철갑탄
1. 개요
'''AP , Armour Piercing'''[1] Bullet 또는 '''Armour Piercer'''[2] Bullet, 한자로는 ''''徹甲彈''''이라 표기된다.
평범한 탄환으로는 잘 뚫리지 않는 장갑/방탄복을 '''관통하기 위해''' 고안된 탄환이다.
"철로 된 갑옷"을 뜻하는 '''철갑'''과 발음이 같아서인지 철갑탄의 철을 쇠 철(鐵)로 알고 있는 사람들이 많고, 심지어 관련 업체나 작가들도 오류를 일으키는 경우가 종종 있다. 심지어 아래아 한글에서도 한자변환 시 鐵甲彈이라는 표기만 나온다.[3] 이 경우만이 아니라 일반적으로 '철'이라는 글자는 죄다 쇠 철(鐵)로 알고 있는 사람들이 많다.
표기 구분방법은 쇠 철자가 아닌 뚫을 철(徹)이라고 알면 된다. 관철(貫徹), 철야(徹夜), 철두철미(徹頭徹尾) 등에 이 철 자를 쓴다. 일본에서도 철갑탄(てっこうだん)이라고 표기하는데, 특이하게도 중국에서는 뚫을 천(穿)자를 써서 천갑탄(穿甲彈)[chuānjiǎdàn]이라는 표현을 사용한다. 뚫을 천(穿)자는 한국어에서도 쓰이는 글자로, 천공카드의 그 '천'자다.
또한 철갑탄을 Full Metal Jacket으로 생각하는 사람들도 있는데 잘못된 것이며 철갑탄은 장갑을 관통하는 armour piercing ammunition을 의미한다. 물론 철로 된 탄피를 써서 철갑탄인 것도 아니다.
2. 특징
원래 대포나 총이 등장하면서부터 동시에 출현했다. 당시의 포탄이나 총탄은 모두 통짜 쇳덩이나 납덩이, 돌덩이였는데, 공격하는 목표도 적의 성벽이나 전열함의 두꺼운 나무벽, 갑옷을 입은 병사였기에 철갑탄의 역할을 수행하기도 했다.
하지만 이런 통 솔리드 탄은 본질적으로 관통력이 떨어지며, 목표에 충돌하는 충격력으로 목표를 파괴하는 경우가 많아 정확하게 철갑탄이라고 보기는 어렵다. 그냥 솔리드 탄으로 생각하면 된다. 같은 이유로 총탄의 통상탄인 풀 메탈 재킷과도 다른 의미이다. 위에 언급한 사진도 소총탄용 철갑탄이다.[4]
따라서 실질적인 철갑탄의 등장은 전차나 전함의 출현과 거의 함께 등장한 개념이다. 탄두 자체의 폭발력은 전혀 없고, 강한 경도를 가진 금속을 사용해 운동에너지만으로 장갑을 관통한다.
알루미늄 합금 장갑에 철갑탄을 쏘는 유한요소해석 시뮬레이션
철갑탄의 관통 메카니즘은 철갑탄이 장갑을 관통하는 동안 장갑이 철갑탄의 운동 에너지를 흡수하는 과정으로 생각할 수 있다. 일반적인 관통 과정은 최초 충돌과 충돌 이후의 관통으로 분류한다. 최초 충돌 시 장갑재와 철갑탄의 경도 차이에 따라 관통자의 형상이 변형되면서 관통자는 운동 에너지를 일부 잃어버리고[5], 이후 관통자 형상의 변형이 끝나면 관통자가 장갑재를 소성변형시키면서[6] 남아있는 운동 에너지로 계속 뚫고 들어가는 것이다. 운동 에너지가 관통 이후에도 충분히 남아있다면 관통자는 장갑에 깔끔한 구멍을 뚫고 날아가고, 운동 에너지가 장갑재의 소성변형에 의해 완전히 흡수된 경우에는 관통자가 장갑에 박히게 된다.[7]
만약 철갑탄이 금속이 아닌 세라믹 장갑을 관통하려 할 경우에는 금속에서 나타나는 소성변형 대신 세라믹 재질 자체의 파괴로 인해 운동 에너지의 흡수가 발생하게 된다.[8] 장갑재가 RHA와 세라믹으로 구성된 복합장갑일 경우에는 위에서 설명한 운동 에너지 흡수 메카니즘이 전부 관여하게 된다.
위와 같은 관통 메카니즘을 바탕으로 분석했을 때, 철갑탄이 제대로 위력을 발휘하려면 다음과 같은 조건을 가져야 한다.
- 강력한 운동 에너지: 철갑탄의 가장 중요한 특성이다. 발사 속도를 늘리든지 중량을 늘리든지 양자를 다 하든지 해서 강력한 운동 에너지를 가져야 철갑탄의 임무를 제대로 수행할 수 있다.
- 빠른 탄속: 운동 에너지에 관여하는 가장 중요한 요소이다. 철갑탄이 느리면 맞춰도 운동 에너지가 적으므로 목표를 관통시킬 수가 없다.
- 직선에 가까운 탄도: 탄도가 흔들리면 목표를 맞히기 어려워진다. 아무리 탄속이 빨라도 탄도가 비틀비틀해서 맞지 않으면 소용이 없다. 그리고 피탄 단면에 경사지게 착탄될 경우 경사장갑의 효과가 생겨서 관통력이 줄어들기에 되도록 탄도가 곧을수록(수직으로 착탄할수록) 좋다.
- 적절한 경도: 경도는 충분히 적의 장갑을 뚫을 정도로 높아야 한다. 장갑재보다 경도가 높을수록 좋다. 탄두의 경도가 장갑재의 경도보다 충분히 높다면 철갑탄두는 장갑이 마치 두부로 만들어진 것처럼 뚫어버릴 수 있다.[9]
다만 강철과 같은 통상 재료는 경도를 지나치게 높이면 취성까지 높아져버려서 착탄시 유리처럼 깨져버린다. 그래서 현대의 철갑탄은 관통자로 텅스텐이나 열화우라늄같이 단단하면서도 잘 깨지지 않고 녹는점도 높은 금속을 이용한다.
- 강인한 내구성: 최소한 목표의 장갑을 뚫고 내부로 진입할 때까지 포탄의 형상을 유지할 정도로 내구성이 좋아야 한다. 그런데 너무 튼튼하면 또 문제인게 파편량이 적어져서 장갑을 관통해도 내부에 별 피해를 못 입힐 수 있다. 다만 현대의 APFSDS는 전차 내부로 들어오면 얇고 긴 탄자가 산산조각나 고속으로 비산하는 대량의 파편을 만들어낸다.
3. 종류
- 철갑유탄(APHE)
- 경심철갑탄(APCR)/고속철갑탄(HVAP)
- 피모철갑탄(APC)/저저항피모철갑탄(APCBC)
- 분리철갑탄(APDS)
- 날개안정분리철갑탄(APFSDS)
- 철갑소이탄(API)
글자 순서를 바꿔서 '소이철갑탄'이라 부르기도 한다. 철갑탄과 소이탄을 합친 복합탄으로, 장갑을 관통한 후 내부에 불을 질러주는 포탄이다. 2차 세계대전까지 내력이 있는 은근히 유서 깊은 탄이다. 미군이 AN/M2에 철갑소이탄을 장전하여 공중전에 투입하였다. 다만 저 AN/M2가 현대의 개틀링 기관포나 리볼버 기관포처럼 단독으로 탄막을 펼칠 수 있을 만한 물건은 아니어서, 저걸 6정씩 묶어다 사용하곤 했다.
- 철갑고폭소이탄(APHEI)
글자 순서를 바꿔서 '철갑소이고폭탄'이라 부르기도 하고, '철갑소이유탄'이라 부르기도 한다. 하나의 포탄에 철갑탄, 소이탄, 고폭탄을 합친 복합탄이다. 목표물에 명중 시 장갑을 뚫고 들어가 작약이 터지면서 덤으로 불까지 질러주는 종합선물탄이다. 장갑 관통 후 내부 유폭을 도모하고 있다는 점에서는 철갑유탄(APHE)의 친척뻘 되는 포탄이라고도 볼 수 있다.
4. 관련 문서
5. 여담
1992년 개봉되었던 멜 깁슨 주연의 영화 리썰 웨폰 3에서 이 철갑탄을 소재로 사용하기도 했다.
[1] 영국 영어다. 미국에선 Armor Piercing이 쓰인다. 한국어 발음으로 아머 피어싱[2] 영국 영어다. 미국에선 Armor Piercer로 쓴다. 한국어 발음은 아머 피어서[3] 아래아 한글에서 徹甲彈을 추가하면 이미 사전에 등록되어있는지 철갑탄에 대한 정보가 뜬다. [4] 구식 화포의 솔리드 샷은 산탄총으로 쏘는 슬러그 탄과 그 원리나 운용방식이 비슷하다. 슬러그 탄도 무지막지한 운동에너지로 소총탄을 뛰어넘는 관통력을 보여줄 때가 있지만 본질적으로 철갑탄은 아니다. 곰과 같은 맹수들을 확실하게 제압하기 위해 저지력을 극단적으로 집약시킨 것이라고 보면 된다.[5] 이 과정에서 탄두가 장갑재를 관통하는 면적이 커지면 이후 단위 길이당 관통에 필요한 운동 에너지도 늘어나게 된다. 철갑탄의 관통자가 처음부터 공기역학적으로 우수한 유선형이 아니라 뾰족한 원뿔 모양인 이유가 여기에 있는데, 원뿔 모양에 비해 유선형 탄두는 장갑재와 접촉하는 면적이 지나치게 빨리 커져서 운동 에너지를 더 빨리 잃어버리기 때문이다. 다만 관통하려는 대상이 매우 연약한 동물/인체인 일반적인 FMJ/할로 포인트 총알은 형상에 따른 불이익이 없다시피하므로 공기역학적인 형상으로 만들어진다. 만약 위 동영상에서처럼 장갑재가 알루미늄 합금 장갑과 같이 경도가 낮아 물렁한 재질일 경우 철갑탄은 운동 에너지를 거의 잃어버리지 않고 깔끔하게 장갑재를 관통하기 시작한다. 열화우라늄을 사용한 탄두는 관통이 진행되는 도중에도 탄두가 깎여나가며 날카로움을 유지하는 자기첨예화(Self-Sharpening) 현상을 보여주므로 경우가 많이 다르다.[6] 관통자의 속도는 일반적으로 매우 빠르므로 소성변형 역시 일상생활에서 경험하는 것보다 매우 빨리 이루어진다. 이때 변형되는 장갑재는 고체가 아니라 점성이 있는 유체처럼 취급된다.[7] 물론 장갑재 밖으로 탄두가 노출될 정도로 관통이 이루어지면 탄두가 막히더라도 장갑재의 파편(스폴, Spall)이 차량 내부에 흩뿌려지면서 승무원과 내부 부품에 심각한 피해를 일으키게 된다. 이런 현상을 막기 위해 2세대 전차에서부터 도입된 것이 바로 스폴 라이너(Spall Liner)이다. 비슷한 이유로 보병용 방탄판은 혼자 쓰는 경우가 없고 반드시 방탄복 안에 넣어서 착용한다. G. G. Ccorbett, S. R. Reid and W. Johnson, Impact Loading Of Plates and Shells By Free-Flying Projectiles: A Review, Int. J. Impact Engng Vol. 18, No. 2, pp. 141-230, 1996[8] A. L. Florence and T. J. Ahrens, Interaction of Projectiles and Composite Armor, U. S. ARMY MATERIALS RESEARCH AGENCY, AMRA CR 67-05(F), Jan. 31, 1967[9] 이 점이 바로 경도가 낮은 알루미늄 합금 장갑의 약점이다.