능하다.[9]
기존 포와 다른구조를 가지거나, 뭔가 새로운 종류의 화약과 신소재가 등장하지 않는 한 기존 화학식 포는 발전의 여지가 거의 없다. 레일건은 아직 문제가 많으나 미래에 더 강력한 발사력을 제공할 것이라 기대된다.
- 약점을 줄일 수 있다.
가장 좋은 점은 함대함 전투에서 맞으면 치명적인 부분이 획기적으로 줄어든다는 것이다. 군함의 발달사, 특히 전함의 발달사에서 장갑재는 중요하며 해전 양상이 초창기 측면 장갑을 중시한 1차 대전형 근중거리 난타전에서 드레드노트로 대변되는 거함거포의 장거리 일격필살이 되면서 대낙각탄에 대한 방어를 위하여 갑판 장갑을 지나치게 증가시켰는데, 이 때문에 일명 'All or Nothing' 개념이 등장한다.
이는 맞으면 안 되는 기관과 포탑과 탄약고, 연료 저장고 등을 모조리 함 중앙으로 몰아서 그 부분에 집중적인 장갑을 갖추고, 나머지 피격돼도 당장은 전투와 생존에 지장이 없는 승조원 구획이나 식당, 식량창고 같은 부분에는 가장 기본적인 장갑만 두르는 방식이다. 이 역시 항공모함의 등장으로 말도 안되는 거리를 이동하여 비교적 정확하게 떨어지는 항공폭탄과 어뢰에 의해서 종말을 맞이하였다. 허나 레일건은 원리상 당연히 장약이 없이도 전력만 공급된다면 탄환의 발사가 가능하기에, 장약의 사용 여부를 상황에 따라 선택할 수 있고(순수히 전력만으로 쏠 수도 있고, 전력과 장약을 병용할 수도 있다.), 따라서 레일건을 함포로 도입하게 된다면 탄약고의 용적을 필요 최소한으로 제한할 수 있기 때문에 군함의 바이탈 파트를 줄이는 데에도 기여할 수 있다. 탄약고의 유폭 가능성을 최소화할 수 있으므로 바이탈 파트가 크게 줄게 되는 것이다.
그러나 이 문제는 반대로 말하면 장약에 의존하지 않게 되는 대신 핵분열 반응로를 탑재하는 것이 사실상 강제되므로[10] 어쩌다 애먼 곳에 피탄되기라도 하면 원자력 사고를 각오해야 한다는 의미이기도 하다.
물론 영화에서처럼 다짜고짜 대폭발을 일으키거나 하지는 않는다 쳐도, 항상 바다 위에서 작전을 하는 군함의 특성상 방사능 누출이 발생할 경우 후속 대응도 어렵고 오염의 전파도 빠를 것이다. 이 문제점은 원자력 잠수함과도 일맥 상통하는 부분. 이러한 문제를 회피하기 위해서 내연기관을 사용하는 군함에서도 레일건을 사용할 수 있도록 하는 방향으로 연구가 진행되고 있다.
이는 맞으면 안 되는 기관과 포탑과 탄약고, 연료 저장고 등을 모조리 함 중앙으로 몰아서 그 부분에 집중적인 장갑을 갖추고, 나머지 피격돼도 당장은 전투와 생존에 지장이 없는 승조원 구획이나 식당, 식량창고 같은 부분에는 가장 기본적인 장갑만 두르는 방식이다. 이 역시 항공모함의 등장으로 말도 안되는 거리를 이동하여 비교적 정확하게 떨어지는 항공폭탄과 어뢰에 의해서 종말을 맞이하였다. 허나 레일건은 원리상 당연히 장약이 없이도 전력만 공급된다면 탄환의 발사가 가능하기에, 장약의 사용 여부를 상황에 따라 선택할 수 있고(순수히 전력만으로 쏠 수도 있고, 전력과 장약을 병용할 수도 있다.), 따라서 레일건을 함포로 도입하게 된다면 탄약고의 용적을 필요 최소한으로 제한할 수 있기 때문에 군함의 바이탈 파트를 줄이는 데에도 기여할 수 있다. 탄약고의 유폭 가능성을 최소화할 수 있으므로 바이탈 파트가 크게 줄게 되는 것이다.
그러나 이 문제는 반대로 말하면 장약에 의존하지 않게 되는 대신 핵분열 반응로를 탑재하는 것이 사실상 강제되므로[10] 어쩌다 애먼 곳에 피탄되기라도 하면 원자력 사고를 각오해야 한다는 의미이기도 하다.
물론 영화에서처럼 다짜고짜 대폭발을 일으키거나 하지는 않는다 쳐도, 항상 바다 위에서 작전을 하는 군함의 특성상 방사능 누출이 발생할 경우 후속 대응도 어렵고 오염의 전파도 빠를 것이다. 이 문제점은 원자력 잠수함과도 일맥 상통하는 부분. 이러한 문제를 회피하기 위해서 내연기관을 사용하는 군함에서도 레일건을 사용할 수 있도록 하는 방향으로 연구가 진행되고 있다.
- 위치 노출 억제
미국 해군 델그랜 연구소에 의하면 기존 화학식포와 레일건을 동일한 에너지로 시뮬레이션할 경우 발사 섬광량은 1/1000, 발사시 폭음은 1/10수준으로(해 당연구소 기준) 교전 시 위치노출 억제에 유리하다고 한다.[11] 레일건은 일부 탄속과 사정거리 희생을 감수하더라도 필요할 때 출력 규모를 줄여 쏠 수 있는데 이 방식은 최대 출력으로 발사할 때보다 더 낮은 폭음과 섬광 발생이 가능하다.
- 즉발에 가까운 빠른 탄속
탄속이 기존 화약식 무기체계를 아득히 능가하는 수준으로 더럽게 빠르다. 당연히 레이저보단 느리지만, 평균적으로 레이저보다 강한 타격력과 유연성을 지니며 적당한 거리에선 적이 탄을 막을 엄두조차 못내고, 애초에 가능하다 해도 가성비가 안 맞는다. 상대에게 손실을 강요하는 것이다. 이것 때문에, 기존의 함포가 발달해 더 강력한 파괴력을 자랑하게 되어도 웬만하면 레일건이나 그 기존 함포에 적용한 기술을 적용한 레일건이 쓰일 것이다. [12] 물론 기술이 발달해 싼 값에 찍어낼 수 있게 되면 폭발물은 꽤 효율적이니 지속적인 추적이 가능한 독립된 추진체 계통과 결합해 다시 쓰일 순 있을 것으로 보인다.
하지만 기존 함포가 그렇게 되면 당연히 그 포탄의 단가가 무지막지하게 올라갈 것이고, 그냥 말해 싸고 넘쳐나게 만들 수 있는 통짜 쇠나 세라믹 탄을 쏴갈기는 레일건을 쓰는 것보단 손해가 될 것이다. 게다가 엄청나게 빠른 탄속은 명중률에도 큰 기여를 한다. 비행시간/체공시간이 길수록 바람(주로 측풍)이나 중력(가속도), 기상상황 등에 영향을 많이 받고 탄도도 (변수가 완전히 통제되고, 전제조건이 최적화된)실험실상의 (이론상의) 탄도에서 벗어나기 쉽다. 그러나 탄속이 빠르면 표적을 타격하기까지 짧은 시간을 체공하므로 그러한 영향을 상대적으로 덜 받아 명중률이 더 높아지고 탄도도 더 안정적이 된다.
하지만 기존 함포가 그렇게 되면 당연히 그 포탄의 단가가 무지막지하게 올라갈 것이고, 그냥 말해 싸고 넘쳐나게 만들 수 있는 통짜 쇠나 세라믹 탄을 쏴갈기는 레일건을 쓰는 것보단 손해가 될 것이다. 게다가 엄청나게 빠른 탄속은 명중률에도 큰 기여를 한다. 비행시간/체공시간이 길수록 바람(주로 측풍)이나 중력(가속도), 기상상황 등에 영향을 많이 받고 탄도도 (변수가 완전히 통제되고, 전제조건이 최적화된)실험실상의 (이론상의) 탄도에서 벗어나기 쉽다. 그러나 탄속이 빠르면 표적을 타격하기까지 짧은 시간을 체공하므로 그러한 영향을 상대적으로 덜 받아 명중률이 더 높아지고 탄도도 더 안정적이 된다.
- 자유로운 전력활용
분명 레일건을 구동하려면 큰 발전기, 극단적으론 위에서 말했듯 '원자력 발전기'라도 탑재해야만 한다. 하지만 알아두어야 할 것은 반드시 레일건 충전 100을 하기 위해 발전기도 똑같이 100의 출력이 꼭 나올 필요가 없다. 절반 또는 그 이하 라도 문제가 없을수도 있다. 이유는 전기는 저장이 어렵지만 불가능한게 아니라서 어디에 저장해 두었다가 쓰면 될일이다. 그러다 남은 전력은 다른 곳에 분배하여 이용할 수 있다.
최초로 군함에서 전기를 사용할때 전력으로 함내 전등 밝힐 수 있는 정도의 역할 말고는 딱히 전력수요는 없었지만 날이 갈수록 함내 전력수요는 늘고있다. 레일건을 빼더라도 컴퓨터, 레이더, 소나, 냉-난방기 등 전력수요는 넘친다.
정리하자면 '재래식' 무장에 비해서는 탄속은 더 빠르고[13], 추진을 위한 폭발이 없으니 기존 무기 체계에서 필수였던 내폭 강도와 밀폐성의 확보를 우선하지 않아도 되며 전력 공급만 안정하다면 포탄으로 쏠 것들을 더 많이 싣고 다닐 수 있다는 이야기이다.최초로 군함에서 전기를 사용할때 전력으로 함내 전등 밝힐 수 있는 정도의 역할 말고는 딱히 전력수요는 없었지만 날이 갈수록 함내 전력수요는 늘고있다. 레일건을 빼더라도 컴퓨터, 레이더, 소나, 냉-난방기 등 전력수요는 넘친다.
4.1. 가능성
미 해군은 2015년 기존 대포보다 10배 빠른 사출속도를 가진 레일건을 개발 완료하였다. 이 레일건은 최대 사거리가 350㎞에 달하며 유효 사거리도 200km이다.
레일건이 함포로서 도입되면 함재기의 작전반경에 필적하는 사정거리를 보장하며, 매우 신속한 타격이 가능해진다. 레일건 탄자는 극초음속으로 날아가기에 전투기보다 빠르다. 최대사거리에서는 포구 초속에 비해서 속도가 떨어지므로 CIWS로 격추를 시도할 수 있지만, 이것은 레일건이 탄자의 속도를 더 올리는 것으로 상대하면 된다. 탄자의 속도를 올리는 것은 전력 공급과 포신의 내구도 문제 때문에 발목이 잡히기는 하지만, 어쨌든 전투기 정도는 가볍게 능가할 수 있는 속도를 낼 수 있으리라고 예상된다. 애초에 CIWS란 것도 피해를 줄여보자는 컨셉이지 피해를 아예 막아주는 컨셉이 아니다.
적측 함대에서 요격을 시도하는 것도 힘들다. 전투기라면 격추시키거나 쫓아버릴 수 있고, 미사일의 경우에도 뇌관을 무력화하거나 폭약을 유폭시키는 방식으로 요격할 수 있다. 그런데 레일건 탄자는 그냥 단순한 덩어리이므로 그러한 방식이 통용되지 않는다. 물리력을 충돌시켜 탄자를 쪼개거나, 비껴치면서 진행 경로를 틀어버리는 방법밖에 없다. 하지만 레일건 탄자는 매우 빠르고 크기가 작기 때문에 그것이 힘들다. 레일건도 대포 개념인 만큼 미사일과 달리 수십 발, 수백 발에 달하는 탄막을 구성하는 것이 가능한데, 이렇게 만들어진 화망을 요격한다는 것은 어렵다. 국지전이라면 몰라도 전면전에서는 레일건 포탄을 요격할 바에야 차라리 다른 방식을 찾는 것이 낫다.
원자력과 조합할 경우 레일건의 가속력이나 최대사거리를 더욱 늘리는 것이 가능해진다. 그래서 원자력을 사용해서 위의 다양한 이점을 더욱 극대화시키자는 주장도 있다. 원자력 항모의 등장으로 함재기의 탑재수와 항모전단의 작전 기간이 크게 늘어났듯, 레일건을 탑재한 원자력 군함은 포격 위주의 전함을 다시 현대전의 주역으로 만들지도 모른다.
실제로 레일건의 개발이 순조롭게 진행된다면 전함이 다시 부활할 수도 있다. 전함이 도태된 이유는 함포의 짧은 사정거리 때문인데, 레일건을 탑재하면 이 문제를 바로 해결할 수 있다. 게다가 레일건은 근본적으로 대포이기 때문에 미사일에 비할 수 없을 만큼 지속적인 화력전이 가능하다. 장거리에서 강력한 화망을 구축할 수 있는 것으로, 이렇게 되면 전함을 효과적으로 운용할 수 있다.
전함이라는 것은 사정거리가 길어지는 만큼 아군의 생존성을 높일 수 있으므로, 전함에 탑재할 레일건은 더더욱 장사정 레일건으로 진화할 것이다. 그럴수록 레일건의 전력소모량은 기하급수적으로 늘어나게 되는데, 이를 감당하려면 위에 언급했던 것처럼 원자로 급의 초고용량 발전기가 필요하다. 이렇게 커져버린 발전 설비를 감당하려면 초대형 선박이 요구되는데, 초대형 선박은 스텔스 기능에 한계가 있으니 장갑을 덕지덕지 두껍게 바르게 된다. 선박 종류 중에서 장갑을 튼튼하게 할수록 이로운 것은 전함 뿐이므로, 이것 또한 레일건과 전함의 궁합이 좋은 이유다. 레일건 탑재가 가능한 덩치 + 초고용량 발전 설비를 갖추려고 커진 덩치 + 장갑을 덕지덕지 발라서 더더욱 커진 덩치로 인해, 과거 거함거포 시절처럼 대단히 크고 아름다운 전함이 등장할 수도 있다.
정찰 위성의 발달과 대함 탄도미사일 및 극초음속 미사일 등의 개발 등을 감안하면 미사일 한 발에 격침될 대형함을 만드는 것은 모험적으로 보일 수도 있는데 항공모함도 그 점은 마찬가지지만 다수의 경항모, 혹은 해안 기지와 공중급유기로 대체되지 않고 21세기가 되어서도 끊임없이 신규 함선이 건조되고 있다. 정규 항공모함의 역할은 다른 함선으로 대체가 불가능하기 때문이다. 항공기의 작전 반경만큼 화력투사가 가능한 전함을 만든다면 항공모함처럼 방공 선단의 보호를 받는것은 물론이고 자체 이지스 시스템을 갖추고 CIWS로 함 전체를 도배하다시피 할 것이다. 대형함이라면 이정도 공간은 충분히 나온다. 전함은 갑판 위에서 항공기를 운용하지 않으므로 방어 설비 또한 훨씬 충실하게 갖출 수 있기에 항공모함보다 더 적은 호위로도 작전이 가능할 것이다.
레일건의 성능을 적당한 정도로 타협한다면 소형 함정에도 설치할 수 있으나, 그렇게 소형함에 설치된 레일건은 대단한 성과를 기대하기가 어렵다. 애초에 기본적인 작동 원리로 인해 레일건의 막대한 전력 소모량만큼은 어쩔 도리가 없다. 따라서 전력소모량을 충당할 수 있는 고용량 발전기 및 그러한 발전 설비를 갖출 수 있는 대형함이 필요하다는 논리이며, 고성능 레일건은 곧 대형함이라는 결론이 나오는 것이다. 이와 같이 전함에 레일건을 탑재할 경우의 장점을 따져보는 것은 상당한 매력을 지닌 일이다. 레일건의 성능을 어디까지 끌어올릴지는 국가가 심사숙고하는 과제가 될 것이다.
하지만 역설적으로, 레일건을 장착하는 전함은 2차 세계대전 당시의 전함처럼 강력한 포와 대응방어가 가능한 장갑을 갖춘 함선과는 거리가 멀어질 가능성이 높다. 현대 해전에서는 더 이상 함선에 중장갑을 두르는 게 아니라 피격 후의 데미지 컨트롤에 치중하고 있는데 레일건이 실용화되는 시점에서 굳이 함선에 덕지덕지 장갑을 바를 이유가 없기 때문이다. 또한 레일건의 실용화 자체가 아직 갈 길이 먼 데다가, 진지하게 레일건 탑재를 위한 전함을 고려하고 있는 나라는 단 하나도 없다. 게다가 전함이 도태된 이유에 막대한 유지비용이 있다는 걸 감안하면 이제와서 레일건 운용만을 바라보고 전함을 되살릴 가치가 있는지는 좀 생각해 볼 문제다.
덧붙여 아직까지는 레일건이 전함의 주포급의 위력을 내기에는 갈 길이 좀 먼 상황인데, 일례로 현재의 레일건은 64MJ의 위력을 가지고 있는 반면 아이오와급의 16인치 주포는 292MJ 가량의 위력을 지니고 있어 4배가 넘는 수준의 차이가 나버리는 상황이기 때문이다. 다만 과거 거함거포주의 시대의 전함들이 장비하고 있던 구경 40cm 이상의 대구경 주포는 지금에 와서는 이미 로스트 테크놀러지가 되어서 관련 기술들이 소실된 상황이다. 물론 설계도가 남아 있고 철강기술 자체는 더 발달했으니 다시 복원은 할 수 있지만, 화약식 화포의 한계상 위력 향상을 기대하기 어렵고 사정거리의 제약도 너무 심해서 이미 현대전에서는 필요없다고 판단되어 도태된 기술인 만큼 굳이 복원할 필요 자체가 없고 이에 대한 대안으로서 레일건의 개발이 진행되고 있는 상황이다. 무엇보다도 현재의 레일건의 위력은 이제야 걸음마를 뗀 프로토타입 단계에서의 위력에 불과한지라, 앞으로 기술이 발전되고 개량이 진행된다면 화약식 화포와는 달리 위력 향상도 충분히 기대할 수 있다.
또한 레일건은 잠재적으로는 과거 거함거포주의 시대의 대구경 주포들은 가지지 못한 장점을 하나 기대할 수 있기도 한데, 바로 당시의 대구경 주포들에 비해서 좀 더 작은 구경으로도 충분히 강력한 위력과 긴 사정거리를 달성할 수 있다는 점이다. 물론 상기했듯 과거 거함거포주의 시대의 대구경 주포들에 비견될 만한 성능을 지니는 장사정 레일건을 만들어 단다면 함선 자체의 대형화는 피하기 어려운 것이 사실이기는 하다. 또한 함포 사격을 통한 상륙전 지원 등의 용도까지 고려한다면, 대지 포격 시에 함포가 충분한 위력을 발휘하기 위해서는 어느 정도 대구경인 편이 유리하니만큼 무조건적으로 소구경화에만 집착할 수는 없는 노릇이기도 하다.[14] 허나 그럼에도 불구하고, 구경이 조금 작더라도 충분한 성능을 기대할 수 있어 소구경과 고위력을 동시에 달성하기 용이하다는 특징은 레일건이 과거 거함거포주의 시대의 대구경 주포들에 비해 우월할 수 있는 하나의 이유가 되기 충분하다.
그리고 해안포로 활용을 하면 기존 해안포보다 활용폭이 더 넒어진다. 레일건의 장점인 초장거리 사격은 방어용으로도 유용하고, 해안포의 장점인 탄환 공급을 통한 지속적인 포격도 보장이 된다. 그리고 가장 큰 걸림돌인 전력 문제도 지상에서 끌어다 쓰거나 아예 자체적인 발전시설을 만들면 간단히 해결이 된다.
여태까지 보던 거함거포주의 사상을 뒤집어서 미래에 개인화기 수준으로 소형화가 가능하다면 '''물리탄자를 쓰는 소화기의 정점'''을 찍을수 있다. 애초에 레일건 자체가 동력원의 소형화가 매우 까다롭다는 문제가 있다고는 하지만 그 문제를 극복할수만 있다면 레일건이라는 무기의 특성상, '''총 자체는 움직이는 부품이 필요가 없다'''. AK시리즈에서 돋보이듯이 움직이는 부품이 적을수록 내구도와 신뢰도는 늘어난다. 회로가 복잡한 코일건에 반해 무지막지한 단순성으로 미친 듯한 단가 감소는 덤. 그리고 총열이 길수록 좋은 특성상 불펍형식으로 만들어질 테고 이 때 또다른 장점이 드러나는데, 후퇴하는 노리쇠 따위는 없기 때문에 탄창을 어깨에 딱 붙여도 문제의 요소가 없다.[15] 재래식 불펍화기의 고질병인 무거운 방아쇠압도 어차피 전자식인 레일건으로선 문제가 되지 않는다.
또한 화약의 폭발력 대신 전자기력으로 추진되는 화약과 탄피가 필요없다는 특성상 총알의 무게와 크기가 획기적으로 작아질 것이기에 장탄수 역시 수십 배로 늘어날 것이다. 탄창과 탄두의 형상 설계에도 자유도가 늘어난다는 점은 보너스. 게다가 재래식 휴대화기의 가스압 추진은 발화시에 가스압(순간반동)이 제일 크고, 총구를 빠져나갈 땐 많이 줄어드는데, 레일건은 레일의 어디에 위치해 있든 간 일정한 힘을 가하므로 '''반동 제어가 더 쉽다'''. 게다가 총구로 빠져나가는 가스압도 조금 반동에 더하는데 이마저도 없으니 총 반동도 더 적다. 총알에 회전을 넣는게 힘들긴 하겠지만 이미 강선 없는 산탄총에서 회전을 주는 라이플 슬러그도 존재하는 만큼 가능성은 절대 낮지 않다. 보듯이 흔히 매체에서 보던 한방화력을 중시한 저격용 레일건이 아닌, 위력과 실용성의 타협을 보면 또 어떤 장점이 나올지도 모르는 일.
소음 면에서도 기존 총기에 비해 메리트가 강한데, 총기 소음의 대부분을 차지하는 화약의 폭발로 인한 연소가스의 팽창에서 오는 격발음이 사라진다는 점 역시 장점이다. 물론 레일건도 총기이며, 압도적인 가속력으로 탄속이 기본적으로 재래식 화기 이상인 특성상 초음속탄은 소닉붐 현상으로 인해 소음을 제거할 순 없겠지만, 출력을 낮춰서 탄속을 아음속으로 발사한다면 아음속탄을 발사하는 소음기 총기 이하 수준의, 거의 무음총 수준의 발사가 가능할 것이다. 출력 조절 기능만 넣으면 한 총으로 이 두 가지 발사 방식을 다 쓸 수도 있다.
5. 단점
- 강한 반동
실탄 화기는 위력이 클수록 반동도 심해지며, 레일건도 예외가 아니다. 아이작 뉴턴의 작용-반작용의 법칙을 생각하면 간단히 답이 나온다.
레일건의 포탄으로 사용될 발사체의 포구초속이 2km/s (음속의 약 6배)라고 하고, 그 발사체의 무게가 30g(BB탄의 150배 무게)이며 포신 길이가 1미터 정도 되어 포신에 10^-3초 정도 머무른다고 가정하자. 총알은 60kJ의 에너지를 가지고 그 순간 가해지는 충격력은 약 60MN이 된다. 이를 개인화기의 위력이라 생각하면 이를 다룰 보병의 어깨는 개머리판이 쿠션이라도 망가져 버릴 것이다. 다만 5.56mm탄자의 무게가 약4g이라는 점을 생각하면 위에서 예시로 든 레일건은 애초에 개인화기로 사용하기에는 적합하지 않다. 중기관총이나 대물저격소총에 사용되는 .50 BMG와 비교하는 것이 보다 적절한데, 탄종에 따라 다르지만 탄자질량이 40g이상에다 1.5만~2만J의 운동에너지를 갖는다. 예시로든 레일건은 30g의 발사체 질량에 6만J의 운동에너지를 가질 것인데, 포구초속을 줄인다면 반동도 자연스레 줄어, 비슷한 스펙을 가질 것이다.
여기까지 읽어보면 이해가 되겠지만, 레일건의 강한 반동은 화약식 화기와의 차이를 두기 위해 포구초속을 높여 잡았기에 생겨나는 단점이므로, 레일건 자체의 문제는 아니라고 해석할 수도 있다. 그러나 그렇다고 반동을 화약식 화포와 비슷한 수준으로 줄이기 위해서 포구초속을 낮추게 되면 자연히 위력도 큰 폭으로 저하되게 되며, 이렇게 되면 실용적 의미에서 레일건을 개발할 이유가 희미해지게 된다. 즉 레일건 고유의 장점을 최대한으로 살리기 위해서는 위력의 확보를 위해 포구초속을 높게 잡아야 하며, 이는 레일건이 강한 반동으로부터 자유로워지기 어려움을 의미한다.
이러한 반동에 대한 문제점 때문에 레일건이 개발되더라도 지금의 화약식 화기를 완전히 도태시키기는 어렵다. 지나치게 강한 반동으로 인해 보병용 화기로서의 운용이 어렵고, 또 마찬가지로 지나치게 강한 반동으로 인해서 연사성에도 어느 정도 제한이 있을 수 있기 때문이다. 레일건을 극단적으로 줄이고 더불어 출력 조절을 통한 어느 정도의 위력 조절이 가능하다는 레일건의 특성을 살려서 위력을 다소 희생하면 반동 문제는 어느 정도 해결되겠으나, 이러한 방법을 선택한다고 한다면 당연히 레일건의 장점인 위력이 저하된다는 문제를 어느 정도는 감수해야 할 필요가 있다. 함포로서만이 아니라 전차포/대전차포로서도 레일건의 활용이 검토되고 있는 것을 생각하면 소형화나 위력의 희생을 통한 반동 문제의 해결을 추구한다 하더라도 일정 수준까지는 레일건 특유의 위력이 그렇게까지 크게 저하되지는 않을 수도 있겠지만, 그래도 보병용 화기로서 쓸 수 있을 정도로까지 반동 문제를 줄이려 한다면 위력의 대폭적인 저하가 있을 수도 있다. 보병용 화기로서 써먹기에는 아무래도 결격 사유가 좀 많다고 할 수 있는 것이다.
덧붙여 발사체의 질량을 극도로 줄인다면 단순히 소형화나 위력의 희생을 통한 방식을 이용하는 것에 비해서 반동 문제를 보다 쉽게 해결할 수 있기는 하다. 탄환의 위력은 운동에너지(1/2*mv^2)에서 나오지만, 반동은 운동량(mv)에서 나오기 때문에 발사체 질량을 줄이고 속도를 올리면 반동은 줄이면서 위력은 유지할 수가 있다. 이렇게 하면 탄환 자체는 저반동으로 사출해도 사출된 탄환은 장갑판이나 부드러운 목표(보통 인체)에 큼지막한 구멍을 뚫어주기 충분하다. 실제로 미군은 이미 이와 같은 구상을 실험한 적이 있었다고 하는데, 0.1g짜리 6mm 구경 탄환을 16,000m/sec(음속의 44배)라는 경악스런 속도로 사출하면서도 반동은 1.6kg*m/s(소구경 권총탄의 반동 수준) 밖에 안 되는 수준으로 억제할 수 있었다 한다.
그러나 발사체 질량이 너무 작으면 목표에 착탄하자마자 바로 기화되어 버려 군함이나 전차의 두꺼운 장갑을 충분하게 관통할 수 없게 된다는 문제가 있다. 보병용 화기를 이렇게 만들어도 공기 저항이 문제다. 공기 저항은 속도의 제곱에 비례하기에 속도가 증가할수록 공기 저항도 급속도로 증가하는데, 여기서 질량마저 감소하면 공기 저항이 속도에 미치는 영향이 대단히 커지며 결과적으로 사거리나 위력 등에 심각한 영향을 끼치게 된다. 즉 탄환이 너무 가벼워 공기 저항으로 사정거리가 크게 떨어진다. 쉽게 말하자면 이게 바람에 날린다는 이야기다. 떨어져내리는 운석처럼 공중에서 압축되면서 녹아내려 효용성이 거의 없을 수도 있다. 또한 소총탄 정도라고 해도 질량이 부족한 만큼 살상력 등에도 문제가 생길 수 있다. 그리고 목표에 완전히 틀어박힌다는 보장이 없다면 오히려 튕겨나오거나 찢긴 파편이 사용자를 다치게 만들 수도 있다. 흔히 생각하는 것보다 대기 흐름은 극초음속으로 날아다니는 추진체의 탄도를 뒤틀어버릴 만큼 쎄며 우리네 문명이 밝혀낸 원리를 바탕으로, 포격시 당연하게 일어날 극한의 상황에서는 그 흔하디 흔한 공기도 물리 화학적 변화가 일어나기 때문에 평범한 환경으로 볼 수가 없다. 지구에 허공은 없으므로 이런 난제들의 극복을 위해선 열과 마찰과 압력까지 하나하나 빠트리지 않고 고려해야 한다. 중력도 만만치 않다. 현 성능에서 조금만 나아지는 거라면[16] 우주에서도 써먹을 수 없다. 애초에 지구가 끔찍하리만치 빠른 운동만으로 파괴적인 결과를 불러일으키는 물체를 소설에서나 가능할 허무맹랑한 방법으로 쉽게 허용할 만큼 만만했다면, 생태계는 수많은 운석 충돌의 결과를 버티지 못했을 것이므로 우리도 존재할 수 없었을 것이다.
탄환의 손상을 억제하기 위해 특수재질을 쓰거나 새로운 공법을 적용한다면 같은 조건 하에 재래식 화기보다 생산성이 떨어질 수 있다.
레일건의 포탄으로 사용될 발사체의 포구초속이 2km/s (음속의 약 6배)라고 하고, 그 발사체의 무게가 30g(BB탄의 150배 무게)이며 포신 길이가 1미터 정도 되어 포신에 10^-3초 정도 머무른다고 가정하자. 총알은 60kJ의 에너지를 가지고 그 순간 가해지는 충격력은 약 60MN이 된다. 이를 개인화기의 위력이라 생각하면 이를 다룰 보병의 어깨는 개머리판이 쿠션이라도 망가져 버릴 것이다. 다만 5.56mm탄자의 무게가 약4g이라는 점을 생각하면 위에서 예시로 든 레일건은 애초에 개인화기로 사용하기에는 적합하지 않다. 중기관총이나 대물저격소총에 사용되는 .50 BMG와 비교하는 것이 보다 적절한데, 탄종에 따라 다르지만 탄자질량이 40g이상에다 1.5만~2만J의 운동에너지를 갖는다. 예시로든 레일건은 30g의 발사체 질량에 6만J의 운동에너지를 가질 것인데, 포구초속을 줄인다면 반동도 자연스레 줄어, 비슷한 스펙을 가질 것이다.
여기까지 읽어보면 이해가 되겠지만, 레일건의 강한 반동은 화약식 화기와의 차이를 두기 위해 포구초속을 높여 잡았기에 생겨나는 단점이므로, 레일건 자체의 문제는 아니라고 해석할 수도 있다. 그러나 그렇다고 반동을 화약식 화포와 비슷한 수준으로 줄이기 위해서 포구초속을 낮추게 되면 자연히 위력도 큰 폭으로 저하되게 되며, 이렇게 되면 실용적 의미에서 레일건을 개발할 이유가 희미해지게 된다. 즉 레일건 고유의 장점을 최대한으로 살리기 위해서는 위력의 확보를 위해 포구초속을 높게 잡아야 하며, 이는 레일건이 강한 반동으로부터 자유로워지기 어려움을 의미한다.
이러한 반동에 대한 문제점 때문에 레일건이 개발되더라도 지금의 화약식 화기를 완전히 도태시키기는 어렵다. 지나치게 강한 반동으로 인해 보병용 화기로서의 운용이 어렵고, 또 마찬가지로 지나치게 강한 반동으로 인해서 연사성에도 어느 정도 제한이 있을 수 있기 때문이다. 레일건을 극단적으로 줄이고 더불어 출력 조절을 통한 어느 정도의 위력 조절이 가능하다는 레일건의 특성을 살려서 위력을 다소 희생하면 반동 문제는 어느 정도 해결되겠으나, 이러한 방법을 선택한다고 한다면 당연히 레일건의 장점인 위력이 저하된다는 문제를 어느 정도는 감수해야 할 필요가 있다. 함포로서만이 아니라 전차포/대전차포로서도 레일건의 활용이 검토되고 있는 것을 생각하면 소형화나 위력의 희생을 통한 반동 문제의 해결을 추구한다 하더라도 일정 수준까지는 레일건 특유의 위력이 그렇게까지 크게 저하되지는 않을 수도 있겠지만, 그래도 보병용 화기로서 쓸 수 있을 정도로까지 반동 문제를 줄이려 한다면 위력의 대폭적인 저하가 있을 수도 있다. 보병용 화기로서 써먹기에는 아무래도 결격 사유가 좀 많다고 할 수 있는 것이다.
덧붙여 발사체의 질량을 극도로 줄인다면 단순히 소형화나 위력의 희생을 통한 방식을 이용하는 것에 비해서 반동 문제를 보다 쉽게 해결할 수 있기는 하다. 탄환의 위력은 운동에너지(1/2*mv^2)에서 나오지만, 반동은 운동량(mv)에서 나오기 때문에 발사체 질량을 줄이고 속도를 올리면 반동은 줄이면서 위력은 유지할 수가 있다. 이렇게 하면 탄환 자체는 저반동으로 사출해도 사출된 탄환은 장갑판이나 부드러운 목표(보통 인체)에 큼지막한 구멍을 뚫어주기 충분하다. 실제로 미군은 이미 이와 같은 구상을 실험한 적이 있었다고 하는데, 0.1g짜리 6mm 구경 탄환을 16,000m/sec(음속의 44배)라는 경악스런 속도로 사출하면서도 반동은 1.6kg*m/s(소구경 권총탄의 반동 수준) 밖에 안 되는 수준으로 억제할 수 있었다 한다.
그러나 발사체 질량이 너무 작으면 목표에 착탄하자마자 바로 기화되어 버려 군함이나 전차의 두꺼운 장갑을 충분하게 관통할 수 없게 된다는 문제가 있다. 보병용 화기를 이렇게 만들어도 공기 저항이 문제다. 공기 저항은 속도의 제곱에 비례하기에 속도가 증가할수록 공기 저항도 급속도로 증가하는데, 여기서 질량마저 감소하면 공기 저항이 속도에 미치는 영향이 대단히 커지며 결과적으로 사거리나 위력 등에 심각한 영향을 끼치게 된다. 즉 탄환이 너무 가벼워 공기 저항으로 사정거리가 크게 떨어진다. 쉽게 말하자면 이게 바람에 날린다는 이야기다. 떨어져내리는 운석처럼 공중에서 압축되면서 녹아내려 효용성이 거의 없을 수도 있다. 또한 소총탄 정도라고 해도 질량이 부족한 만큼 살상력 등에도 문제가 생길 수 있다. 그리고 목표에 완전히 틀어박힌다는 보장이 없다면 오히려 튕겨나오거나 찢긴 파편이 사용자를 다치게 만들 수도 있다. 흔히 생각하는 것보다 대기 흐름은 극초음속으로 날아다니는 추진체의 탄도를 뒤틀어버릴 만큼 쎄며 우리네 문명이 밝혀낸 원리를 바탕으로, 포격시 당연하게 일어날 극한의 상황에서는 그 흔하디 흔한 공기도 물리 화학적 변화가 일어나기 때문에 평범한 환경으로 볼 수가 없다. 지구에 허공은 없으므로 이런 난제들의 극복을 위해선 열과 마찰과 압력까지 하나하나 빠트리지 않고 고려해야 한다. 중력도 만만치 않다. 현 성능에서 조금만 나아지는 거라면[16] 우주에서도 써먹을 수 없다. 애초에 지구가 끔찍하리만치 빠른 운동만으로 파괴적인 결과를 불러일으키는 물체를 소설에서나 가능할 허무맹랑한 방법으로 쉽게 허용할 만큼 만만했다면, 생태계는 수많은 운석 충돌의 결과를 버티지 못했을 것이므로 우리도 존재할 수 없었을 것이다.
탄환의 손상을 억제하기 위해 특수재질을 쓰거나 새로운 공법을 적용한다면 같은 조건 하에 재래식 화기보다 생산성이 떨어질 수 있다.
- 반발력
양쪽에 설치된 레일에는 서로 반대 방향의 전류가 흐르기 때문에 서로 척력이 생긴다. 전류가 작다면야 무시할 만한 수준이겠으나, 레일건이 사용하는 전류는 어마어마하므로 그 힘은 상당하다. 개발 초기에는 이로 인해 레일건이 고작 1회 발사 후에 반발력을 견디지 못하고 부서져 버리는 경우도 있었다.
- 무지막지한 전력 소모
탄두의 무게가 커질수록 대용량의 전력을 소모한다. 근래의 실험 결과에 따르면 ICBM을 파괴할 정도의 위력을 가지는 레일건을 만드는 경우 자그마치 12V의 자동차 배터리 14,000개 분량의 전력이 필요하다고 한다. 이만큼의 전력을 반복 생산하기 위한 순간 전력 장치를 만들려면 천억 원에 달하는 비용이 필요하다.#
전략 폭격으로 난장판 날 전시상황에 이런 설비가 없으면 못 쏜다는 것은 매우 치명적인 일이다. EMP 차폐야 가능하겠지만, 그것 역시 발전 시설 비용에 포함해야 한다. 또한 이런 전력 소모 때문에, 레일건을 무작정 대형화하는 것은 구조물의 강도를 전혀 고려하지 않아도 몹시 비효율적인 일이 된다.
이러한 전력 소모량의 문제는 반동 문제와 더불어 레일건을 보병용 화기로서 쓰기 어렵게 만드는 중요한 문제점이기도 하다. 함포이니까 시도해 볼만한 무기이지 그보다 작은 플랫폼에서는 플랫폼 자체보다 포가 더 커지게 된다[17] 게다가 함선들 또한 최신예 함선들은 전력 소모량이 급격하게 늘어나는 추세라 주포에만 막대한 에너지를 쓰려면 그만큼 레이더나 추진장치 등 다른 체계에 들어가는 전력을 줄여야 되는데 이는 큰 전투력 상실을 의미한다.
전략 폭격으로 난장판 날 전시상황에 이런 설비가 없으면 못 쏜다는 것은 매우 치명적인 일이다. EMP 차폐야 가능하겠지만, 그것 역시 발전 시설 비용에 포함해야 한다. 또한 이런 전력 소모 때문에, 레일건을 무작정 대형화하는 것은 구조물의 강도를 전혀 고려하지 않아도 몹시 비효율적인 일이 된다.
이러한 전력 소모량의 문제는 반동 문제와 더불어 레일건을 보병용 화기로서 쓰기 어렵게 만드는 중요한 문제점이기도 하다. 함포이니까 시도해 볼만한 무기이지 그보다 작은 플랫폼에서는 플랫폼 자체보다 포가 더 커지게 된다[17] 게다가 함선들 또한 최신예 함선들은 전력 소모량이 급격하게 늘어나는 추세라 주포에만 막대한 에너지를 쓰려면 그만큼 레이더나 추진장치 등 다른 체계에 들어가는 전력을 줄여야 되는데 이는 큰 전투력 상실을 의미한다.
- 가늘고 긴 포신, 그리고 관련설비
레일건은 가늘고 긴 포신에 전자기장을 만들어 탄자를 가속시킨다. 당연히 물체를 충분히 빠른 속도로 가속시키려면 포신의 길이가 길 필요가 있다. 물론 위력과 사정거리를 적당히 타협한다면 무조건 포신을 길게 만들 필요는 사실 별로 없겠으나, 그래도 현대의 많은 화약식 화기의 포신과 마찬가지로 그럭저럭 적당한 수준의 길이는 유지되어야 할 것이며, 지금까지 나온 것들은 죄 통짜 쇠만 쓰기 때문에 몹시 무겁고 다루기 힘들다.
그리고 기존 '화학식 포'는 구동을 위해 필요한 건 포탄, 장약, 포신만 덜렁 있는 구조지만 레일건은 포탄, 포신, 발전기, 변압기 , 전선, 컨트롤러 등등 필요한 것이 많다. 이건 어디까지 구동을 위한 최소한만 언급한 거다. 쉽게 이야기 하면 분명 레일건은 화학식포보다는 필요한 것도 많고 덩치도 큰 물건이다.
그리고 기존 '화학식 포'는 구동을 위해 필요한 건 포탄, 장약, 포신만 덜렁 있는 구조지만 레일건은 포탄, 포신, 발전기, 변압기 , 전선, 컨트롤러 등등 필요한 것이 많다. 이건 어디까지 구동을 위한 최소한만 언급한 거다. 쉽게 이야기 하면 분명 레일건은 화학식포보다는 필요한 것도 많고 덩치도 큰 물건이다.
- 포신과 그 내부의 레일의 소모
현대의 많은 화약식 화기와 마찬가지로 레일건 역시 기본적으로 포신과 탄환(발사체)이 서로 밀착될 필요성이 있고, 이로 인해서 사용하다 보면 포신이 마찰과 전기저항 등 여러 이유로 서서히 닳아 부서지므로 결국 포신을 소모성 부품으로서 간주해야 할 필요가 있게 된다. 이런 점에서는 레일건도 역시 현대의 화약식 화기와 동일한 문제를 갖고 있는 것으로, 모든 실탄 화기의 숙명으로부터 레일건도 자유로울 수는 없다는 이야기이다. 크기가 커진다면 만들기도 힘들고 재료를 구하긴 더 힘들어서 자연스레 부담해야 할 비용도 커진다.
더군다나 레일건은 그 원리상 포신의 내부에 탑재된 레일에 탄환을 밀착시키고 더불어 전기가 흐를 수 있도록 해야 하므로 그 소모가 더욱 빠르기 쉽기도 하다. 충격 때문에 금이 가서 가루가 나고 열 때문에 휘어 녹아내리며 전기 때문에 기화되어 날아간다. 양 레일과 연결되어 추진체를 밀어주는 전기자(armature)어와 레일 간의 아크(전기 방전)와, 그 아크로 인해 발생하는 전기자와 레일 그리고 내부 잔존 공기의 플라즈마화로 인해 불꽃이 발생하며 이 역시 포신과 그 내부의 레일의 소모를 촉진시키기도 하므로 여러모로 소모가 빠르게 되기 쉬운 편이다.
물론, 현대의 화약식 화기는 상당수가 포신의 소모에 대해서 유지 보수 과정에서의 주기적인 교체 작업을 통해 문제를 보완하고 있으므로, 레일건의 경우에도 같은 방식으로 문제를 얼마든지 보완할 수 있으며 따라서 생각보다는 그리 심각한 문제점은 아니라 할 수 있을 것이다.[18] 다만 운용상의 불편함이 다소 생기며 값이 올라갈 뿐.
더군다나 레일건은 그 원리상 포신의 내부에 탑재된 레일에 탄환을 밀착시키고 더불어 전기가 흐를 수 있도록 해야 하므로 그 소모가 더욱 빠르기 쉽기도 하다. 충격 때문에 금이 가서 가루가 나고 열 때문에 휘어 녹아내리며 전기 때문에 기화되어 날아간다. 양 레일과 연결되어 추진체를 밀어주는 전기자(armature)어와 레일 간의 아크(전기 방전)와, 그 아크로 인해 발생하는 전기자와 레일 그리고 내부 잔존 공기의 플라즈마화로 인해 불꽃이 발생하며 이 역시 포신과 그 내부의 레일의 소모를 촉진시키기도 하므로 여러모로 소모가 빠르게 되기 쉬운 편이다.
물론, 현대의 화약식 화기는 상당수가 포신의 소모에 대해서 유지 보수 과정에서의 주기적인 교체 작업을 통해 문제를 보완하고 있으므로, 레일건의 경우에도 같은 방식으로 문제를 얼마든지 보완할 수 있으며 따라서 생각보다는 그리 심각한 문제점은 아니라 할 수 있을 것이다.[18] 다만 운용상의 불편함이 다소 생기며 값이 올라갈 뿐.
- 발열량
전기를 흘리게 되면 초전도체가 아닌 한 필연적으로 열이 발생하며, 특히 전류가 높을수록 열에너지 손실도 커진다. 이 열에너지는 총열 자체를 빠르게 가열시킨다. 레일건을 실용화하려면 고성능 냉각 시스템이 필요하다.
또한, 초전도체의 활용을 통해서 위와 같은 문제를 해결하여 열에너지 손실로 인한 발열 문제를 해소한다 해도, 탄환과 레일이 밀착되어야 한다는 레일건의 특성상 탄환과 레일 사이에서 발생되는 마찰열과 충격파로 인한 무장 파손이라는 또 다른 문제가 있을 수 있다. 현대의 많은 화약식 화기에서도 동일하게 발생되는 문제이므로 레일건에서도 당연히 있을 수 있는 이야기. 이 문제에 대한 대응 역시 진보된 기술을 통해 해결해야 할 필요가 있을 것이다.
또한, 초전도체의 활용을 통해서 위와 같은 문제를 해결하여 열에너지 손실로 인한 발열 문제를 해소한다 해도, 탄환과 레일이 밀착되어야 한다는 레일건의 특성상 탄환과 레일 사이에서 발생되는 마찰열과 충격파로 인한 무장 파손이라는 또 다른 문제가 있을 수 있다. 현대의 많은 화약식 화기에서도 동일하게 발생되는 문제이므로 레일건에서도 당연히 있을 수 있는 이야기. 이 문제에 대한 대응 역시 진보된 기술을 통해 해결해야 할 필요가 있을 것이다.
- 이로 인한 대형화의 한계점
앞서 서술한 막대한 에너지 요구량과 마찰과 발열로 인한 포신의 극심한 소모로 인해 일정수준 이상의 대형화는 기술적으로는 가능하게 되더라도 효율성 측면에서는 한계를 맞이하게 된다. 막약 대구경 전자기 가속 병기를 설계하고자 한다면, 전력 요구량은 더 많으나, 총열 마모 문제가 덜한 코일건쪽으로 설계할 확률이 더 높다. 현대 무기로 비유를 하자면, 동력공급이 동일하다는 가정하에, 중기관총이나 20-30미리 급의 기관포의 역할은 레일건이, 전차 주포에서 함선급의 대구경 탄 가속의 경우 코일건이 이론적으로는 적절하다.[19]
그러나, 이 예시가 현대전에 적용된다는 것은 절대 아니다. 동력 공급이 상대적으로 수월한 수상함의 경우 혹은 근미래 우주전과 같이 탄속이 절대적으로 중요한 경우에 한에 사용의 여지가 있을 것이다
그러나, 이 예시가 현대전에 적용된다는 것은 절대 아니다. 동력 공급이 상대적으로 수월한 수상함의 경우 혹은 근미래 우주전과 같이 탄속이 절대적으로 중요한 경우에 한에 사용의 여지가 있을 것이다
- 반대로 축소의 한계점
현대 기술로는 쓸데없이 값비싸고 가격에 비해 효용도 없을 것이므로 보병화기로 쓸 수 없다. 화력지원도 현용 재래식 무장들은 아직 쓸만하므로 필요성은 적다. 레일건은 구조적으로 기존 소구경 화기를 대체하는데 효과적인건 사실이지만, 그것은 전자기를 사용하는 무기내에서 가장 소형화에 적합하다는 것이지 현용 재래식 화약무기를 대체하기에는 아직 한참 부족하다.
무엇보다 아직도 화약과 폭약에 많은 투자가 이루어지며 유의미한 성능개량이 되어가고 있는지라 화약무기의 잠재력이 아직 끝나지 않은 상태이고, 새로운 개념의 무장도 광학병기나 입자병기처럼 다른 종류 역시 개발되는 중이라는 사실을 상기하자.[20] 레일건은 단지 그 수많은 무기들 중에 눈에 띄는 몇가지에 포함될 뿐이다.
무엇보다 레일건이 지금까지 거론되는 이유는 지출 감소 면에서인데, 이런 식으로 새로운 도전을 하게 된다면 드러날 문제들이 많아지고 지출 감소는 물 건너갈 것이다. 개인화기에서 화약을 제거한다면 이런 가우스 계통보다는 차라리 광학계통 무기가 더 나을수도 있다. 맞다. 레이저 말하는 거다.
무엇보다 아직도 화약과 폭약에 많은 투자가 이루어지며 유의미한 성능개량이 되어가고 있는지라 화약무기의 잠재력이 아직 끝나지 않은 상태이고, 새로운 개념의 무장도 광학병기나 입자병기처럼 다른 종류 역시 개발되는 중이라는 사실을 상기하자.[20] 레일건은 단지 그 수많은 무기들 중에 눈에 띄는 몇가지에 포함될 뿐이다.
무엇보다 레일건이 지금까지 거론되는 이유는 지출 감소 면에서인데, 이런 식으로 새로운 도전을 하게 된다면 드러날 문제들이 많아지고 지출 감소는 물 건너갈 것이다. 개인화기에서 화약을 제거한다면 이런 가우스 계통보다는 차라리 광학계통 무기가 더 나을수도 있다. 맞다. 레이저 말하는 거다.
- 막대한 초기비용
개발에 드는 돈을 제외하더라도, 발전기나 포대를 생산하고 포탄을 공급하는 데 많은 돈이 들어 실사용에 지장이 생기기 때문에 아래에 언급될 극초음속탄을 비롯해 기존에 쓰였던 다른 여러 고전적인 무기 체계를 잘 고쳐서 쓰는 게 여러모로 경제적이고 관리도 쉽다고 판단되며 투자비가 점차 줄고 있다.
- (현 시점에서) 연동성의 부족
일단 발사된 탄에 다른 기능[21]을 넣을 수 없고, 따로 조종할 수 없으며, 기존의 느린 포탄을 다루는 수준으로는 다루기 힘들다. 아무리 빠르다고 해도 제대로 맞추지 못하면 별 효용이 없다.
- 야전수리에 부적합
관련 기술이 민간에 보급되어 안정적으로 자리잡는 기간을 전혀 거치지 않았기 때문에, 고급 부속을 구할 수 없는 비상 사태에 잘 생산되지 않거나 제대로 써먹지 못할 수도 있다. 특히 고집적 반도체와 고성능 축전기의 생산에 얼마나 까다로운 환경 조성과 철저한 관리가 요구되는지를 안다면 이해할 것이다. 단순한 고밀도 에너지 저장장치도 자칫 상태가 불량한 물건이 섞이거나 관리를 잘못하면 터져나가는데, 자잘하게 섬유 부스러기 형태로 뽑아낸 탄화물을 대량으로 흩뿌려 전력망과 공업단지를 마비시키고 강력한 전자기 충격파로 전자전 체계를 파괴하는 등 지능적인 공작이 가득할 현대전에서 이는 확실히 취약한 점이라고 할 수 있다. 게다가 미세먼지가 전자제품 작업 과정에서 섞여 불량률이 늘어나는 일을 통해, 공해로 생산의 효율성이 떨어지는 현상도 나타나기 시작했다는 것을 알 수 있다.
- 고폭탄 사용불가.
일단은 현재 상상되고 개발이 추진되는 방식의 레일건은 고폭탄을 못쓴다. 왜냐면 화살 모양의 쇳덩어리로 된 탄자를 송탄통에 끼워서 고전류가 흐르는 레일에 끼워 전자기력으로 초고속으로 날린다는 컨셉인데, 탄자에 폭약을 넣으면 발사할 때 전자기력에 의해 화약이 반응해서 포신 안에서 터진다.(잊지말자. 기관포 수준을 넘어서는 구경에서 현존하는 대부분의 화포들은 전기점화식이다.) 그리고 단순히 그 조그마한 송탄통으로 장약이 반응하지 않을 정도까지 절연하기에는 레일에 흐르는 전자기력이 너무 강하다.
그리고 무엇보다 포탄의 세장비를 늘리는 데는 한계가 있으므로 어느정도는 구경에 따라 작약량이 결정되고 같은 효율의 폭약이라면 폭약을 더 많이 넣을수록(작약량이 클수록) 폭발위력이 큰데 레일건의 컨셉은 소구경 고속탄이다. 즉, 탄두에 작약을 많이 넣을수가 없다.
이를 뒤집어서 이야기하면 기존에 폭발하지 않는 탄환을 주로 사용하던 분야, 즉 보병의 개인화기, 경기관총, 일부 중기관총, 대전차용 전차포탄(APFSDS)와 같은 분야에서는 레일건이 매우 유리하겠지만, 고폭탄의 사용이 필수적인 분야, 즉 자주포, 함포, 대공포, 광역제압병기(박격포 또는 구조물 파괴용 무기 등)에서는 크게 효과적이지 않을 수도 있다는 것이다. 그나마 함포의 경우 발달한 컴퓨터 기술로 정밀제어를 하여 매우 촘촘하게 연사하는 식으로 속칭 바느질 내지는 미싱질 하듯이 장갑판을 일자로 주욱 그은 형태의 관통상을 내어 찢어버리는 식으로 선체 절단하여 타이타닉처럼 선체를 반으로 잘라서 바다에 처넣는 방법을 기대해 볼 수 있고, 항공기라면 사실 기존에 대공포탄, 미사일들이 고폭파편탄을 쓰는 이유가 제트기의 빠른 속도로 인해 직격을 맞추기가 힘들어서 최대한 스플래시 데미지로라도 잡아보려고 인 점을 감안하면 빠른 포구초속과 발전된 컴퓨터 제어 기술로 직격내기가 쉬워지면 레일건으로 대체가 가능해질 수도 있겠으나 결국 구조물 파괴나 광역제압에는 유탄이 필요하다. 즉 자주포, 박격포나 구조물 파괴용 장비, 지뢰제거용 고폭탄, 총류탄, 폭뢰, 기뢰, 항공폭탄 등등 그런 분야까지 레일건이 대체하기는 힘들것이다.
당장 보병 한 분대가 일렬횡대로 접근하고 있다고 치면 고폭탄이 있는 재래식 자주포는 155mm 1발만 쏘면 폭발반경상 분대 전체를 순살시킬 수 있지만 폭발하지 않는 관통탄 뿐인 레일건 자주포는 사람 한 명에 포탄 한 발씩 쏴야 된다.[22]
그리고 무엇보다 포탄의 세장비를 늘리는 데는 한계가 있으므로 어느정도는 구경에 따라 작약량이 결정되고 같은 효율의 폭약이라면 폭약을 더 많이 넣을수록(작약량이 클수록) 폭발위력이 큰데 레일건의 컨셉은 소구경 고속탄이다. 즉, 탄두에 작약을 많이 넣을수가 없다.
이를 뒤집어서 이야기하면 기존에 폭발하지 않는 탄환을 주로 사용하던 분야, 즉 보병의 개인화기, 경기관총, 일부 중기관총, 대전차용 전차포탄(APFSDS)와 같은 분야에서는 레일건이 매우 유리하겠지만, 고폭탄의 사용이 필수적인 분야, 즉 자주포, 함포, 대공포, 광역제압병기(박격포 또는 구조물 파괴용 무기 등)에서는 크게 효과적이지 않을 수도 있다는 것이다. 그나마 함포의 경우 발달한 컴퓨터 기술로 정밀제어를 하여 매우 촘촘하게 연사하는 식으로 속칭 바느질 내지는 미싱질 하듯이 장갑판을 일자로 주욱 그은 형태의 관통상을 내어 찢어버리는 식으로 선체 절단하여 타이타닉처럼 선체를 반으로 잘라서 바다에 처넣는 방법을 기대해 볼 수 있고, 항공기라면 사실 기존에 대공포탄, 미사일들이 고폭파편탄을 쓰는 이유가 제트기의 빠른 속도로 인해 직격을 맞추기가 힘들어서 최대한 스플래시 데미지로라도 잡아보려고 인 점을 감안하면 빠른 포구초속과 발전된 컴퓨터 제어 기술로 직격내기가 쉬워지면 레일건으로 대체가 가능해질 수도 있겠으나 결국 구조물 파괴나 광역제압에는 유탄이 필요하다. 즉 자주포, 박격포나 구조물 파괴용 장비, 지뢰제거용 고폭탄, 총류탄, 폭뢰, 기뢰, 항공폭탄 등등 그런 분야까지 레일건이 대체하기는 힘들것이다.
당장 보병 한 분대가 일렬횡대로 접근하고 있다고 치면 고폭탄이 있는 재래식 자주포는 155mm 1발만 쏘면 폭발반경상 분대 전체를 순살시킬 수 있지만 폭발하지 않는 관통탄 뿐인 레일건 자주포는 사람 한 명에 포탄 한 발씩 쏴야 된다.[22]
6. 연구
6.1. 미국 & 영국
로널드 레이건의 SDI(전략방위구상)이 발표되어 그 이후로 레일건의 실용화 연구가 시작, 20년만에 성과를 보게 되었다.
DARPA(Defense Advanced Research Project Agency)가 주도하여 미군 레일건 계획의 실증 시제품이 출시 되었다. 미군 차기 구축함인 줌왈트급 구축함의 주포로 사용될 것이라는 계획도 발표.
2008년 2월 1일 미국 해군이 레일건 시제품 발사실험의 성공 및 실험 영상을 발표했다.
동영상을 보면 탄자 뒤쪽에 로켓처럼 화염 꼬리가 보이는데, 양 레일과 연결되어 추진체를 밀어주는 아마튜어와 레일 간의 전기 방전과 그 전기 방전으로 인해 발생하는 아마튜어와 레일, 그리고 내부 잔존 공기의 플라즈마화로 인해 불꽃이 발생한다.
그리고 2010년 12월, 똑같은 물건을 업그레이드. 반경 '''100 마일''' (='''서울특별시에서 대전광역시까지''') 마하 7을 찍는 위엄을 발휘한다
2012년 2월 발사 영상을 보면 그럭저럭 포처럼 보이기도 한다.
2013년
2014년 소개영상, 2014년 4월에 또다른 시험 발사가 성공했다는 소식이 떴으며 2016년 USNS 밀리노켓에 장착한 뒤 2018년부터 일반 군함에 실전 배치한다는 계획이 공개되었다. 2015년 4월 미 해군이 새로 인수한 고속 수송함 USNS 트렌튼에 장착하여 해상 사격 시험을 진행하는 것으로 계획이 변경되었다. # 트렌튼(JHSV-5)은 밀리노켓(JHSV-3)과는 동형함이다. 전력 공급 장치에만 20피트짜리 화물 컨테이너 4개 분량(4TEU)의 공간이 필요한 것을 감안하여 쌍동선형 고속 수송함인 JHSV급을 선택했다고 한다.
투사체의 무게가 10kg에 불과한데다 장약을 사용하지 않아 안전성이 뛰어나다고 한다. 1발당 발사 비용이 2만 5천불로 통상 미사일이 100만불 가량인 것을 감안하면 아주 저렴하다. 게다가 함포급 무기를 만드는 데 개발 비용이 2억 5천만 달러(약 2,600억원)밖에 들지 않았다.
미국이 개발 중인 레일건의 종류는 32MJ의 레일건과 64MJ의 레일건이 혼재되어 있는데 미군이 군함에 정식으로 탑재하려는 레일건은 64MJ급의 레일건으로 최대 사거리 410km이다. 이 종류의 레일건은 포탄 하나 값의 발사체로 410km떨어진 목표를 원형공산오차 5m급으로 공격할 수 있다는 것이 이론상의 결과이다. 참고로 이러한 레일건의 발사체는 탄두 중량 20kg, 탄체 중량 15kg 으로서 일반적인 포탄에 비해 상대적으로 가볍고 작은 편이다.
또한 세간의 상상과는 달리 현재 미군이 개발중인 레일건은 전차포/대전차포와 같은 순수한 직사화기라기 보다는 곡사와 직사를 혼용하여 상황에 따라 직사화기로도 곡사화기로도 운용될 수 있도록 되어 있는 범용적인 화기에 가까우며, 단지 입사각이 좀 낮을 뿐이며 사거리만 다를 뿐 탄도학은 일반 야포와 똑같이 적용된다. 이는 현재 개발되고 있는 레일건이 직사화기로도 곡사화기로도 어느 쪽으로든 운용이 가능해야 되는 범용성을 요구받는 함포로서의 운용을 전제로 하여 개발되고 있기 때문이다. 현재까지 알려진 정보와 BAE 측에서 공개한 개념도에 의하면, 미군이 운용하는 레일건은 곡사로 발사해 장거리 목표를 타격하는 방식과 직사로 단거리 목표를 빠르게 타격하는 방식 모두를 적용할 것으로 추정되고 있다.
현 단계에서 군함에 장착하는 것은 일종의 야전 시험에 불과하다. 정식 양산 배치가 아니다. USNS 트렌튼이 후일 레일건이 실전 배치될 예정인 줌왈트에 비해 10분의 1 규모인 1500t급 고속함이라는 점과 발사 시험이 예정된 레일건이 국방부에서 요구하는 실전 배치 수준의 물건이 아닌 32MJ 정도의 위력을 지닌 실험실용 레일건의 일부 개량형이라는 점이 이를 확정적으로 보여주고 있다. 하지만 이 야전 시험이 레일건의 실전 배치에 있어서 가장 중요한 갈림길이 된다는 것은 확실한 상황이므로 관심을 가져보는 것도 좋을 것이다.
[image]
그리고 2015년 1월 13일, 미 해군이 2015년 2월 4일 워싱턴에서 열리는 Naval Future Force Science and Technology EXPO에서 레일건을 대중에게 공개한다고 발표했다. 또 2016년 바다 위에서 시험 될 것이며 현재 물체를 100해리, 즉 185km까지 음속의 6배로 발사할 수 있다고 한다.
이젠 지상판도 연구가 되는 모양이다. 이미 존재하는 운송 수단을 통해 이동 및 전력 수급을 하고 기존 방공망 체계와 연결해 기폭 관제가 가능한 산탄형 탄자를 사용, 지대공/지대지로 다양하게 활용할 수 있는 멀티플레이 플랫폼을 목표로 하는 듯. 성공적으로 완성되면 적은 비용으로 배치가 빠른 레일건 기지 구축이 가능해질 것이라고 한다. 가장 긴 작업인 전선 연결이 5분정도 걸린다 한다.
(2017년)
레일건 제작 회사가 제너럴 아토믹스와 영국계 방산업체인 BAE Systems이다. 현재 영국도 BAE Systems를 통해 레일건 제작 기술을 상당히 쌓아놓고 있다. 영국군은 미군이 시도하는 레일건 계획이 성공할 경우 이를 차세대 기갑 차량과 함선에 적용할 것으로 알려져 있다.
확정된 것은 아니지만 레일건의 개발에 조금씩 적신호가 켜지고 있다. 물론 절대적인 성능은 레일건이 훨씬 좋기 때문에 미국도 레일건을 포기하는 것이 아니라 그저 HVP탄[23] 개발에 예산 배정을 우선적으로 하는 것을 고려하는 중이지만, 아직 실전검증도 안된 실험병기인 레일건에겐 이 정도 개발지체만으로도 충분히 악재가 될 수 있다.[24]
미국 해군에서는 2019년 5월부터 레일건의 발사 시험을 시작했다. 시험 결과는 일단 성공적이어서 개발 일정이 약간이긴 하지만 단축되었다고 한다. 아무래도 중국 인민해방군 해군의 레일건 개발에 자극을 받은 모양이다.
레일건과 비슷한 원리를 적용한 사례로 전자기식 캐터펄트가 있다. 이는 제럴드 R. 포드급 항공모함에 적용된 상태이다.
6.2. 대한민국
레일건 최초 개발착수일로 따지면 1989년까지 거슬러 올라가지만 실질적이고 본격적인 개발은 2009년부터 시작했다. 이유는 최초 1989년에 개발착수해 1년여간 시제품을 만들며 연구해본 후 전열화학포가 더 낫겠다는 판단하에 2009년까지 전열화학포를 연구해왔기 때문이다. 이후 전열화학포 자체가 전 세계적으로 사장됨에 따라 2009년부터 레일건 개발로 재전환한다.
2011년 6월 8일자 기사로 국방과학연구소(ADD)에서 레일건 개발에 착수한다는 기사가 올라왔다. 그리고 국방과학연구소에서 2011년도에 개발에 착수했던 레일건 개발이 어느 정도까지 왔는지 보여주는 테스트 영상이 2014년 민군기술협력 박람회를 통해 공개되었다. 40mm급 레일건 시제품의 시험 영상으로서, 2014년 3월에 끝난 1단계 응용연구에 대한 성과가 공개된 것이다. 펄스전원장치 같은 일부 구성품은 전열화학포를 개발하면서 이미 상당한 기술력을 쌓았기 때문에 3년만에 어느 정도 성과를 낼 수 있었던 것으로 생각된다.
2015년 7월부터 약 64억원을 투입해 □0mm급 중구경 레일건 시제품을 2018년까지 제작할 예정이다. 이 시제 레일건은 포구에너지가 KJ급이었던 이전의 40mm급 기술실증용 레일건과는 달리 탄자중량 □00g급 전기자를 개발하고, MJ급 포구에너지 및 포구속도 □,000m/s 달성, 주퇴복좌 및 고각조절이 가능하게 제작된다. 포신은 레일의 변형을 억제하고 중량을 감소시키기 위해 복합재로 제작되며 좀 더 실용적인 시제 레일건을 개발하는 것을 목표로 한다.
덧붙여 한국의 경우 함포로서의 레일건의 활용만이 아니라 전차포/대전차포로서의 레일건의 활용도 염두에 두고 있는 것으로 보인다. K-1 시리즈와 K-2 흑표의 뒤를 이을 차기 주력전차의 개발계획에서도 스텔스 기술의 도입과 더불어 #레일건의 도입 역시 검토하고 있다는 이야기도 존재한다.
한반도 전장은 비교적 종심이 얕은 전장이라 이런 장거리 포의 역할이 매우 커질 수 있다. 서울에서 평양까지의 직선거리가 195km 정도이니 레일건이 실용화되면 휴전선에 몇 문만 설치해두어 평양을 언제든지 초토화할 수 있다. 한국의 수도 서울이 휴전선에서 매우 가까워서(25-50 km) 북한의 장거리포가 언제든지 서울을 포격할 수 있다는 이점을 상쇄할 유력한 대항 수단이 될 수 있다. 그 점보다는 기존 원전 근방 산악지역을 통해 최소 수백킬로 정도 사거리를 두는 레일건 설치로 지속 가능한 포격을 수행하는 것도 추진될만한 일이다.
이런 목적의 지상 레일건은 대량의 전력공급이 필요하므로 전시에 이런 전력을 확보하는 것이 어려워 무용지물이 될 위험이 있고, 아니면 따로 거대한 자체 발전 설비를 갖추어 두어야 하므로 경제성이 크게 떨어진다는 단점이 있다. 하지만 수백km 사거리에서 지속적인 포격을 가할수 있는 지상형 레일건의 잠재력은 매우 뛰어난지라 근미래엔 등장할 가능성이 높은 체제로 점쳐진다. 특히 한중일 3국처럼 가상 적국이 인접해 있는 경우에는 서로의 수도를 레일건 포격만으로 초토화시킬 수 있기 때문에 수백km가 넘는 사거리를 지니는 레일건 지상기지는 전략적으로 의미가 커진다. 하지만 포구초속을 위해 극단적으로 희생한 탄체 질량과 무지막지한 전자기력이 가해지기에 결국 철갑탄과 같은 관통 위주의 탄환을 쓰게 된다. 그렇기에 레일건을 운용한다면, 도시와 같은 넓은 범위에 공격을 가할 때에 충분한 위력이 확보되지 않는다는 문제점이 생긴다.
6.3. 일본
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2016년 8월 일본 방위성은 미사일방어체계 등에의 활용을 위해서 레일건 개발에 착수한다는 기사가 올라왔다.
또한 위의 방위성과 자위대의 연구 프로젝트와는 별도로 일본의 우주기구인 JAXA 역시 레일건에 대한 연구 프로젝트를 진행하고 있다.
6.4. 러시아
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2009년 레일건 프로젝트가 공개되었다.# 특이한 점은 무기보다는 스페이스 건을 목표로 만들고 있으며, 이 때문에 수송용 탄두 개발과 제 1 탈출 속도 도달을 위해 노력중이다.
탈출 속도 도달을 위해 타국 레일건보다 탄 초속이 훨씬 빠른편이다. 2016년에 이미 초속 5.5km를 달성했으며# 현재는 초속 11km 급 즉 제 2 탈출 속도를 목표로 개발 중이다.
현실과 타협해 무기화를 포기하면서(...) 실용화도 가장 먼저 되었다. 항공기나 고속열차가 버드 스트라이크에 대비해서 치킨건을 항공기/열차에 쏘는 것처럼 우주선 타일이나 자재에 알루미늄 탄을 쏴 우주쓰레기 충돌을 모사하는 장치로 활용중이라고 한다.
다만 무기화를 완전히 포기하진 못했는지 리데르급 같은 신규 핵추진 함정에 도입 명분으로 레일건, 레이저건 등 다량의 전력을 소비하는 무기체계 확장성을 명분으로 세우는 수준이다.
6.5. 프랑스 & 독일
프랑스와 독일은 1987년부터 시작하여 그간 비공개로 진행하여 왔던 레일건 개발 프로젝트를 2017년 공개했다. 이쪽의 경우에도 해군용 레일건의 개발을 우선하고 있는 것으로 보인다.
6.6. 중국
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2018년, 중국이 군함에 레일건을 장착한 사진이 유출되었다. 언론에 보도된 내용에 따르면 072III급 상륙함에 레일건을 장착하여 시험중인 것으로 보인다.
6.7. 터키
IDEF 2017에 레일건 시제품 목업을 전시한게 확인되었다.
다만 저 목업은 선전용이고, 실제 물건은 아직 16mm 구경에 1MJ의 펄스 전원[25]으로 이루어진, 초기단계의 빈약한 물건이다. 이는 레일건 개발국 중에서는 터키가 한국에 비해서도 확연한 후발주자인데다 다른 개발국가들에 비해 기반시설과 자본이 빈약해서 나온 결과이다.
하지만 터키로서도 이미 오랜 시간을 투자해온데다, 어차피 자급자족으로 개발해야 하는게 레일건인만큼[26] 앞으로도 개발의지는 확고해 보인다.
2019년에는 지상 테스트 장면을 공개하기도 했다.
7. 창작물
- 레일건/창작물 문서 참고.
8. 관련 문서
[1] 다만 일반적으로 번역기들은 '전자포'라고 입력하면 영어 번역을 'Electric cannon'으로 출력하고 '초전자포'라고 입력해야 'Railgun'이라고 정확하게 출력하는 경향을 보인다. 당연히 몇몇은 예외이긴 하지만. 이는 많은 번역기들이 누적된 데이터를 번역에 활용하기 때문으로 전자포라고 입력하면 'Railgun'을 출력해주지 못하고 '초전자포'라고 입력해야 'Railgun'이라 출력하는 것 역시 서브컬처 관련 누적 데이터의 영향이라 할 수 있다.[2] 일본 쪽에서 나오는 서적에서는 레일건을 지칭하는 표현으로서 전자투사포나 전자가속포 등의 표현을 많이 쓰기 때문에, 그 영향으로 일본 서브컬처에서는 레일건만이 아니라 코일건을 포함한 가우스건이나 가속기 등 로렌츠 힘을 이용한 모든 무기를 레일건으로 통칭하는 경우 역시 잦은 편이다.[3] 이 중에서도 특히 '전자투사포'라는 명칭은 일본에서 레일건을 일컫는 한문식 표현으로서 많이 쓰이는 표현이기도 하다.[4] 실제로는 453.5~9km 나온다.[5] 줌왈트도 그렇고 중국이 탑재를 계획하고 있는 군함은 전부 배수량 1만 톤은 훨씬 넘는 군함들이다.[6] 4월에 미 해군 발표한 레일건 탄자의 가격은 2만 5천 달러다! # 연구개발 중에 책정된 가격이 저 정도니 실용화 단계에 들어가면 훨씬 더 싸질 가능성이 높다. [7] 탄속, 사거리를 희생하고 쏴도 충분이 제압되는 표적이 있다면[8] 2004년 미군육군의 레일건 개념연구과제를 기준으로 하면(전차포용도), 레일건용 APFSDS탄은 120mm 활강포용 m829 APFSDS탄과 비교해 용적이 1/8, 중량이 1/10에 불과해 M829탄 16발을 적재하는 가대에 156발을 탑재할 수 있었다.(출처: Military Review 2016.08 - p35 좌측상단에서 5번째줄).[9] 이 경우 발사에 필요한 전류 또한 많아지므로 충전 시간이 더 걸려 발사 속도가 줄어들 수 있다.[10] 현재 기술로는 핵분열 엔진이 아니라면 레일건 구동에 필요한 에너지를 군함 정도의 사이즈에서 충분하게 공급하기 어렵다는 시각이 강하다.[11] (출처: Military Review 2016.08 - p36 우측상단에서 12번째줄)[12] 물론 이것도 우스갯소리에 가깝고, 포탄을 그렇게 마개조할 바에야 미사일을 갈기는 게 더 낫다. 또한 포탄을 마개조해야 레일건의 일반 탄처럼 격추 확률을 낮출 수 있다면 양산해봤자 그냥 통째로 찍어내는 레일건 탄보다 비싸고 만들기도 더 어려우니 이미 진 거나 마찬가지이다.[13] 아직도 극초음속 미사일처럼 레일건만큼 빠르거나 더 빠른 무기가 만들어지고 있다.[14] 이러한 부분은 화약식 대포들과 그렇게 크게 다르지는 않은데, 범용성의 확보를 위해서는 아무리 소구경화가 용이한 레일건이라 하더라도 일단 현용 화약식 함포들과 비슷한 수준의 구경은 유지해야 할 가능성이 크고 이는 결과적으로 레일건의 운용에 필요한 설비의 확대와 함선의 대형화로 연결될 가능성이 클 것이다.[15] 반동제어를 위해 조금 공간이 필요할 수는 있다.[16] 끔찍하게 무거운 설비+극심한 충격과 열+가뜩이나 여유 없는데 발사시마다 전력 공급이 요구됨+탄 보급까지 필요[17] 당장 지상형 레일건이 어떠한 구성으로 운영되는지만 봐도 이에 대한 답은 나온다.[18] 당장 과거에 사용됐던 전함 주포만 해도 300발쯤 쏘면 수명이 다하는 게 보통이었다. 때문에 예비 포신을 만들어두고 수명이 다하면 갈아 끼우는 방식으로 운용했다.[19] 해외 하드SF팬덤 등지에서는 투사체의 자성적 포화(Magnetic Saturation) 문제 때문에 레일건은 큰 투사체를 날리기 힘들고(=구경을 키우기 힘듬), 반대로 코일건은 큰 투사체를 날리는데 더 적합하다 평가되고 있다.[20] 물론 입자병기의 경우에는 과연 언제 현실에서 실용화될 수 있을 지 알 수 없는 물건인데다 소형화도 기술적으로 어렵다고 평가되고 있지만, 이미 실용화가 진행되는 중인 광학병기는 얘기가 좀 다르다.[21] 여기에는 작약과 작약을 기폭시킬 뇌관 역시 포함된다. 뇌관이 발사 단계에서의 강한 전자기장을 견디기 어렵기 때문이다. 레일건의 탄속이 제 아무리 빨라 봐야 작약이 아예 없어 파편이나 폭풍에 의한 2차 효과를 기대하기 어렵다면 내부 공간이 좁은 전차나 애초 맷집이 지상이나 해상의 다른 장비류에 비해 취약한 항공기 상대로는 모를까 산개된 보병이나 내부 공간이 제법 넓은 함선, 벙커 등을 타격할 때는 화력이 제한될 수밖에 없을 것이다.[22] 다만 탄자의 운동에너지가 워낙에 높고(에너지는 속도의 제곱에 비례한다) 탄자가 파편이 되거나 충격 후에 지형지물에 의한 파편을 생각한다면 소프트타겟에 대한 살상범위는 분명 존재한다.[23] GPS로 유도가능해서 드론, 비행기, 미사일등을 격추시킬수 있다.[24] 만약 HVP탄의 성능이 레일건과 비슷해지거나, 극초음속 미사일의 가격을 큰폭으로 낮출 수 있게 된다면, 레일건은 자칫 전열화학포와 비슷한 처지에 놓일 수도 있다.[25] 이는 한국에서 1990년에 만들어진 레일건 시제품보다 약간 나은 정도다.[26] 미래 전술, 전략 무기로서의 잠재력을 생각하면 레일건 기술은 항공우주기술 만큼이나 중요하므로 원천기술을 판매해줄 개발국들이 나오기는 어렵다.