레일건(Rail Gun/Cannon)과 코일건(Coil Gun)

목차

1. 레일건
프로토타입 레일건.
레일건의 원리에 대한 간단한 도식. 보기만 해도...
작용 반작용의 법칙과 가우스 라이플의 반동 
1. 작용 반작용의 법칙과 가우스 라이플의 반동
2. 코일건과 레일건의 원리
3. 가우스 라이플의 응용

본문내용

히 달리게 하는 모습과 비유될 수 있다. 즉, 연속적으로 작동하는 코일이 앞에서 이끌어주어 탄환은 계속 가속도를 받아서 속도가 상승하게 된다.(이해가 어렵다면, 쇠구슬을 놔두고 앞에서 자석을 끌고 앞으로 달려가는 것을 생각해 보도록 하자. 자석을 충분히 빠르게 끌고 간다면 쇠구슬은 자석에 붙지 않은 상태로 계속 뒤를 따라올 것이다.) 그리고 마지막 코일에 도착할때 이 코일의 전원을 꺼주면 탄환은 지금까지 받은 속도를 유지한 상태로 앞으로 날아간다.이렇게 작동하는 코일건은 레일건에 비해서 다음과 같은 이점을 가지고 있다.
총신의 마모가 없다. - 코일건은 레일건과 달리 발사체를 유도하는 코일에 발사체가 직접 닿지 않는다. 위의 사진 중에서 우주 공간에 떠 있는 거대한 매스 드라이버는 레일건이 아닌 코일 건으로 사진에서는 철질 운석(주성분이 금속인 운석)을 여러개의 코일을 통해서 가속시키고 있다.
발사체에 전기를 흘릴 필요가 없다. - 이는 주로 우주 개발에서 자원을 수송하는 매스 드라이버에 있어 매우 중요한 요소이다. 총신의 마모가 없다는 장점 외에도 코일건은 발사체가 전기를 흘리지 않는다고 해도 자석에게 당겨질 수 있는 물질을 대량으로 함유하고 있기만 해도(철질 운석과 같이 금속이 주성분인 운석 등) 발사할 수 있다. 물론, 발사체가 직접 닿을 필요가 없으므로 총신에 들어가기만 하면 탄환의 모양은 전혀 상관이 없어, 자원의 수송 만이 아니라 셔틀 등을 빠르게 발사하는 캐터펄트의 역할로도 사용될 수 있다.
자장 폭발력이 없다 - 코일건은 일반적인 전자석의 코일을 여러 개 늘어놓은 것과 같아, 레일건에서 일어나는 것 같은 레일 사이의 강한 반발력이 발생하지 않는다. 때문에 코일건은 레일건보다 오랫동안 사용될 수 있다.
이렇듯 여러가지 이점이 있기 때문에 코일건의 활용 가능성은 점차 넓어지고 있다.다만, 코일건은, 전자장을 만들어내고 그것을 이용해서 총알을 끌어당기는 방식이기 때문에, 거리에서의 전자장의 직접적인 반발을 이용하는 레일건에 비해서 가속도가 낮고 에너지의 낭비가 심한 것이 흠이다.전자장의 세기는 거리가 멀수록 제곱으로 약해지는데, 코일건은 총알과 전자장의 거리가 항상 어느 정도 떨어져 있기 때문에 공급한 전력 만큼의 효과를 거두기는 어렵다. 하지만, 레일건에서 반발을 일으키는 두 자장의 거리는 사실상 0이기 때문에(다시 말해 두개의 자석을 억지로 붙인 상태라고 보면 된다.) 공급한 전력에 대한 효율이 코일건에 비해서 압도적으로 높다.이렇듯 코일건은 그 자체만으로 무기로 사용하기 어렵다는 단점이 있지만, 레일 등에 의한 제약이 필요없기 때문에 화약 등을 사용해서 일단 발사한 탄환을 가속시키는 전자 가속기의 역할로서 충분한 활용 가치가 있다.(또한, 무기로서 만이 아니라, 코일건은 철을 많이 함유한 광석 등을 날려 보내는 매스 드라이버 등 운송 수단으로서의 활용 가치도 있다.)물론, 코일건 역시 레일건과 마찬가지로 강한 반동을 갖고 있으며, 매우 많은 전력을 필요로 하기 때문에, 아직 본격적인 의미에서 실용화가 되어 있지는 않다.
레일건의 원리.레일건은 이와 같이 두개의 전선 사이에 전기를 가하고 발사체를 넣은 형태로 구현된다. 발사체가 레일 사이에 놓여지게 되면 발사체를 지나 전류가 흐르고 발사체는 힘을 받아 앞으로 날아간다.때문에 레일건의 레일과 발사체는 모두 전류가 흐를 수 있는 물질이어야 하며, 발사체는 레일의 폭과 같은 두께를 갖고 완전히 밀착되어야 한다.레일건의 원리를 이해하기 위해서는 바로 아래의 그림과 같은 오른손 법칙을 이해할 필요가 있다.
오른손 법칙은 도체(레일)를 따라 전류가 흐를때 도체 주변에 자기장이 발생한다는 법칙이다. 자기장은 레일을 감싸듯이 발생하며 이때 주변에 사철을 뿌려주면 자기장이 발생하는 모양을 관찰할 수 있다.이러한 법칙에 따른 레일건의 원리는 다음 그림과 같다. 두개의 레일에서 작용하는 자기장은 레일 사이에서 위쪽으로 작용하며, 발사체 자체에 흐르는 전류는 다시 발사체를 앞으로 감싸는 형태로 자기장을 발생시킨다.
여기서 자기장의 움직임은 발사체의 앞쪽에서는 아래로, 뒤쪽에서는 위로 작용하게 되는데, 이때 로렌츠의 힘(같은 방향으로의 자기장끼리는 밀치고, 다른 방향으로의 자기장끼리는 끌어당기는 힘)이 작용하여 발사체의 뒤쪽에서는 자기장이 반발하고, 앞쪽에서는 당기는 힘이 작용한다. 이에 따라 발사체는 점차 앞으로 밀리게 되고, 점차 가속되어 레일을 떠나게 된다.
레일건의 현실(실용화).이상에서 살펴보았듯이, 레일건은 -다른 기술과 마찬가지로- 상당한 장점과 단점을 동시에 갖고 있는 병기기술이다.하지만, 레일건 역시 레일건 만의 여러 장점들(빠른 발사 속도 등)로 인하여 현재 군사 기술 차원에서 연구가 진행 중에 있다.레일건의 가능성은 주로 짧은 시간 동안, 대량으로 빠른 속도의 탄환을 날려야만 하는 대공 방어 체계 등에서 적용될 가능성을 갖고 있다.레일건이 처음으로 군사적으로 연구되었던 것이 위성 궤도 상의 대미사일 방어 체계인 SDI 계획 당시의 일이라는 점도 그렇지만, 현재도, 주로 해상에서의 미사일 방어 시스템에 도입을 하기 위하여 연구되고 있는 것이다.또한, 대형의 레일건은 철갑탄을 능가할 수 있는 강력한 대 장갑 병기로서의 운용 가능성도 검토 중에 있다. 이른바 가우스 라이플이라 불리는 형태로서 전차 등의 대형 차량에서 발사하는 것을 고려하고 있지만, 전차 등은 함선에 비해 그 크기가 작아 레일건의 운용에 필요한 대량의 동력을 탑재하기 어렵기 때문에, 현실적으로는 아직 실용화 가능성이 낮은 편.몇몇 액션 게임에서 나오는 개인 화기로서의 레일건은 전혀 가능하지 않다. 그것은 레일건 자체의 위력이 높아질수록 반동이 강해지고, 그만큼 대량의 동력을 사용해야 하기 때문이다. 또한, 레일건은 전기를 사용하는 장비로서, 모든 환경에서 자유롭게 사용할 수 있는 개인 화기로서는 그다지 적합하지 않다는 문제도 갖고 있다.굳이 개인을 대상으로 적용하고자 한다면, 스타크래프트의 마린과 같이 파워드 슈츠를 입은 기동 보병이 적합한 형태이지만, 기동 보병은 소형의 장갑차와 같은 것으로 개인 화기의 차원에서 다루어질 수는 없을 것이다.

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