열압력화기
1. 설명
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사진은 미군의 BLU-96 FAE. 2000파운드급 열압력 항공폭탄이다.
Thermobaric weapon/Fuel-Air Explosive Bomb, 분진폭발의 원리를 적용한 폭탄의 통칭이다. 기화폭탄이라고도 부르나 정확한 명칭은 열압력 화기(Thermobaric weapon)이며 기화폭탄이라는 명칭은 이 폭탄의 자세한 사항이 기밀로 취급받던 70년대에 언론에서 만들어낸 조어이다. 현재는 주로 액체연료를 사용하는 무기에 한하여 기화폭탄이란 명칭을 쓰고 있다. 고체 분말가루를 쓰는 무기는 딱히 따로 명칭이 없으며 액체, 고체 가리지 않고 이렇게 열과 압력으로 적에게 피해를 주는 탄은 열압력탄이라 부르고 있다.
2. 특징
종래의 폭탄과는 반대로 거의 화약을 사용하지 않으며 산화에틸렌, 프로필렌등의 인화점과 휘발점이 낮은 가연성 기체 혼합물을 탄이 목표물에 닿거나 근처에 가면 신관이 작동, 소형 폭약 등으로 1차 확산시켜 수십~수백 입방미터의 분무운을 만든다. 이걸로 개방공간 증기운 폭발(UVCE, Unconfined Vapor Cloud Explosion)이라는 현상을 일으킨다.[1] 개방공간 증기운 폭발이란 다량의 가연성 증기가 급격히 방출되어 증기운을 형성하고 점화되어 폭발하는 현상을 말한다.[2] 이 효과에 의해 인화성 기체가 충분히 퍼질 때까지 '약간'의 시간차를 둔 뒤 그리고 곧이어 점화가 되면 폭발, 순식간에 화구가 발생하는 한편 폭발하면서 주변으로 고압의 충격파를 방출한다. 이 과정이 약 0.3초 사이에 이뤄진다.
유효반경 안에 있는 생물체는 내장파열 등으로 즉사하거나 순간적으로 소살(燒殺)된다. 전차나 콘크리트 구조물의 경우는 열압력탄 특성상 약한 관통력으로 인해 항공폭탄 규모의 열압력탄을 사용한다. 이 경우 폭풍은 전차는 물론 콘크리트 벙커조차 하늘로 날려버릴 정도이다.
3. 원리
일반 폭탄은 폭약이 터질 때 발생하는 고압에 의해 폭탄 껍데기 자체가 압력을 못 견디고 파괴되어 생기는 파편, 혹은 미리 넣어둔 파편이 튕겨져 나가면서[3] 주변에 피해를 입히는 방식이다. 물론 폭탄이 터지면서 발생하는 열과 압력 역시 주변에 피해를 주지만 파편이 주는 피해에 비하면 상대적으로 피해 범위가 좁다. 반면 열압력 탄두는 파편 발생량이 상대적으로 거의 없으며, 온전히 그 열과 압력으로 주변에 피해를 준다.
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일반 고폭탄(HE)과 열압력탄(TBE)이 터질 때 압력 변화 비교
폭발 지역 주변에서 압력을 재면 고폭탄은 열압력탄보다 아주 빠른 시간 안에 주변 대기(ambient) 보다 높은 압력으로 치솟는다. 그러나 다시 아주 짧은 시간 안에 주변보다 낮은 압력으로 떨어진 뒤 일반 대기와 유사한 압력에 도달한다. 반면 열압력탄은 최대 압력 값(Peak Pressure) 자체는 낮지만, 대기압 보다 압력이 높거나 낮은 시간이 좀 더 오랫동안 지속된다.
이렇게 압력이 높아졌다 낮아졌다를 겪는 것이 충격파(blast wave)다.[4] 이러한 압력 변화는 그냥 압력이 높아졌다 낮아지는 것이라기보다는 순간적인 팽창에 의해 공기가 떠밀려서 바깥으로 퍼지는 현상에 가깝다. 그렇기에 사람은 열에 의해 피해를 입지 않더라도 충격파에 의해 튕겨져 나갈 수 있으며 폭심 한가운데 있을 경우 갈기갈기 찢겨 고깃덩어리가 될 수도 있다. 특히 이 충격파는 공기가 통하는 곳이라면 어쨌거나 전달되기 때문에 엄폐물 뒤, 동굴 안쪽이나 벙커 내부의 적을 공격하는 용도로 특히 많이 쓰이는 편이다. 일반적으로 충격파에 의한 피해는 단순히 최대압력치 즉 피크 프레셔[5]만을 의미하는 것이 아니라 지속적인 압력의 누적치 즉, 압력 변화량의 적분 값(impulse;충격량, 시간에 따른 작용 압력의 적분 값)과 피크 프레셔를 복합적으로 계산한 수치가 총충격파에 의한 피해량이다. 그런데 일반적인 고폭탄은 순간적으로 폭발력이 주변에 퍼지지만 일시적으로 폭발을 하고 퍼져버리므로 그 압력의 지속성이 낮은 편이다. 반면 열압력탄의 경우는 이러한 순간적인 폭발력은 일반 고폭탄보다 낮지만 지속적으로 주변에 압력을 주어 피해를 지속시키는 것이다.
열압력탄은 이렇게 충격파가 잘 생성되게 하기 위해 (순간 압력은 높지만 압력 변화 시간이 짧은) 화약 대신 인화성 물질을 사용하는 것이다.
폭발이 일어나면 양압과 음압이 교대로 일어나는데, 폭발 순간 강력한 양압[6]이 폭발의 폭풍[7]이고 팽창된 공기가 다시 수축하면서 음압(-압력; 주변 대기보다 기압이 낮은 상태) 상태가 되어 공기가 다시 폭심 안쪽으로 몰려들었다가 다시 주변으로 퍼지는데, 열압력탄은 그래프에서 보듯이 이 지속시간이 길다.
한편 열압력탄은 폭발해도 크레이터 같은 것이 크게 남지 않고[8], 넓은 영역에 고르게 폭발 압력이 분포되다 보니 적 공격용 뿐만 아니라 지뢰 제거용으로도 많이 쓰인다. 미군은 이라크군이 폭 수백 미터에 걸쳐 애써 매설한 지뢰밭을 편안하게 무전기로 근접항공지원을 요청해서 파괴하였다.
열압력 화기는 한때 국제연합에서는 비인도적인 무기로 금지 항목에 추가하는 것을 검토했으나 현재 사용에 제약이 없다. 하지만 국제 인도주의법(IHL)의 원칙에 따라 여러 국가에서 갖가지 형태로 보유하고 있음에도 인명살상용으로는 잘 사용되지 않고 있다.
4. 사용
기술적으로는 2차 대전 당시부터 연구되었고 베트남 전쟁을 통해 한정적으로 사용되었다. 개발 당시에는 기술적 문제로 인해 덩치가 커서 항공폭탄으로 사용되는 것이 전부인 데다 취급에도 전문기술자를 필요로 했으나 오늘날에는 RPG-7용을 거쳐 30mm 유탄 기관 포용의 탄이 나와있을 정도로 소형화되었고 훈련이 부족한 징집병들이 다룰 수 있을 만큼 안전성도 높아졌다. 단, 이런 보병용 기화탄은 항공기에서 투하하는 것과 달리 알루미늄 화합물 등을 이용한 고체 분말을 이용하여 이것 고체연료가 분말 상태로 퍼진 다음에 폭발한다. 현재도 대형 열압력탄은 사용 중인데 다연장로켓용 탄, 항공폭탄에서도 자주 사용 중이다.
4.1. 러시아
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RPO-A Shmel
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RPG-7 열압력탄두
소련-아프가니스탄 전쟁에서 소련군은 기화탄의 효과를 체험한 후 구형 T 시리즈 차대에 다연장 발사관을 설치한 단거리 MLRS인 TOS-1 부라티노를 개발-운용하는 건 물론이고, 보병이 발사 가능한 기화탄까지 만들어서 주로 RPG-7 같은 로켓 화기로 쏠 정도로 애용한다. 그리고 그것을 이어간 러시아군은 제1차 체첸 전쟁 당시 그로즈니 전투에서 내선 전투의 이점을 극대화한 체첸 측의 시가전 전술에 막대한 피해를 입은 것을 교훈삼아 제2차 체첸 전쟁에서는 정상적인 소탕전을 포기하고 열압력탄의 대규모 운용으로 그로즈니 시가를 박살낸 전력이 있다. 그 외에 세계에서 가장 강력한 비핵폭탄인 ATBIP(TNT 44톤급)을 가지고 있다.
유튜브에서 shmel을 검색하면 건물 한 층을 통째로 날리는 영상을 볼 수 있다.
4.2. 미국
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SMAW-NE
밀림이 많은 월남의 특성상 열압력화기는 매우 유용한 무기로서 항공폭탄/집속탄으로서 네이팜과 함께 대량으로 사용되었다. 고폭탄의 경우 엄폐물/장애물이 많은 밀림지대에서는 대보병효과가 줄어들 수 있는데, 열압력화기의 경우 틈새를 잘 파고드는 특성과 고열로 인한 소살효과 및 밀림에 대한 소이효과가 강화되어 폭격기나 전폭기에 실어서 마구 퍼부었다. 그러나 소형화/보병무기화에 대해서는 애매한 반응을 보이다 미국-아프가니스탄 전쟁을 벌이게 되면서 러시아에서 개인용 기화폭탄을 만드는 기술을 수입해 역시 기화 탄두 연구에 활발하다. 또한 탄두를 열압력 탄두로 교체하여 급하게 개조한 벙커버스터를 퍼부었고 SMAW(이스라엘제 B-300의 미군 버전)에 주로 이 탄두(SMAW-NE)를 사용하며 이라크 전쟁 최대의 격전인 팔루자 시가전 당시 의심 가는 건물에는 죄다 이놈을 쏴 넣어가며 시가지를 제압했다. 최근에는 40mm 유탄(XM1060)에도 이 탄두를 채용하고 있다고 한다. 특히, 요 근래는 동굴 등에 숨어서 활동하는 테러리스트들을 때려잡겠다고 AGM-114 헬파이어 미사일에도 고체연료를 쓴 열압력탄두를 사용한 버전(AGM-114N)이 나왔다.
4.3. 대한민국
M202의 면허 생산형인 KM202에서 사용하며 한국군도 최근에 MLRS용 외에도 수류탄형, 유탄형, 대전차 로켓형 등을 생산 중인데 소탕에만 최소 1개월과 24만 명 이상의 인원이 필요할 정도로 많은 수의 지하 시설을 보유한 북한군 때문으로 생각된다.
수류탄형의 경우 형태가 연막탄형을 기초로 한 것으로서 최고 고막을 파괴할 정도의 압력을 보유할 것으로 알려지고 있다. 지뢰 제거에도 매우 쓸모가 있기 때문에 유사시 한국군이 북쪽으로 진격할 때 DMZ 일대의 막대한 지뢰들을 제거하기 위해 대량 투입될 것으로 보인다. 또한 전술지대지유도무기에도 열압력 탄두가 탑재된다.
5. 열압력화기에 대한 오해
5.1. 가난한 국가의 핵무기?
각종 매체나 언론에서는 이 열압력탄의 위력이 과장되어서 표현되는 경우가 많다. 한 방에 주변을 몰살한다거나 소형 핵폭탄에 버금간다는 식의 표현을 쓰는 경우도 있는데 아마도 기화폭탄이 터지면서 발생한 버섯구름 때문이 아닌가 싶다. 기화폭탄 특성상 충격파와 화염효과가 강하기 때문에 핵폭탄 비슷한 버섯구름이 생기는 경우가 있다.[9]
같은 크기의 탄두라면 일반 폭약+파편을 사용하는 고폭탄(HE)이 훨씬 강력하다. 일반적으로는 적 공격용 무기로 쓸 거라면 차라리 일반 폭탄이 더 낫다. 특히 일반 폭탄은 폭발 시 발생하는 파편에 의하여 의외로 폭탄이 떨어진 지점에서 먼 거리의 비 장갑 목표물에 대해서도 효과가 크지만[10], 기화폭탄은 일정 거리를 벗어나면 위력이 급격히 줄어든다. 이 때문에 군에서 도리어 민간인 피해를 우려하여 제한된 지역에만 피해를 주고자 할 때 열압력탄을 쓰기도 한다. 물론 그런 거 신경 안 쓰는 러시아군에서도 잘 사용한다. 러시아에서는 핵> 생화학무기> 열압력탄으로 평가한다.
대신 열압력 폭탄 폭발 시 발생하는 압력은 충격파 형태로 공기를 타고 전달되므로 벙커나 지하갱도 입구처럼 폭탄을 직접 때려 넣어도 파편이 대부분 목표물 내부로 파고들지 못하는 엄폐물에 때려 넣고 보기에 적합하다. 대게릴라전에서 자주 쓰이는 것도 이 때문이다.
지하시설 타격을 전문으로 할 경우에 열압력탄과 효과가 비슷한 방법으로 쉽게 사용되는 것이 있다. 바로 LPG. 다량의 가스를 벙커나 동굴 입구로 집어넣고 그 뒤에 화염방사기나 인화성 신호탄 등을 까넣는 방식이다. 생각보다 LPG의 폭발력이 대단해서, 웬만큼 강화된 시설이라도 심대한 타격을 주고 지하 벙커나 동굴을 쉽게 무너뜨려 생매장으로 마무리시킬 수 있는 수준, 단점은 군사용으로 제대로 설계해서 가스가 안 들어갈 정도로 완전 밀폐가 가능한 문이 여러 개 있다면 효과를 발휘하기 어렵고 가스가 충분히 들어갈 정도로 시간이 필요하다.
5.2. 열압력탄으로 잘못 알려진 무기
헬기 착륙장 개척용 폭탄인 BLU-82 데이지커터가 이상할 정도로 기화폭탄으로 잘못 알려져 있으며 이 폭탄은 폭약을 이용해 터지는 폭탄이다(한마디로 그냥 고폭탄이다.). MOAB 역시 비슷하게 기화폭탄으로 알려져 있지만 이 역시 아니다.
6. 대중매체
국내에선 김경진의 전쟁소설 데프콘에 '기화폭탄'으로 등장해 널리 알려졌다. 3부 한미전쟁에서 언급되는데 경주에서 대한민국 해병대와 임무 교대해 미군을 저지하던 인민군 6사단 병력의 대전차 방어선을 해리어에서 투하한 열압력탄두로 분쇄한다. 인민군 병력은 궤멸했고 인민군은 보복조치로 240mm 다연장포로 열압력탄을 쏴갈겨 부산의 미군 선상병원이 화상환자로 그득차게 만들었다. 이후 양군 사이에 지뢰지대 개척이 아닌 병력에 대한 열압력탄 사격을 지양하는 무언의 합의가 이뤄진다. 작중 직접적으로 기화폭탄은 소형 핵무기와 다를바 없다고 언급해서 기화폭탄에 대한 환상을 가진 어린 밀덕들이 꽤 많이 생겼었다.
던전 앤 파이터의 여성 스핏파이어의 스킬 중 하나가 열압력류탄이다.
배트맨: 아캄 나이트에서 사냥꾼 전투 시 배수로에 들어가거나 들어가 있는 상황을 적들이 알게 되면 배수로 내부로 열압력 수류탄을 투척한다. 배수로 전체를 뒤덮으므로 빨리 탈출 후 다른 은신 지점으로 가는 것이 좋다.
에반게리온 신극장판 서에서는 사도 저지를 목적으로 비행기만 한 열압력 폭탄을 시가지에서 터뜨리는 미친 짓을 벌인다.
에이스 컴뱃 시리즈에서는 이 문서 맨 위 움짤에 있는 BLU-96이 FAEB(연료기화폭탄)이란 이름으로 등장해서 투하폭탄 계 끝판왕으로 나온다.
월드 인 컨플릭트에서 소련군이 사용하는 전술 지원으로 기화 폭탄(Fuel Air Bomb)이 등장한다. 미군과 NATO가 수송기로 실어나르는 데이지 커터와는 달리[11], 기화폭탄은 수송기에 비하면 훨씬 빠른 Su-25가 날아오는데다 저고도에서 폭탄을 투하하기 때문에 피하기가 어렵다. 이밖에 확장팩 소비에트 어썰트의 시네마틱 트레일러에서, 소련군이 지역 방어에 나선 미군 병력 머리 위에 기화 폭탄을 투하하고, 이 여파로 생긴 파편이 근처에 있던 시민을 덮치는 장면이 나온다.
커맨드 앤 컨커 제너럴의 진영중 하나인 미국이 사용한다. 스킬 아이콘은 영락 없는 데이지커터지만, 정작 스킬 이펙트는 분말을 사용하는 열압력폭탄이다.
[1] 이때 2차 폭발을 일으키기 위해 네이팜 유사 소이탄에 들어가는 물질인 TEA, TPA 등이 들어간다. 대기 중에서 일반 공기와 만나도 자연 발화하는 무서운 성질 때문이다.[2] 이로 인해 기화폭탄이라는 명칭으로 언론에 알려졌다.[3] 튕겨져 나가는 속도가 총알의 속도 이상이다. 고폭탄 HE의 정의는 폭심지 안에서 충격파의 최초 속도가 초속 3~9Km인 폭발물이다.[4] 다른 말로는 폭풍, 폭발 압력, 폭압, 폭굉 등으로 불리며, 많은 사람들이 폭발 시의 후폭풍으로도 알고 있는데, 그것은 틀린 표현이다. 후폭풍은 무반동 총기나 무반동 로켓 가령 RPG-7이나 PzF-3을 발사할 때 뒤로 뿜어져 나오는 폭풍(이것도 충격파/폭풍이기는 하다)을 떠올려보자. back blast는 뒤로 뿜어져 나오는 것을 의미한다.[5] 순간적으로 높은 압력이 주변을 때리는 힘[6] +의 압력[7] 충격파, blast, shockwave, blast wave[8] 피크 프레서가 상대적으로 낮기 때문이다.[9] 버섯구름은 일정 규모 이상의 폭발로 인한 대기 국부 가열이 발생하면 다 생긴다. 버섯구름 문서 참조.[10] 대표적인 예로 수류탄이 있다. 직접 수류탄을 던져보면 FPS 게임에서의 연출처럼 그냥 펑 터지는게 다가 아니라는걸 직접 체험할 수 있다(...)[11] 크고 느린 수송기가 날아와서 투하하는데다, 폭탄 자체도 낙하산 타고 느긋하게 내려온다.