운동 에너지탄
운동 에너지탄은 폭약을 가지고 있지 않고 순수히 운동 에너지만으로 목표물을 관통하는 탄약을 말한다.
철갑탄(AP), 분리철갑탄(APDS), 날개안정분리철갑탄(APFSDS)(줄여서 날탄)이 대표적인 운동 에너지 탄이다.
송탄통 분리형 익안정 철갑탄, 혹은 세이보(Sabot)식 날개안정 철갑탄. APFSDS(Armor Piercing Fin Stabilized Discarding Sabot)라고 한다. 영국처럼 APDS(Armor Piercing Discarding Sabot)를 사용하는 나라에서 탄종 구별을 위해 철자의 배열을 바꾸어 APDSFS라고도 한다.
기갑 전력에 대해 현존 최강의 표적 파괴 능력을 자랑하는 포탄이다. 전차포로 사용되는 구경은 서방권의 경우 주로 105mm 강선포혹은 120mm 활강포의 구경이며 130mm 활강포나 140mm 활강포는 개발 중이다. 동구권의 경우 115mm나 125mm 활강포를 사용하며 152mm 활강포는 개발 중이다. 이외에 장갑차나 항공기 등의 기관포에도 사용한다.
특성 상 날아가서 목표를 부수는 관통자(penetrator)는 약 25 ~ 40mm 가량이기 때문에 구경 감소탄(sub-caliber ammunition)이라고도 부르기도 한다.
참고로 한국군에서는 날탄으로 부른다. 그리고 화학에너지로 잘 알려진 HEAT(대전차고폭탄)의 경우 대탄으로 부르며 HE(고폭탄)의 경우 대인유탄으로 부른다.
APFSDS는 종래의 철갑탄과는 완전히 다른 사상으로 디자인되어 있다. 1200m/s 이상으로 착탄하면 장갑과 탄체는 각각 유체로서 작용해 상호 침식을 일으킨다. 그 결과, 탄체 직경보다 몇 배 큰 구멍을 뚫는다. 따라서 장갑에 대해서 거의 평행으로 착탄했을 경우를 제외하면 도탄(倒彈)을 일으키는 일은 없고, 그 때문에 피탄경사라는 개념은 과거의 것이 되었다. 또 경사 장갑에 대해서도, 침식 시에 굴절을 닮은 거동을 나타내 장갑판의 얇은 쪽으로 돌면서 관통하기 때문에 경사 장갑의 이점인 관통장의 증대조차 유효하지 않다.
탄체의 재질에는 탄탈럼이 최적이지만, 탄탈럼은 매우 희소한 금속이기 때문에 통상 대부분의 국가는 탄탈럼보다 저렴한 텅스텐 합금이 사용되고 있다. 초기(2차 대전 중)의 관통자에는 상대적으로 가공이 쉬운 탄화 텅스텐이 이용되었다. 미세분말상태의 탄화 텅스텐을 코발트-니켈 따위의 금속과 혼합, 고온에서 압축하며 구워내 코발트-니켈이 접착제 역할을 하여 탄화 텅스텐을 고정시키는 방법으로 제작되었다.
그러나 이 방법은 재료 자체의 경도는 크지만 잘 부스러지려는 특성을 가져 1960년대 이후로는 점차 잘 쓰지 않게 되었으며 이후 기술의 발전으로 지금의 텅스텐 관통자는 텅스텐에 니켈, 구리, 망간 따위의 금속을 포함, 분자 레벨에서 결정을 형성시켜 만들고 있으며 기술의 발전으로 현재는 텅스텐 관통자에도 각종 신기술(예 : 자기첨예화, 복합재 이탈피 등)을 적용해서 관통력을 증대시키는 경우가 많이 늘어났다. 그 결과 현재 텅스텐 합금을 사용하는 국가 중에서 상당한 수준의 기술력을 갖춘 국가로 독일, 대한민국, 미국 등이 있다.
실제로 대한민국 육군에서 운용중인 날개안정분리철갑탄의 경우 탄자 생산 및 개발업체로 알려진 풍산이 최신 다단열처리 기술 및 미세조직 제어기술로 마치 열화우라늄탄처럼 자기첨예화가 일어나게 하여 열화우라늄탄에 버금가는 수준의 관통력을 가진 관통자를 만들었다.
미국이나 러시아 등의 일부 국가에서는 1970년대부터 텅스텐보다 밀도가 높고, 자연계에 존재하는 물질 중 가장 강도가 높기도 하며, 무엇보다 핵폐기물이기 때문에 저렴한 열화 우라늄 합금도 이용되고 있다. 동구권에서는 간혹 열처리한 강철도 사용되나 성능은 그다지 좋지 않다. 하지만 미국이나 러시아 등의 열화우라늄 합금으로 날개안정분리철갑탄을 사용하는 국가에서도 해외 수출용이나 훈련용 등으로 텅스텐 날탄 등을 생산하고 있으며 대표적인 예시를 들자면 미국의 수출용 텅스텐 날개안정분리철갑탄으로 알려진 KEW-A1 등이 있다.General Dynamics Ordnance의 KEW-A1 APFSDS
APFSDS는 텅스텐 합금이나 열화 우라늄 합금등의 중금속으로 구성된 홀쭉한 침상의 탄체와 경금속의 장탄통(Sabot)으로 구성되어 전체의 질량을 가볍게 하여 초고속을 얻고 있다. 발사시의 화약 가스압은 탄체, 장탄통 쌍방으로 향하지만, 장탄통은 포구로부터 나온 후 공기 저항에 의해 탄체로부터 분리되어 탄체만이 적을 향해 날아간다. 이 구조에 의해 포탄의 발사 화약에 의해 만들어진 운동 에너지가 표적 장갑의 지극히 좁은 영역에 집중되어, 관통력을 높이고 있다.
얼마나 홀쭉한가를 나타내는 방법으로서는 L/D비라는 값이 사용된다. L/D 비는 길이(Length)/직경(Diameter)로 나타내지며 현재 사용되는 APFSDS의 L/D 비는 20~30 정도 혹은 30을 넘어간다.
APFSDS는 매우 홀쭉하기 때문에 강선에 의해 회전을 시키면 반대로 불안정해져 버린다. 때문에 강선이 없는 활강포로부터의 발사가 이상적이지만, 현재는 슬립 링의 장착에 의해 통상의 강선포에서도 발사가 가능하다. 대신 탄두의 안정익으로 탄도의 안정을 도모하고 있지만, 횡풍의 영향을 받기 쉬운 결점이 있기 때문에 명중도 향상에는 풍향 센서에 의한 조준 보정이 불가결하다. 또, 최근의 전차포에서 머즐 브레이커를 볼 수 없는 것도 분리한 장탄통이 걸리는 것을 방지하기 위해서다.
장갑을 관통하는 힘은 어느 정도 두께의 균질 압연 강판(RHA: Rolled Homogeneous Armor, 철 합금)을 관통할 수 있는가 하는 것으로 나타나는데, APDSDS 기준으로 105mm 강선포 기준으로 평균 400mm 중반 ~ 최대 600mm 초반, 120mm 활강포로는 평균 500mm ~ 800mm 중반 정도의 RHA(KE)를 관통할 수 있다.
열화 우라늄 탄체는 텅스텐 탄체보다 약 10 ~ 15% 정도는 관통력이 우세한 것으로 추정되며, 철제 탄체는 1/2 정도의 관통력을 가지고 있다. 상당수의 APFSDS의 탄체는 텅스텐을 사용하며 일부 국가의 경우 열화우라늄 탄체를 사용하는 경우도 있다.
현재 전차가 장비하는 대전차용 포탄은 대부분 APFSDS이다. 같은 대전차용 포탄으로서 HEAT(대전차유탄)가 있지만, 실제로 대전차전을 위해 전차에 탑재되는 일은 거의 없다. HEAT는 수치상은 APFSDS와 그다지 다르지 않은 위력을 나타내지만, 현재 전차에 많이 사용되는 복합 장갑, 반응장갑 등의 기술의 발전으로 방호력이 향상되면서 상당수의 주력전차(MBT)를 상대로는 APFSDS에 비해 유효하기가 힘들기 때문이다. 게다가 보병용의 대전차 미사일이나 대전차 로켓의 경우도 HEAT를 사용하는데 이 경우도 요즘의 주력전차를 비롯한 기갑장비들의 경우 방호력의 증대를 위해 기존에 사용한 복합장갑이나 반응장갑 이외에 슬랫아머, APS(능동방어체계)등의 기술을 사용하여 기존보다 방호력을 증대시키는 경우가 늘었다.
AP , Armor Piercing Bullet
장갑을 관통하기 위해 고안된 탄환.
한자로는 '徹甲彈'이라 표기된다. 갑옷을 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. 표기 구분방법은 쇠 철자가 아닌 뚫을 철(徹)이라고 알면 된다. "관철", "철야", "철두철미" 등에 이 철 자를 쓴다. 일본에서도 철갑탄(てっこうだん)이라고 표기하는 반면 중국에서는 뚫을 천(穿)이 들어있는 천갑탄(穿甲彈)이라는 표현을 사용한다. 천공카드의 그 '천'자다. 또한 철갑탄을 Full Metal Jacket으로 생각하는 사람들도 있는데 철로 된 갑피를 씌웠다고 해서 철갑탄이라고 부르지만 군사적으로 철갑탄은 장갑을 관통하는 armor piercing ammunition을 의미한다.
APDS(Armor Piercing Discarding Sabot). 철갑탄 종류 중 하나. 관통자 주위에 이탈피를 감싼 철갑탄이다.
포탄의 관통력을 증가시키기 위해선 탄두의 중량 증가, 탄속의 증가 등이 필요하다. 하지만 그렇다고 해서 무조건 탄의 무게를 늘릴 수만은 없다. 그래서 등장한 것이 바로 분리철갑탄이다.
원래 관통자의 크기를 줄이고 장약을 늘려서 관통력을 증대하자는 이론은 다들 알고 있었기 때문에 경심철갑탄이 등장하게 된다. 하지만 경심철갑탄은 텅스텐탄심 가공이 힘든 데 반해 관통력은 그렇게 크게 늘지 않았고, 근거리만 지나면 관통력이 떨어지는 문제도 있었으며 탄자 형상때문에 도탄률도 높았고 경사장갑에 맞추면 관통력이 심하게 감소하는 등의 문제점이 발생했다.
해당 탄이 주로 사용된 시기는 제2차 세계 대전 후반기 ~ 6.25 전쟁이며, 2차대전 시기에는 독일 국방군과 소련군에서 주로 사용되었고 6.25 시절에는 유엔군도 비교적 많이 사용했다.
당시 철갑탄은 탄소강을 사용하고 있었는데, 이를 텅스텐 합금으로 바꾸는 과정에서 문제가 생겼다. 텅스텐 합금만으로 포탄을 만들 경우 착탄시 탄두가 붕괴되는 현상이 일어났던 것이다. 이는 금속가공기술 부족에서 기인한 일이었다. 그 외 탄두의 질량이 지나치게 커지는 문제도 있었다. 그래서 일단 피모철갑탄(Armor Piercing Capped)나 저저항피모철갑탄(Armor Piercing Copper Ballistic Capped)과 같은 방법으로 탄자 붕괴 현상을 막았지만, 텅스텐이 많이 필요한 데 반해 관통력이 쓸만하게 늘지 않았다.
이외에 구경감소탄이라는 것이 있다. 구경감소탄은 원래 경심철갑탄, 분리철갑탄, 날개안정분리철갑탄을 모두 총칭하는 개념이지만, 일반적으로는 여기서 소개하는 경심철갑탄의 아류중 하나다. 원래 같은 양의 장약으로 구경이 적은 탄을 발사하면 고속을 낼 수 있다는 것 자체는 다들 알고 있었기 때문에 이런 원리를 포탄 뿐 아니라 대포도 적용하면 시너지 효과를 일으켜서 관통력이 더 증대될 것으로 보고 만들어진 것이다.이 이전의 철갑탄은 수직으로 안 맞았을 땐 옆으로 걸리는 힘(전단응력)을 못 버티고 부러져서 위력이 약해지는 일이 왕왕 있었고,[1] 소재가 단단한 대신 낮은 각도로 맞았을 때 그냥 튕겨나가는 일도 많았다.
피모철갑탄의 경우 피모가 먼저 힘을 받아주기 때문에 탄자 붕괴를 막을 수 있었다. 또 낮은 각도로 착탄시에도 튕겨나가는 경향이 줄고, 착탄하면서 장갑면에 수직으로 박혀들어가는 경향이 있어[2] 통상 철갑탄보다 높은 관통력을 발휘했다.
하지만 이 방식을 사용하면 구경이 어느 정도 이상 올라가면 탄두의 중량이 증가하며, 덤으로 포탄의 앞면이 밋밋해지므로 공기저항을 많이 받아 운동에너지를 손실하기 딱 좋다. 후자는 저저항피모철갑탄으로 해결했지만, 전자는 해결이 불가능하기 때문에 경심철갑탄이 등장하게 된다. 그러나 경심철갑탄도 가공이 힘들고 근거리만 넘어가면 관통력이 급격하게 하락하며, 탄도성능도 좋지 않기 때문에 양자가 공존하다가 분리철갑탄에게 1선급 철갑탄의 지위를 넘기고 역사에서 퇴장한다.해당 캡은 오로지 공기저항을 막는 역할만 하므로 포탄이 목표에 명중하면 순식간에 그냥 깨져서 흩어져서 피모철갑탄의 위력을 저하시키지 않는다.
제2차 세계 대전 당시 대전차포와 전차 주포의 주력 탄종으로 사용되었다. 정확히 말하자면 6파운더와 17파운더는 관통자 전체가 금속인 ABCBC-T를, M4 셔먼, T-34, 4호 전차 장포신형, 티거 2, 판터 등은 작약을 채운 ABCBC-HE-T를 주로 사용하였다.
비록 피모철갑탄 자체는 현대전에서 관통력이 떨어져서 사장되었지만, 포탄에 유선형의 캡을 씌운다는 발상 자체는 유용하므로 유선형 캡은 지금도 각종 포탄이나 총기용 철갑탄에 적용돼서 사용 중이다. 철갑탄 문서의 맨 위 사진에도 있는 7.62×51mm NATO M993 철갑탄이 대표적인 예다.