1. 개요
Gas-operated. 반자동/자동 총기의 작동 방식의 하나를 말한다. 실탄 발사시에 화약이 격발하면서 생기는 가스와 스프링의 힘을 이용해 다음 실탄을 자동으로 재장전되도록 하는 방식을 말한다. 정확히는 가스의 힘의 일부[1]를 이용해 잠겨있는 노리쇠를 후퇴시키고, 스프링의 힘으로 노리쇠를 다시 앞으로 전진시킨다.아이디어 자체는 무려 1856년에 나왔다고 하며 실제로 동작하는 총이 등장하는 것은 한참 후인 무연화약이 등장하고 나서였다. 흑색화약이 만드는 다량의 탄매로 인해 쉽게 가스관이 막혀 사용이 불가능했기 때문이다. 가스 작동식이 완성되기 전에는 반동 작동식이 대세였으나, 가스 작동식이 보편화되고선 여러 문제로 반동 작동식은 권총 등에 부분적으로 쓰인다.
가스 작동식을 사용하는 최초의 대량 생산 총기는 총기 개발의 천재 존 브라우닝이 만든 M1895 콜트-브라우닝이였으며, 개인화기로는 1908년 몬드라곤 소총이었다. 이후로 21세기 초반까지도 소총/기관총급 개인화기의 표준적인 작동방식으로 쓰이고 있다.
가스관을 넣을 공간이 필요하기 때문에 데저트 이글 같은 물건이 아닌 한 권총급의 소형 총기류에는 잘 쓰이지 않는다. 이런 총기들은 주로 반동 작동식(Recoil-operated)을 사용하며, 말 그대로 총알이 발사되는 반동을 직접 노리쇠에 전달해서 후퇴시키는 단순한 방식이다. 예외적은 P7 같은 권총에 사용된 가스압 지연식이라는 것이 있는데, 이는 가스가 총기 작동에 관여하는 방식이 아니라, 가스 작동식 항목에 추가하지 않았다.
거의 모든 현대 자동화기는 가스 작동식 구조를 기반으로 하고 있다.
자세한 사항은 여기를 참조.(링크)
2. 종류
2.1. 가스 피스톤
가스압 작동식에서는 가장 흔한 방식이다. 격발 후 가스압에 의해 총알이 총구쪽으로 밀려나다가, 가스관이 있는 지점에서 이 가스압이 가스관으로 새어들어가 뒤로 되돌아와 피스톤을 뒤로 밀고, 이 피스톤이 노리쇠를 후퇴시켜서 재장전하는 방식이다.총열 근처에 굵은 가스관이 붙어 있어 얼핏 보기에는 총열이 2개인 듯한 느낌을 주기도 하지만 보통 이 가스관은 총열 중간쯤에 설치되며, 총구 근처까지는 잘 이어지지 않는다. 총구 바로 앞까지 이어지면 가스가 무거운 피스톤을 밀기보다는 그냥 총구 쪽으로 빠져버리기 쉽기 때문. 그래서 가스관 부분까지 총열을 과격하게 단축한 일부 단축형 총기들의 경우 신뢰성 문제가 생기기도 한다.
이외에도 가스 피스톤을 탑재한 AR-15계열 총기[2]에는 캐리어 틸트(Carrier Tilt)라는 내구성 문제도 존재한다. #
2.1.1. 롱 스트로크 가스 피스톤
Long-stroke Gas Piston
장행정 가스 피스톤 방식이라고도 하며, 정석적인 방식으로 가스피스톤이 노리쇠에 그대로 한 뭉치로 연결되어 있어서 피스톤이 후퇴하면 노리쇠도 그대로 밀리고, 노리쇠가 복좌용수철에 의해 제자리로 돌아올 때 피스톤도 따라서 전진한다.
피스톤이 노리쇠를 끝까지 밀어주기 때문에 가스 작동식 중에서는 신뢰성이 가장 좋지만, 움직이는 질량이 커서 작동부가 무겁다는 것이 단점이다. 때문에 현대 소총들에서는 퇴출되는 추세이지만 움직이는 부분이 크다는 말은 높은 질량의 물체가 왕복한다는 의미가 되므로 발사속도 제어에 효과적이고, 고중량 물체가 강하게 밀어주는 힘 덕분에 가스의 힘을 사용한 부가적인 장치(예를 들자면 벨트 급탄장치)를 달기 편하므로 많은 기관총들은 현대에도 상당수 이 방식을 사용한다.
총은 애초부터 혹한에 취약한데, 롱스트로크 피스톤은 대단한 정도는 아니지만, 특유의 신뢰성 덕분에 추위에 대해 어느 정도 내성이 있는 편이다. 겨울이 춥기로 악명높은 러시아와 한국, 스위스의 표준 소총에 롱스트로크 피스톤을 적용한 것이 아주 우연은 아닐 것이다.
적용 예: 한국의 K2 소총, 미국의 M1 개런드와 스토너 63, 러시아의 AK-47과 그 직계, 벨기에의 FN MAG와 FN 미니미, 스위스의 SG550.
2.1.2. 쇼트 스트로크 가스 피스톤
Short-stroke Gas Piston
단행정 가스 피스톤 방식이라고도 하며, 이름대로 피스톤이 짧게만 움직이며 노리쇠와 연결되어 있지 않다. 그래서 피스톤이 노리쇠를 민다기보다는 때린다는 느낌으로 강하게 치며 약간 후퇴했다 걸려서 멈추면 관성에 의해 노리쇠가 더 긴 거리를 후퇴하게 되는 방식이다.
롱 스트로크 방식에 비해 더욱 가볍고, 사격시 움직이는 질량이 더 적은 만큼 적은 가스압으로 작동이 가능하며 덕분에 체감 반동도 줄어든다. 하지만 롱 스트로크와는 달리 작동부의 질량이 작기 때문에 대개 낮은 가스압으로 세팅되므로 노리쇠가 습기로 인해 총몸에 얼어붙을 수 있는 저온 환경의 작동성이 낮아질 수 있다. 따라서 대부분의 쇼트 스트로크 방식 소총들은 롱 스트로크 방식 소총들과는 달리 여러 단계로 조절할 수 있는 가스 조절기가 달려있다. 일례로 FN사 에서 만든 FAL 과 FNC 가 있는데, 몇 단계나 있는 쇼트 스트로크 방식의 FAL 과는 달리 롱 스트로크 방식의 FNC 는 단 두 단계만 있다.
이것이 쇼트스트로크 피스톤의 설계 한계라는 낭설은, AK 소총처럼 애초부터 강한 가스압을 요하는 설계의 소총들이 혹한에서 비교우위를 보였기에 생겨난 오해이다. 특히 노르웨이의 저온에서 HK416이 작동 불량을 일으켜 쇼트스트로크 피스톤에 한계가 있다는 지적이 일었는데, 한편 모든 장비를 혹한에서 사용할 것을 전제로 설계하는 러시아는 드라구노프 소총에 쇼트스트로크 피스톤을 적용해 잘만 굴려왔다. 문제가 있다면 HK416 고유의 설계에 있지, 쇼트스트로크 피스톤에 있는 것이 아님을 짐작할 수 있다.
소구경 고속탄의 시대를 연 세기의 역작 M16 소총의 다이렉트 임핀지먼트 방식에 신뢰성 문제가 있다는 낭설이 오랫동안 진리처럼 받아들여져, 그 대안으로써 바탕 설계를 유지하고 쇼트스트로크 피스톤을 적용한 AR-15가 우후죽순 쏟아졌으나, 요즘에는 다이렉트 임핀지먼트의 신뢰성에 특기할 문제가 없다는 것이 정설이라 그 유행은 시들었다. 그럼에도 불구하고, 쇼트 스트로크는 설계가 간단하고 성능도 모난 데 없어서 예나 지금이나 현대 소총의 대세이다.
적용 예: 한국의 DSAR-15PC와 STC-16, 러시아의 SKS와 드라구노프 저격소총과 드라구노프 돌격소총, 체코의 Vz.58, 미국의 M1 카빈과 AR-18, 독일의 H&K G36과 H&K HK416, 벨기에의 FN FAL과 FN SCAR, 오스트리아의 슈타이어 AUG.
2.1.3. 자동 평형 반동 시스템(BARS)
가스 피스톤식의 하위 방식이다.
Balanced Automatics Recoil System, 줄여서 BARS인 이 시스템은 노리쇠 뭉치가 움직이는 반대 방향으로 무게 추를 움직여 반동을 상쇄시키는 방식으로 작동하여 탄두 자체의 반동만 최대한 남게 한다. AEK-971의 경우 AK-74보다 30%의 명중률 향상이 있었다. 주로 러시아 및 구 소련권에서 개발 중이다. 사격 시 체감 상의 반동을 줄여주긴 하나, 흔히 오해하는 탄약 발사로 인한 반동 상쇄[3] 목적으로 설계된 것이 아니다. 이 부분을 논하기 전에 왜 소련에서만 소위 '평형 반동'이라는 것이 강조되었는지 설명할 필요가 있다.
AK 플랫폼은 이 소총이 혹한의 러시아권에서 사용될 것을 상정하고 만들어 졌고, 롱 스트로크 가스 피스톤식을 사용하기 때문에 강한 충격으로 고질량의 노리쇠 및 가스활대를 총의 전방으로부터 후방까지 후퇴시키는 구조이다. 즉, 가스 홀의 직경이 큰 편이라 가스압이 매우 강하게 잡혀있다. 거대한 버퍼 및 완충 스프링을 사용하여 이를 어느 정도 상쇄하는 AR 플랫폼과는 다르게, AK는 발사 시 무거운 노리쇠 질량으로 인한 큰 후퇴 충격과 전진 충격이 사수에 그대로 전달되어 총구가 상하로 크게 튀게 된다.
AR 및 다른 서방권 화기들도 노리쇠 충격이 없는것은 아니다. 하지만 유달리 AK가 특유의 설계로 인해서 이 문제가 좀 부각되는 경향이 크다. 유사한 시기에 진행된 미국과 소련의 차기 소총 개발 프로젝트인 ACR 과 Project Abakan을 비교해보자면, ACR에는 명중률과 반동에 대한 요구가 없었던 반면, 아바칸 프로젝트의 경우에는 분명히 명중률 향상을 위한 반동제어가 요구조건에 포함된다.
따라서 '평형반동' 이라는 개념은 총기 설계만으로 그 필요성을 완화할 수 있으며, 소위 있으면 좋은데, 노리쇠 충격에 대한 개선이 필요한 AK계열 총기 이외에는 딱히 중요하지 않은 시스템이라는 의미이다.[4]
또한 단점도 상당하다. 노리쇠와 역방향 무게추라는 두 피스톤의 작동 타이밍이 약간이라도 어긋나면 오히려 반동이 더 커지거나 총의 이상한 움직임으로 사수를 당황시키게 된다. 때문에 어떠한 방식을 사용 하더라도 두 피스톤 막대의 싱크를 맞출 장치는 필수적으로 들어가야 하며, 이는 내구성과 신뢰성의 하락이라는 다른 문제를 발생시킨다. AEK-971이 이 방면에서 가장 완성도 높은 물건으로, 가동부를 완전히 패키징해 버리는 것으로 신뢰성을 높히려 시도 했다. 그러나 내부 구조 자체는 톱니 두개를 사용한 랙엔 피니언 시스템으로 다른 평형반동 시스템 화기들과 크게 다를것은 없다. 때문에 워낙 정보가 많이 없어서 그렇지 이쪽도 그렇게 높은 신뢰성을 보일 것이라 예상하지 않았다.
최근 서방권에 이 시스템이 탑재된 AK-107 계열의 Kalashinikov SR-1이 팔리면서 복잡한 구조로 인한 낮은 신뢰성이 실제로 드러나 본 시스템이 군용으로 사용하기 적절치 않다는 것이 드러났다. 러시아군의 차기 소총경합사업 보고서에서 밝혀진 사실. 총구 앞부분에 강한 충격이 가해지면 평행반동 시스템이 맛이 가기 시작한다는 것이다. 사실 일반적인 운용 상황에선 큰 문제가 없었는데 총열 아래 유탄발사기를 사격하는 순간[5] 총기 고장이 급증하여 AK-107MR과 AK-12의 경합사업에서 AK-12가 승리했다는 것이다. 이후 제식화된 A-545가 유탄발사기를 거의 운용하지 않는것을 보면 내구력 문제는 어느정도 해결했어도 유탄발사기 사용 같은 특정 부분은 여전히 해결하지 못한것으로 보인다.
AN-94, AEK-971(A-545, A-762), AK-107, AK-108, AK-109, SR-1등에 사용된다.
2.2. 다이렉트 임핀지먼트(가스 직동식)
Direct Impingement
흔히 가스 직동식, 또는 가스 직결식 및 가스 튜브식이라고도 하며, 가스 피스톤 방식과 유사하게 총열에 가스관이 붙어 있으나, 가스관 내부에 가스 피스톤이 없다.
그냥 그대로 옮겨오면 그만인 가스 피스톤과 달리 표현하기가 애매하다 보니 영어와 한자가 섞인 다소 어색한 '가스 직동식'이란 표현을 대체로 사용한다. 가스가 노리쇠까지 직접 와서 노리쇠를 밀어 후퇴시키는 방식이다. 가스 피스톤이 없으므로 피스톤 총보다 훨씬 가볍고 체감 반동도 줄어든다. 또한 총열 부분에 붙는 것이 적어서 프리플로팅 배럴에 가까운 상태가 되어 명중률을 쉽게 끌어올릴 수 있다.
초기 해당 구조의 소총은 현재 AR-15의 가스 직동방식과는 달리 실제로 가스를 노리쇠에 직분사하는 방식 이었기 때문에, 고열 고압의 가스가 탄피 배출구를 통해 뿜어져 나와 다소 위험했다. 실제 해당 방식으로 제작된 MAS-49, Ag m/42 등이 이 문제로 지적받았다. 신뢰성에는 문제가 없었지만, 취급에는 다소 주의를 요했다.
이 방식은 부드러운 반동과 가스식임에도 총열에 거대한 피스톤이 없기 때문에 이상적인 유동총열에 가까운 상태를 유지할 수 있어 높은 명중률을 달성하기 비교적 쉽다는 점 이지만, 신뢰성 관련하여 좀 루머가 많았다.
가장 대표적인 부분이 탄매 문제이다. 화약의 연소 가스가 직접적으로 노리쇠에 뿜어지므로 연사를 많이 하면 탄매가 많이 끼는 데다, 가스의 열이 노리쇠로 직접 전달되기 때문에 노리쇠의 윤활유가 빠르게 소모되어 신뢰성 및 내구성에 문제가 생길 수 있다고 알려져 있으나, 실제 당시 초기 테스트 된 WC846 화약은 실제 탄매 문제가 알려진 것 처럼 심각한 편은 아니었다. 실상은 좀 더 복잡한 원인이 있었는데, 탄피의 탄성계수 및 규격 불량 (부적격한 탄피 사용), WC846의 예상보다 강한 압력으로 인한 빠른 연사속도, 크롬도금과 같은 부식방지 코팅이 전혀 되어있지 않은 초기 XM16 소총의 문제가 복합적으로 얽혀 탄피 추출이 자주 실패했으며 이들이 실제 XM16E1 개량 과정에서 개선된 부분들이다. 물론 기존 WC846 의 CaCO3 생성 량이 이후 개량된 WC846 (이후 WC844로 명명됨)보다 많은것은 사실이다. 처음에 5.56×45mm 탄에 사용하려고 했던 장약인 IMR4475 는 대량 생산에 부적격 했고, 오히려 WC846 보다 압력 및 온도 안정성이 떨어졌다. 때문에 WC846으로 변경된 것 뿐이다. IMR4475 또한 7.62×51mm NATO에 사용 되었고, 같은 이유로 교체되었다. 이러한 문제들은 당연히 도입 전 테스트 과정에서 미리 발견하여 수정 했어야 했으나, 미군이 상큼하게 이 과정을 생략한 덕분에 이런 결과를 맞이했다.
이후 적절한 사용 교육 및 검증된 부품으로 교체되었고 더 이상 신뢰성에 대한 말은 거의 나오지 않았다. 물론 M16은 초기형에 문제가 있기는 했지만 부적격한 부품들과 총기 교육 미비로 인한 것이지 작동방식과는 상관이 없었다. 설령 신뢰성 문제가 있다고 해도 좀 불안하다 싶다 정도 이상은 되지 못한다.
또 다른 루머는 물에 넣었다가 꺼내서 곧바로 발사할 경우 가스관에 들어있는 물로 인해 총이 파열될 수 있다고 알려진 것이다. 위의 영상이 이 루머를 촉발한 HK사의 자사소총 홍보용 영상으로 아직까지 해당 부분에 대하여 "유저"들 사이에 논쟁이 있긴 하지만 대부분의 "전문가"들은 해당 영상이 과장되었다고 이야기한다.
일단 시작전에 강조해둬야 할 부분은 "가스 작동식 소총의 가스관이 막히더라도 총기는 폭발하지 않는다"는 점이다.
즉 만일 AR-15의 가스튜브에만 물이들어 있더라도 폭발할 가능성은 없다. 당장 가스 조절기를 0으로 사용할 수 있는 다른 가스 작동식 소총들을 생각 해 보자. 만일 가스관이 막혀 총이 폭발한다면 절대 가스압을 0으로 조절하면 안된다. 하지만 군에서 K2를 사용 해 본 경험이 있다면 알겠지만 이는 전혀 문제없다.
총이 폭발하는 원인은 100% 총열과 관련이 있다. 총이 폭발하는 원인은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데
1. 잘못된 탄약의 사용 (잘못된 구경 혹은 총열이 버틸 수 없는 고압탄 사용)
2. 총열의 막힘
| 총기 유투버 Ian McCollum이 설명하는 총이 폭발하는 이유 |
따라서 영상의 콜트제 AR 소총이 동일한 상황에서 폭발한 이유는 총열이 직접적인 원인이라는 결론이 나온다. 실제로 해당영상의 10인치 총열을 사용하는 HK416이 사용하는 총열은 기존 콜트제 배럴보다 약실 크기에 약간 여유가있고 총열 디자인이 다르다. 동일한 총열을 M4에 달 경우 마찬가지로 폭발하지 않는다. #
해당영상의 사수가 M4 사격시 방호 헬멧을 쓴 것을 보면 알겠지만, 영상을 촬영하는 시점에서 HK는 해당 이슈를 알고 있었다. 그리고 폭발한 총기의 잔해를 보면 상부리시버 우측면이 터졌는데, 위쪽 가스튜브는 멀쩡하다. 이는 폭발 한 부분이 가스 튜브가 아니라 약실이라는 것을 반증한다. 따라서 가스직동은 알려진 것 처럼 외부 환경에 취약하지 않다. 또한 아래의 영상을 보자.
| HK416의 민수용 버전인 MR556(왼쪽)과 베트남전 당시의 M16[6]의 민수형인 콜트 SP1 및 트로이 사의 GAU-5/A/A(오른쪽)의 진흙 테스트 영상. 가스피스톤 방식이 신뢰성이 높다는 세간의 인식과는 달리 가스 직동식 AR이 오히려 오염에 강한 모습을 보여준다. | |
보시다시피 가스 직동식이 모든 면에서 오염에 약한 것은 아니다. 예시로 노리쇠에 이물질이 좀 껴도 격발하면서 나오는 가스로 날려버릴 수 있으나 가스 피스톤 방식은 피스톤 내부에 이물질이 꼈을 때 격발하면 이물질이 피스톤 내부에 그대로 남아 있어 오작동 우려가 있다. 그러므로 오염 관련 이슈는 그냥 루머일 뿐이다.
여담으로 흔히 AR-15 계열 소총이 가스 직동식으로 알려져 있기는 하나, 엄밀히 말하면 조금 다르게 변형된 방식이다. 노리쇠를 가스가 직접 미는 것이 아니고, 노리쇠 뭉치 내부로 가스가 공급되어서 작동되는 방식이기 때문. 노리쇠 부분과 노리쇠 뭉치 사이에 가스가 들어가서 노리쇠 뭉치를 뒤로 밀어 후퇴시키고 곧이어 노리쇠도 따라서 후퇴하게 된다. 따라서 노리쇠 뭉치에 가스 피스톤이 달린 가스 피스톤 방식이라고 보는 시각도 있다. 그러나 분류상 그냥 가스 직동식 (Direct impingement)라고 한다.
초기 가스 직분사형 구조는 취급상에 주의가 필요하여 따라하는 경우는 없고, AR-15식 구조는 은근히 설계가 복잡하고 난이도가 높은 편이라, 유사한 방식으로 작동하는 AR계열이 아닌 다른 소총은 사실상 K1 기관단총뿐이다. 따라서 이 방식을 사용하는 소총은 MAS-49, Ag m/42, K1 기관단총, AR-10, AR-15 정도가 있다.
2.3. 가스 트랩
Gas Trap가스 피스톤 및 가스 직동식이 총열 중간에 구멍을 뚫어 가스를 가스관으로 올려보내는데 반해[7], 가스 트랩식은 총구 끝에 특수한 장치(트랩)을 달아서 가스를 여기로 끌어들이고 피스톤을 움직여 노리쇠를 후퇴시키는 방식이다. 즉 가스관이 총구까지 이어진다.
이 시스템을 만든 이유는 두 가지인데, 첫 번째는 총열 중간에 구멍을 뚫으면 총열의 내구도에 문제가 생겨 파열되거나 하지 않을까 하는 우려이고, 두 번째는 탄약이 총열을 떠나기 전에 추진가스를 손실하는 기존 가스 작동식의 추진가스 손실을 막아 탄속을 보강및 총열 자체의 2차 가공을 막아 탄자속도 및 명중률을 높일 수 있다는 믿음 때문이었다.
그러나 이 트랩은 총구 끝에 추가되는 장치라 방출되는 가스가 쿨다운이 시작될 때 비로소 힘을 받기 때문에 압력 유지가 힘들었고, 급격히 냉각된 가스로 인해 탄매의 흡착이 쉽게 발생하여 작동 신뢰성을 확보하기 힘들었다. 실제 사격시 탄매가 가장 많이 끼는 부분이 고온의 가스가 찬 공기와 만나는 지점인 소염기 와 노리쇠 근처 (특히 반자동 화기 일 수록 탄피배출구를 통해 가스가 많이 뿜어져 나온다.) 소음기 같은 곳이라는 것을 가정하면 사실상 이 방식이 높은 신뢰성을 확보하는게 불가능하다는 것을 알 수 있다.
방 소총, 초기형 게베어 41 및 M1 개런드의 테스트 버전, 류장군 소총과 각종 프로토타입 총기들에 쓰였으나 이러한 단점들 때문에 이후로는 잘 쓰이지 않았다.
[1] 대부분의 힘은 탄두를 밀어내는데 쓰이며, 가스의 일부가 노리쇠 쪽으로 되돌아가 노리쇠를 후퇴시키는데 사용된다.[2] 복좌 용수철이 개머리판에 탑재된 AR-15 한정. SIG MCX, LR-300, FAXON ARAK등에는 해당되지 않는다.[3] 탄약에 의한 반동 감쇄는 작용 반작용에 의해 탄약을 발사하는 순간 뒤로 무언가 같은 운동량을 가진 물체를 투사하지 않는 한 물리적으로 불가능하다. 여러 곳에서 반동이 아예 없어지는 것으로 묘사하는 경우가 많은데, 이는 대부분 컴펜세이터와 같은 다른 완충기의 효과이다.[4] 예외적으로 KRISS 사의 Vector가 있으나, 이는 노리쇠 후퇴 방향을 튼 것이지 평형 반동 시스템 처럼 가스 구조에 평형추를 단 것이 아니다.[5] 특히 GP-25 계열은 작고 가벼운 대신 반동이 심하기로 유명하다.[6] 1967년에 채용된 개량형인 M16A1이 아니다.[7] 최초인 M1895 콜트-브라우닝과 몬드라곤 소총도 총열에 구멍을 뚫어 가스에너지를 직접 사용하는 방식이었다.