, 미사카 미코토의 기술에 대한 내용은 초전자포 문서
참고하십시오.1. 개요
금속 탄자를 전자기력으로 가속하여 발사하는 기구이다. 일반적으로 무기체계로 개발중이나 스페이스 건이나 전자기 캐터펄트 등 운송 수단으로도 많이 응용되고 있다. 운송 수단으로 사용하는 경우 매스 드라이버라는 명칭으로 불리고 있다.선형(Linear) 궤도(rail)를 쓰기 때문에 리니어 건(Linear gun)이라고도 하고, 전자기력을 사용하여 발사체를 투사하는 발사장치라는 의미에서 EML(Electromagnetic Launcher)이라고도 하며 전자기력을 사용하여 포탄을 쏘는 대포라는 의미에서 'EM건(Electromagnetic Gun)'이라고도 하지만, 보통 사람들은 레일건(Railgun)이라고 부르는 것이 일반적이다. 한문식 표현으로는 전자포(電磁砲)[1] 또는 '전자투사포(電磁投射砲)'나 '전자가속포(電磁加速砲)'[2] 등으로 불린다.[3] 비슷한 무기 체계로 코일건이 있다.
기존 화약추진식포 대비 빠른 초속을 달성할 수 있어 20세기와 2000년대 무렵엔 SF적인 무기 개념으로 사용되는 경우가 더 많았다.
2. 역사
레일건의 '개념'이 등장한 건 꽤 오래되었다. 제1차 세계 대전 기간 중인 1917년에 프랑스의 발명가 앙드레 빌플레가 튜더 배터리사의 도움을 받아 실제로 작동하는 시험모델을 만들었으며, 1919년 3월 24일에 기초적인 형태의 레일건을 "전기를 이용하여 물체를 추진시키는 장치"라는 이름으로 미국 특허에 출원하여 1922년 7월 4일 특허번호 제1421,435호(US1421435A)에 등록된다. 이때 구상된 레일건은 현대의 레일건과 별반 다르지 않은 구조를 가지고 있어, 사실상 현대 레일건의 개념적 정립은 20세기 초에 완료된 것이라 볼 수 있다. 그러나 1918년 11월 11일에 제1차 세계 대전이 종전되었기에, 기술력과 실용성 부족으로 상용화되지는 않았다.제2차 세계 대전 시기 독일의 요아힘 핸슬러가 레일건을 대공포로 이용하고자 하였으며, 이느 루프트 바페의 대공 사령부가 요구한 대공레일건의 사양인 '분당 12발의 발사속도를 가진 0.5kg의 폭발물을 포함한 포탄을 2,000m/s의 총구속도로 발사할 수 있는' 사양을 만족하였고, Flak 40 128mm 대공포 포좌 위에 레일건을 장착하고자 하였지만, 종전이 오는 바람에 실용화되지 못했다. 종전 이후 이 무기를 조사한 1947년의 미군 보고서에는 이 '전기대공포'는 이론적으로는 실현이 가능하지만, "이 대공포 한 문 운용하는 데 시카고의 절반을 밝힐 수 있는 전력이 필요할 것"이라며 효율성의 부족을 지적하였다.
1950년에는 호주국립대학교 물리학연구소에서 500메가줄 규모의 당시 세계에서 가장 거대한 동극발전기의 설계와 건설을 시작했다. 이 기계는 1962년부터 작동했고, 이후 대형 레일건의 과학적실험의 전력공급에 사용되었다.
1980년대에 미국의 탄도연구소는 레일건의 이론과 실험에 대한 연구를 위한 장기 프로그램을 시작했다. 이 연구는 주로 에버딘 실험구역(Aberdeen Proving Ground)에서 이루어졌으며, 초기 연구의 대부분은 호주국립대학교가 수행했던 상기의 레일건 실험에서 영감을 얻었다. 연구 주제에는 플라즈마 역학, 자기장, 전도성, 전류, 열전달 등이 포함되었다.
미국의 레일건 기술에 대한 군사 연구는 이후 수십 년 동안 지속적으로 이루어졌지만, 자금문제와 정부 기관의 요구에 따라 연구의 방향과 초점은 크게 바뀌었다. 1984년 전략방위구상기구(Strategic Defense Initiative Organization)의 창설로 ICBM을 요격하기 위한 인공위성들의 발사를 위한 장치구축으로 연구목표가 바뀌었다. 이에 따라 미군은 레일건의 초고속 발사에 따른 고중력가속도(HIGH-G)에 견딜 수 있는 소형 유도발사체 개발에 주력했다. 그러나 1985년 국방과학위원회의 주요연구 발표 이후, 미 육군, 해군, 그리고 DARPA는 지상전투차량(장갑차, 전차 등)을 위한 레일건을 개발하도록 배정되었다.
1985년 유고슬라비아 군사기술연구소는 EDO-0이라는 프로젝트 내에서 7kJ의 운동에너지를 가진 레일건을 개발했다.1987년에 0.7 kg의 질량을 가진 발사체를 사용하여 3,000 m/s의 속도를 달성했으며 1.1 kg의 질량을 가진 발사체는 2,400 m/s의 속도에 도달했으며, 그 레일건은 0.7 m길이의 레일을 사용했다.
1990년 미군은 여러 명문 대학교들과 대양하게 협력하여 IAT (Institute for Advanced Technology) 를 설립했다. IAT는 고체 및 하이브리드 아마튜어, 레일 과 아마튜어의 상호작용 및 레일건의 소재와 관련된 연구에 초점을 맞췄다. 이 시설은 미군최초의 연방정부가 지원하는 연구개발센터가 되었고, 중간 구경 발사장치등의 레일건 몇 대를 소장하고 있었다. 이후 텅스텐으로 제작한 2kg의 탄환을 레일건을 통해 9 메가줄의 에너지를 가하여 3 km/s 로 가속시키는 실험을 실행했다.
1993년부터 영국과 미국 정부는 레일건 프로젝트를 던드레넌 무기 시험 연구소와 협력해, 2010년 BAE 시스템즈에서 3.2kg의 발사체를 18.4메가줄(3,390m/s)로 발사하는 실험을 할때까지 협력을 지속했다.
1994년 인도 DRDO(국방연구개발기관)은 3-3.5g 무게의 발사체를 2,000m/s(4,500mph; 7,200km/h; 6,600ft/s) 이상의 속도로 발사할 수 있는 240kJ의 저인덕턴스 캐패시터 뱅크를 개발했다.
2006년 10월에는 미국 Naval Surface Warfare Center Dahlgren Division에서 레일건을 통해 8 메가줄의 에너지로 3.2 kg의 탄환을 3500m/s의 총구속도를 달성하며 발사하였다.
2008년 1월 31일 미 해군은 레일건을 통해 10.64 메가줄의 에너지로 탄환을 발사하여 2520m/s의 속도로 발사하여 목표물에 명중시켰다. 이때 사용된 전원 장치는 축전기와 보상펄스발전기(Compulsator)로, 다른 전력원으로 부터 오랜 시간 충전하여 사용한 것이였다.
2016년에는 미 해군이 세계최초로 기내에서의 레일건 시험발사를 실시하였다. 내부가 넓은 고속수송선인 JHSV USNS Trenton (JHSV-5/T-EPF-5)에서 시행되었고 실제배치는 JHSV에 탑재되진 않는다.
2017년에 미 해군에서 첫 시험 운용을 실행했으나 실제 무기체계에 탑재한건 아니고 단순 시험사격이라 향후 양산 및 배치 까지는 더 많은 기간이 필요할 것으로 보인다. 다시 말해 개념 등장 이후 실제 상용화까지 백 년이 넘는 세월이 필요할 것으로 보인다.
2018년, 중국이 상륙함 Haiyang Shan(海洋山)호에 레일건을 장착한 사진이 유출되었으며. 해상 시험 또한 치러졌다.기사
BAE 시스템스도 발사 시험에 성공했으며 2018년 미군의 줌왈트급 구축함에 실전 배치를 목표로 연구되었으나 2020년이 되어도 실전배치는커녕 구축함에 장착 실험도 하지 못하였다.
미국이 1조 원이 넘는 예산을 들여 10년 이상 추진해온 레일건 개발계획을 중단할 가능성이 커졌다.
2021년 7월 결국 미 해군은 레일건 개발을 포기했다. 줌왈트급 구축함의 레일건 함포대체는 취소되었고, 동시에 HVP 극초음속탄의 개발 또한 취소되었다.
3. 원리
레일건의 원리는 플뢰밍의 왼손법칙과 앙페르의 오른나사 법칙에 기반한다.
앙페르의 오른나사 법칙에 의해 나사의 끝 부분 방향으로 전류가 흐르면 나사의 나사산 방향으로 자력선이 형성되는데, 자계를 형성하더라도 자계의 방향을 한 곳을 상쇄시키지 못하면 강한 힘을 발생시킬 수 없기에, 형성된 자계가 한쪽 방향으로 극단적으로 형성되어 최대한 힘이 발생할수있도록 레일과 발사체의 위치를 ㄷ 자로 만들어 전류를 흘리도록 한다.
포신의 역할을 하는 두 개의 전도성 레일을 나란히 놓고 양쪽에 강한 전압을 건다.[4]그리고 레일 사이에 전도성 탄자를 넣으면 탄자를 통해 전류가 흐르며 회로가 형성된다. 이때 레일에 흐르는 전류가 형성한 자기장은 전류가 흐르는 탄자에 로렌츠 힘을 가하고, 이 힘으로 탄자를 가속하여 빠른 속도로 발사하는 것이 레일건의 기본 원리이다. 탄환에 작용하는 힘의 크기는 전류의 제곱에 비례하기 때문에, 기존의 폭약으로 발사되는 탄환과는 달리 충분히 큰 전류만 공급된다면 탄환에 매우 큰 힘이 작용할 수 있게 된다. 흐르는 전류가 클수록, 레일의 길이(=힘을 가하는 시간)가 길수록. 위력은 비례하여 강해진다.
간단히 말해, 탄자를 레일 사이에 놓으면 회로가 형성되고, 그 회로 안에는 일정한 자기장이 형성되지만, 자기력선은 서로 멀어지려고 하므로, 레일보다 훨씬 가벼운 탄자를 날리는 것이다.[5]
전자기력을 이용해 물체를 움직이는 장치라는 점에서 자기부상열차와 비슷해 보일 수도 있지만, 사실 자기부상열차와는 물체를 움직이기 위해 전자기력을 이용한다는 점만이 비슷할 뿐 작동원리 자체가 완전히 다르다. 오히려 자기부상열차와 비슷한 것은 코일건이다. 코일건이 자기부상열차가 자기장으로 인해 공중에 떠 있듯이 탄자를 자기장으로 공중에 띄워 놓은 상태가 되도록 하는 동시에 코일의 자기장을 이용, 앞으로 빠르게 당기고 순간적으로 꺼서 관성에 의해 날아가도록 하는 거라면, 레일건은 탄자를 포신 내부의 레일에 밀착시켜 둔 상태로 탄자의 뒤와 양옆에서 강한 힘으로 밀어서 발사시키는 것이라 원리도 다르고 내부 구조에서도 상당한 차이를 보이게 된다.
정상적으로 발사된다는 가정하에 사거리는 엄청난데, 미국의 해군에서 개발 중인 대형 레일건의 목표 사정거리는 무려 450km로 출발점과 도착점을 각각 서울 시청 현관, 제주 시청 현관을 기준으로 잡았을 때 나오는 사정거리다.[6] 하지만 지상 기갑전력에 장착하기에는 전력공급장치등의 부피와 무게 문제로 불가능에 가깝다.
4. 실효성
4.1. 장점
- 경제성
레일건을 개발하느니 차라리 초음속 중거리 지대지 미사일 여러 발 날리는 게 좋지 않으냐고 생각할 수도 있지만 어디까지나 현재 상황에서 중거리 미사일이 더 경제적일 뿐이다. 미국이 목표로 하는 레일건 개발 수준에 이르면 이야기가 많이 달라지는데, 토마호크 미사일 1기의 가격은 못해도 60만 달러지만 레일건 탄자는 개발 완료 배치 시 그 가격의 1/10도 안 할 가능성이 높다[7] 물론 레일건 포대의 설치와 유지비도 있지만, 미사일도 VLS니 발사 차량이니 레이더니 하는 고정비용이 드는 것은 마찬가지다. 무엇보다도 타격은 해야 하는데 재래식 화포로는 사거리가 닿지 않고, 미사일을 쏘자니 과잉화력인 표적이라면 레일건이 더 경제적이라는 주장은 타당하다. 사실상 탄두만 쏘기 때문에 매우 경제적인 건 사실이다.
- 높은 위력
레일건은 가성비를 유지할 수 있는 한계점이 높다. 위 링크에 나온 레일건 함포를 포함한 야포류의 지속 화력과 화망 구성 능력은 미사일을 아득히 능가한다. 거기에 전기로 구동하다보니 출력 조절이 자유롭다. 즉 표적과의 거리와 표적의 내구도에 따라서 위력 조절이 가능하다. 애초에 최고 출력으로 쏴서 제거할 목표물은 전차, 요새같은 중장갑 표적이나 최고 사정거리에 있는 목표물 정도니 이보다 내구성이 떨어지고, 더 가까이 있는 목표라면 좀 살살 쏘는 것도 가능하다. 저위력으로 줄여 쏘면 발사에 필요한 충전시간도 크게 줄이고 포에 가하는 부담을 낮추고 전기도 아끼면서 무엇보다 지속전투력(=지속화력)은 크게 키울 수 있다. 현재 미 해군이 목표로 시험하고자 하는 레일건의 발사속도는 분당 10발이다.# 화학식 포탄은 탄두 외에도 포탄 발사에 필요한 장약(혹은 추진제)을 필요로 하기에 자석을 통해 가속되는 레일건에 비하여 보관에 몇 배 이상 더 넓은 면적이 요구된다. 비슷한 위력을 가진 동일한 수의 포탄을 보관할 때 화학식 포탄에 비하여 레일건의 포탄이 여유공간이 많이 생기므로 창고 면적을 줄이거나 그 남는 공간에 더 많은 탄을 채워 지속전투력을 키우거나[8] 혹은 발사 가능한 범위 내에서 더 육중하고 커다란 탄에 투자하여 화력 증강을 꾀하는 것도 가능하다.[9] 레일건은 아직 문제가 많기는 하나 미래에는 화약식 화포에 비해 더 강하고 지속적인 화력을 제공할 것이라 기대된다.
- 약점을 최소화할 수 있음
가장 좋은 점은 함대함 전투에서 맞으면 치명적인 부분이 획기적으로 줄어든다는 것이다. 군함의 발달사, 특히 전함의 발달사에서 장갑재는 중요하며 해전 양상이 초창기 측면 장갑을 중시한 1차 대전형 근중거리 난타전에서 드레드노트로 대변되는 거함거포의 장거리 일격필살이 되면서 대낙각탄에 대한 방어를 위하여 갑판 장갑을 지나치게 증가시켰는데, 이로 인한 하중 증가는 엔진 출력에도 지대한 영향을 끼치며 당연히 들어가는 장갑재의 가격을 생각하면 국가전략 무기인 전함에 들어가는 재정적인 요소도 어마어마했다. 그로 인해 일명 'All or Nothing' 개념이 등장한다. 이는 맞으면 안 되는 기관, 포탑, 탄약고, 연료탱크 등을 모조리 함 중앙으로 몰아서 그 부분에 집중적인 장갑을 갖추고, 박살나도 당장은 전투와 생존에 지장이 없는 승조원 거주구역이나 식당, 식량창고 같은 부분에는 가장 기본적인 장갑만 두르는 방식이다. 그러나 항공모함의 등장으로 말도 안되는 거리를 이동하여 비교적 정확하게 떨어지는 항공폭탄과 어뢰에 의해서 전함의 시대는 종말을 맞이하였고 버튼 하나 누르면 목표까지 알아서 날아가는 대함미사일의 등장으로 관에 못질까지 당했다.
허나 레일건은 원리상 당연히 장약이 없이도 전력만 공급된다면 탄환의 발사가 가능하기에, 장약의 사용 여부를 상황에 따라 선택할 수 있고(순수히 전력만으로 쏠 수도 있고, 구조에 따라선 전력과 장약을 병용할 수도 있다.), 따라서 레일건을 함포로 도입하게 된다면 탄약고의 용적을 필요 최소한으로 제한할 수 있기 때문에 군함의 바이탈 파트를 줄이는 데에도 기여할 수 있다. 주포탑 탄약고의 유폭 가능성을 최소화할 수 있으므로 바이탈 파트가 크게 줄게 되는 것이다. 그러나 이 문제는 반대로 말하면 장약에 의존하지 않게 되는 대신 막대한 전력 소모를 감당하기 위해 핵분열 반응로를 탑재하거나, 발전기 구동을 위해 기름을 퍼넣어야 한다는 문제가 생긴다. 전자라면 애먼 곳에 피탄되기라도 하면 원자력 사고를 각오해야 한다는 의미고, 후자는 보급의 부담이 커지게 된다. 물론 영화에서처럼 다짜고짜 대폭발을 일으키거나 하지는 않는다 쳐도, 항상 바다 위에서 작전을 하는 군함의 특성상 방사능 누출이 발생할 경우 후속 대응도 어렵고 오염의 전파도 빠를 것이다. 이 문제점은 원자력 잠수함과도 일맥 상통하는 부분. 이러한 문제를 회피하기 위해서 내연기관을 사용하는 군함에서도 레일건을 사용할 수 있도록 하는 방향으로 연구가 진행되고 있다.
또한 레일건은 탄두만 있어도 발사가 가능하기 때문에 기존 탄두 및 장약보다 훨씬 더 작고 간단하게 만들 수 있다는 장점이 생긴다. 굳이 탄피, 장약, 기타등등을 만들 필요가 없을 뿐더러 탄두만 있으면 폭탄이나 기타 요소외 탄약으로 인한 유폭이 완전히 사라진다. 작은 탄두로 인해 더 많은 탄두를 실을 수 있다는건 덤.
- 위치 노출 억제
미국 해군 델그랜 연구소에 의하면 기존 화포와 레일건을 동일한 에너지로 시뮬레이션할 경우 발사 섬광량은 1/1000, 발사시 폭음은 1/10수준으로 교전 시 위치 노출 억제에 유리하다고 한다.[10] 레일건은 일부 탄속과 사정거리 희생을 감수하더라도 필요할 때 출력 규모를 줄여 쏠 수 있는데, 이 방식은 최대 출력으로 발사할 때보다 더 낮은 폭음과 섬광 발생이 가능하다.
- 매우 빠른 탄속
레일건 발사체의 탄속은 웬만한 미사일은 물론이고 기존 화약식 무기체계를 아득히 능가하는 수준으로 매우 빠르다. 당연히 레이저보단 느리지만, 전성비와 사거리, 파괴력 면에선 레이저보다 낫고 어지간한 거리에선 적이 탄을 막을 엄두조차 못 내며, 막는 것이 가능하다 해도 가성비가 안 맞는다. 상대에게 일방적인 손실을 강요하는 것이다.
이 때문에 어딜 맞든 일격에 관통/파괴할 수 있는 레일건이 완벽하게 도입되면 전차의 장갑이 무용해져 장갑차 수준으로 회귀하게 될 것이라는 예상도 있다. 하지만 어뢰정의 도입 사례를 보면 알 수 있듯이 재래식 무장을 탑재한 기존 전차로도 파괴할 수 있는 차량이라면 굳이 레일건으로 상대할 필요가 없기에 화약무기가 아예 실전되지 않는 한 전차의 장갑은 유지될 가능성이 높다.
이것 때문에, 기존의 함포가 발달해 더 강력한 파괴력을 자랑하게 되어도 웬만하면 레일건이나 그 기존 함포에 적용한 기술을 적용한 레일건이 쓰일 것이다.[11] 엄청나게 빠른 탄속은 명중률에도 큰 기여를 한다. 탄자의 비행시간/체공시간이 길수록 바람(주로 측풍)과 기상상황 등에 영향을 많이 받아서 (변수가 완전히 통제되고, 전제조건이 최적화된) 이론 상의 탄도와 실제 탄착지점 간의 오차가 커진다. 그러나 탄속이 빠르면 표적을 타격하기까지 짧은 시간을 체공하므로 그러한 영향을 상대적으로 덜 받아 명중률이 더 높아진다.
- 탄미 예광제가 필요 없음
기존 직사 포탄은 탄도를 시각적으로 확인하여 차탄 탄도를 보정하기 위해 예광제가 거의 필수적으로 들어간다. 하지만 레일건에서 쏘아진 탄은 탄두 후미부에 강력한 플라즈마 불꽃이 발생하기 때문에 예광제가 없어도 궤적이 훤히 보인다.
- 자유로운 전력 활용
분명 레일건을 구동하려면 큰 발전기, 극단적으론 위에서 말했듯 '원자력 발전기'라도 탑재해야만 한다. 하지만 알아두어야 할 것은 반드시 레일건 충전 100을 하기 위해 발전기도 똑같이 100의 출력이 꼭 나올 필요가 없다. 절반 또는 그 이하라도 문제가 없을 수도 있다. 이유는 전기는 저장이 어렵지만 불가능한 게 아니라서 어디에 저장해 두었다가 쓰면 될 일이다. 그러다 남은 전력은 다른 곳에 분배하여 이용할 수 있다. 최초로 군함에서 전기를 사용할 때 전력으로 함내 전등 밝힐 수 있는 정도의 역할 말고는 딱히 전력 수요는 없었지만 날이 갈수록 함내 전력 수요는 늘고있다. 레일건을 빼더라도 컴퓨터, 레이더, 소나, 냉-난방기 등 전력 수요는 넘친다.
정리하자면 '재래식' 무장에 비해서는 탄속은 더 빠르고[12], 추진을 위한 폭발이 없으니 기존 무기 체계에서 필수였던 내폭 강도와 밀폐성의 확보를 우선하지 않아도 되며 전력 공급만 안정하다면 포탄으로 쏠 것들을 더 많이 싣고 다닐 수 있다는 이야기이다.
4.2. 가능성
미 해군은 2015년 기존 대포보다 10배 빠른 사출속도를 가진 레일건을 개발 완료하였다. 이 레일건은 최대 사거리가 350㎞에 달하며 유효 사거리도 200㎞이다.레일건이 함포로서 도입되면 함재기의 작전반경에 필적하는 사정거리를 보장하며, 매우 신속한 타격이 가능해진다. 레일건 탄자는 극초음속으로 날아가기에 전투기보다 빠르다. 최대 사거리에서는 포구 초속에 비해서 속도가 떨어지므로 CIWS로 격추를 시도할 수 있지만, 이것은 레일건이 탄자의 속도를 더 올리는 것으로 상대하면 된다. 탄자의 속도를 올리는 것은 전력 공급과 포신의 내구도 문제 때문에 발목이 잡히기는 하지만, 어쨌든 전투기 정도는 가볍게 능가할 수 있는 속도를 낼 수 있으리라고 예상된다. 애초에 CIWS란 것도 피해를 줄여보자는 컨셉이지 피해를 아예 막아주는 컨셉이 아니다.
적측 함대에서 요격을 시도하는 것도 힘들다. 전투기라면 격추시키거나 쫓아버릴 수 있고, 미사일의 경우에도 뇌관을 무력화하거나 폭약을 유폭시키는 방식으로 요격할 수 있다. 그런데 레일건 탄자는 그냥 단순한 덩어리이므로 그러한 방식이 통용되지 않는다. 물리력을 충돌시켜 탄자를 쪼개거나, 비껴치면서 진행 경로를 틀어버리는 방법밖에 없다. 하지만 레일건 탄자는 매우 빠르고 크기가 작기 때문에 그것이 힘들다. 레일건도 대포 개념인 만큼 미사일과 달리 수십 발, 수백 발에 달하는 탄막을 구성하는 것이 가능한데, 이렇게 만들어진 화망을 요격한다는 것은 어렵다. 국지전이라면 몰라도 전면전에서는 레일건 포탄을 요격할 바에야 차라리 다른 방식을 찾는 것이 낫다.
원자력과 조합할 경우 레일건의 가속력이나 최대 사거리를 더욱 늘리는 것이 가능해진다. 그래서 원자력을 사용해서 위의 다양한 이점을 더욱 극대화시키자는 주장도 있다. 원자력 항모의 등장으로 함재기의 탑재 수와 항모전단의 작전 기간이 크게 늘어났듯, 레일건을 탑재한 원자력 군함은 포격 위주의 전함을 다시 현대전의 주역으로 만들지도 모른다.
실제로 레일건의 개발이 순조롭게 진행된다면 전함이 다시 부활할 수도 있다. 전함이 도태된 이유는 함포의 짧은 사정거리 때문인데, 레일건을 탑재하면 이 문제를 바로 해결할 수 있다. 게다가 레일건은 근본적으로 대포이기 때문에 미사일에 비할 수 없을 만큼 지속적인 화력전이 가능하다. 장거리에서 강력한 화망을 구축할 수 있는 것으로, 이렇게 되면 전함을 효과적으로 운용할 수 있다.
전함이라는 것은 사정거리가 길어지는 만큼 아군의 생존성을 높일 수 있으므로, 전함에 탑재할 레일건은 더더욱 장사정 레일건으로 진화할 것이다. 그럴수록 레일건의 전력 소모량은 기하급수적으로 늘어나게 되는데, 이를 감당하려면 위에 언급했던 것처럼 원자로 급의 초고용량 발전기가 필요하다. 이렇게 커져버린 발전 설비를 감당하려면 초대형 선박이 요구되는데, 초대형 선박은 스텔스 기능에 한계가 있으니 장갑을 덕지덕지 두껍게 바르게 된다. 선박 종류 중에서 장갑을 튼튼하게 할수록 이로운 것은 전함 뿐이므로, 이것 또한 레일건과 전함의 궁합이 좋은 이유다. 레일건 탑재가 가능한 덩치 + 초고용량 발전 설비를 갖추려고 커진 덩치 + 장갑을 덕지덕지 발라서 더더욱 커진 덩치로 인해, 과거 거함거포 시절처럼 대단히 크고 아름다운 전함이 등장할 수도 있다.
정찰 위성의 발달과 대함 탄도미사일 및 극초음속 미사일 등의 개발 등을 감안하면 미사일 한 발에 격침될 대형함을 만드는 것은 모험적으로 보일 수도 있는데 항공모함도 그 점은 마찬가지지만 다수의 경항모, 혹은 해안 기지와 공중급유기로 대체되지 않고 21세기가 되어서도 끊임없이 신규 함선이 건조되고 있다. 정규 항공모함의 역할은 다른 함선으로 대체가 불가능하기 때문이다. 항공기의 작전 반경만큼 화력 투사가 가능한 전함을 만든다면 항공모함처럼 방공 선단의 보호를 받는 것은 물론이고 자체 이지스 시스템을 갖추고 CIWS로 함 전체를 도배하다시피 할 것이다. 대형함이라면 이정도 공간은 충분히 나온다. 전함은 갑판 위에서 항공기를 운용하지 않으므로 방어 설비 또한 훨씬 충실하게 갖출 수 있기에 항공모함보다 더 적은 호위로도 작전이 가능할 것이다.
레일건의 성능을 적당한 정도로 타협한다면 소형 함정에도 설치할 수 있으나, 그렇게 소형함에 설치된 레일건은 대단한 성과를 기대하기가 어렵다. 애초에 기본적인 작동 원리로 인해 레일건의 막대한 전력 소모량만큼은 어쩔 도리가 없다. 따라서 전력 소모량을 충당할 수 있는 고용량 발전기 및 그러한 발전 설비를 갖출 수 있는 대형함이 필요하다는 논리이며, 고성능 레일건은 곧 대형함이라는 결론이 나오는 것이다. 이와 같이 전함에 레일건을 탑재할 경우의 장점을 따져보는 것은 상당한 매력을 지닌 일이다. 레일건의 성능을 어디까지 끌어올릴지는 국가가 심사숙고하는 과제가 될 것이다.
하지만 역설적으로, 레일건을 장착하는 전함은 2차 세계대전 당시의 전함처럼 강력한 포와 대응방어가 가능한 장갑을 갖춘 함선과는 거리가 멀어질 가능성이 높다. 현대 해전에서는 더 이상 함선에 중장갑을 두르는 게 아니라 피격 후의 데미지 컨트롤에 치중하고 있는데 레일건이 실용화되는 시점에서 굳이 함선에 덕지덕지 장갑을 바를 이유가 없기 때문이다. 또한 레일건의 실용화 자체가 아직 갈 길이 먼 데다가, 진지하게 레일건 탑재를 위한 전함을 고려하고 있는 나라는 단 하나도 없다. 게다가 전함이 도태된 이유에 막대한 유지비용이 있다는 걸 감안하면 이제와서 레일건 운용만을 바라보고 전함을 되살릴 가치가 있는지는 좀 생각해 볼 문제다.
덧붙여 아직까지는 레일건이 전함의 주포급의 위력을 내기에는 갈 길이 좀 먼 상황인데, 일례로 현재의 레일건은 64MJ의 위력을 가지고 있는 반면 아이오와급의 16인치 주포는 292MJ 가량의 위력을 지니고 있어 4배가 넘는 수준의 차이가 나버리는 상황이기 때문이다. 다만 과거 거함거포주의 시대의 전함들이 장비하고 있던 구경 40cm 이상의 대구경 주포는 지금에 와서는 이미 로스트 테크놀러지가 되어서 관련 기술들이 소실된 상황이다. 물론 설계도가 남아 있고 철강기술 자체는 더 발달했으니 다시 복원은 할 수 있지만, 화약식 화포의 한계상 위력 향상을 기대하기 어렵고 사정거리의 제약도 너무 심해서 이미 현대전에서는 필요 없다고 판단되어 도태된 기술인 만큼 굳이 복원할 필요 자체가 없고 이에 대한 대안으로서 레일건의 개발이 진행되고 있는 상황이다. 무엇보다도 현재의 레일건의 위력은 이제야 걸음마를 뗀 프로토타입 단계에서의 위력에 불과한지라, 앞으로 기술이 발전되고 개량이 진행된다면 화약식 화포와는 달리 위력 향상도 충분히 기대할 수 있다.
또한 레일건은 잠재적으로는 과거 거함거포주의 시대의 대구경 주포들은 가지지 못한 장점을 하나 기대할 수 있기도 한데, 바로 당시의 대구경 주포들에 비해서 좀 더 작은 구경으로도 충분히 강력한 위력과 긴 사정거리를 달성할 수 있다는 점이다. 물론 상기했듯 과거 거함거포주의 시대의 대구경 주포들에 비견될 만한 성능을 지니는 장사정 레일건을 만들어 단다면 함선 자체의 대형화는 피하기 어려운 것이 사실이기는 하다. 또한 함포 사격을 통한 상륙전 지원 등의 용도까지 고려한다면, 대지 포격 시에 함포가 충분한 위력을 발휘하기 위해서는 어느 정도 대구경인 편이 유리하니만큼 무조건적으로 소구경화에만 집착할 수는 없는 노릇이기도 하다.[13] 허나 그럼에도 불구하고, 구경이 조금 작더라도 충분한 성능을 기대할 수 있어 소구경과 고위력을 동시에 달성하기 용이하다는 특징은 레일건이 과거 거함거포주의 시대의 대구경 주포들에 비해 우월할 수 있는 하나의 이유가 되기 충분하다.
그리고 해안포로 활용을 하면 기존 해안포보다 활용폭이 더 넒어진다. 레일건의 장점인 초장거리 사격은 방어용으로도 유용하고, 해안포의 장점인 탄환 공급을 통한 지속적인 포격도 보장이 된다. 그리고 가장 큰 걸림돌인 전력 문제도 지상에서 끌어다 쓰거나 아예 자체적인 발전시설을 만들면 간단히 해결이 된다.
여태까지 보던 거함거포주의 사상을 뒤집어서 미래에 개인화기 수준으로 소형화가 가능하다면 물리탄자를 쓰는 소화기의 정점을 찍을 수 있다. 애초에 레일건 자체가 동력원의 소형화가 매우 까다롭다는 문제가 있다고는 하지만 그 문제를 극복할 수만 있다면 레일건이라는 무기의 특성상, 총 자체는 움직이는 부품이 필요가 없다. AK시리즈에서 돋보이듯이 움직이는 부품이 적을수록 내구도와 신뢰도는 늘어난다. 회로가 복잡한 코일건에 반해 무지막지한 단순성으로 미친 듯한 단가 감소는 덤. 그리고 총열이 길수록 좋은 특성상 불펍형식으로 만들어질 테고 이 때 또다른 장점이 드러나는데, 후퇴하는 노리쇠 따위는 없기 때문에 탄창을 어깨에 딱 붙여도 문제의 요소가 없다.[14] 재래식 불펍화기의 고질병인 무거운 방아쇠압도 어차피 전자식인 레일건으로선 문제가 되지 않는다.
또한 화약의 폭발력 대신 전자기력으로 추진되는 화약과 탄피가 필요 없다는 특성상 총알의 무게와 크기가 획기적으로 작아질 것이기에 장탄수 역시 수십 배로 늘어날 것이다. 탄창과 탄두의 형상 설계에도 자유도가 늘어난다는 점은 보너스. 게다가 재래식 휴대화기의 가스압 추진은 발화시에 가스압(순간반동)이 제일 크고, 총구를 빠져나갈 땐 많이 줄어드는데, 레일건은 레일의 어디에 위치해 있든 간 일정한 힘을 가하므로 반동 제어가 더 쉽다. 게다가 총구로 빠져나가는 가스압도 조금 반동에 더하는데 이마저도 없으니 총의 반동도 더 적다. 총알에 회전을 넣는 게 힘들긴 하겠지만 이미 강선 없는 산탄총에서 회전을 주는 라이플 슬러그도 존재하는 만큼 가능성은 절대 낮지 않다. 흔히 매체에서 보던 한방 화력을 중시한 저격용 레일건이 아닌, 위력과 실용성의 타협을 보면 또 어떤 장점이 나올지도 모르는 일.
소음 면에서도 기존 총기에 비해 메리트가 강한데, 총기 소음의 대부분을 차지하는 화약의 폭발로 인한 연소가스의 팽창에서 오는 격발음이 사라진다는 점 역시 장점이다. 물론 레일건도 총기이며, 압도적인 가속력으로 탄속이 기본적으로 재래식 화기 이상인 특성상 초음속탄은 소닉붐 현상으로 인해 소음을 제거할 순 없겠지만, 출력을 낮춰서 탄속을 아음속으로 발사한다면 아음속탄을 발사하는 소음기 총기 이하 수준의, 거의 무음총 수준의 발사가 가능할 것이다. 출력 조절 기능만 넣으면 하나의 총으로 이 두 가지 발사 방식을 다 쓸 수도 있다.[15]
4.3. 단점
- 강한 반동
실탄 화기는 위력이 클수록 반동도 심해지며, 레일건도 예외가 아니다. 레일건의 포탄으로 사용될 발사체의 포구초속이 2km/s (음속의 약 6배)라고 하고, 그 발사체의 무게가 30g(BB탄의 150배 무게)이며 포신 길이가 1미터 정도 되어 포신에 10^-3초 정도 머무른다고 가정하자. 총알은 60kJ의 에너지를 가지고 그 순간 가해지는 충격력은 약 60MN이 된다. 이를 개인화기의 위력이라 생각하면 이를 다룰 보병의 어깨는 개머리판이 쿠션이라도 망가져 버릴 것이다. 다만 5.56mm탄자의 무게가 약 4g이라는 점을 생각하면 위에서 예시로 든 레일건은 애초에 개인화기로 사용하기에는 적합하지 않다. 중기관총이나 대물저격소총에 사용되는 .50 BMG와 비교하는 것이 보다 적절한데, 탄종에 따라 다르지만 탄자 질량이 40g이상에다 1.5만~2만J의 운동에너지를 갖는다.
이러한 반동 문제를 해결하기 위해 발사체의 질량을 극도로 줄인다면 단순히 소형화나 위력의 희생을 통한 방식을 이용하는 것에 비해서 반동 문제를 보다 쉽게 해결할 수 있다. 탄환의 위력은 운동에너지(1/2*mv^2)에서 나오지만, 반동은 운동량(mv)에서 나오기 때문에 발사체 질량을 줄이고 속도를 올리면 반동은 줄이면서 위력은 유지할 수가 있다. 이렇게 하면 탄환 자체는 저반동으로 사출해도 사출된 탄환은 장갑판이나 부드러운 목표(보통 인체 등)를 관통하여 치명적인 피해를 주기에는 충분하다. 실제로 미군은 이미 이와 같은 구상을 실험한 적이 있었다고 하는데, 0.1g짜리 6mm 구경 탄환을 16,000m/sec(음속의 44배)라는 엄청난 속도로 사출하면서도 반동은 1.6kg*m/s(소구경 권총탄의 반동 수준) 밖에 안 되는 수준으로 억제할 수 있었다 한다. 그러나 이렇게 반동을 줄이기 위해 질량을 줄이다보면 실용적 의미에서 레일건을 개발할 이유가 희미해지게 된다. 질량이 작으면 작을수록 질량이 부족하기에 위력도 희생이 필요하며, 공기저항에 의한 영향도 극대화되고, 사정거리가 떨어지며 탄도가 크게 바뀌거나 목표에 착탄하자마자 바로 기화되어 버려[16] 군함이나 전차의 두꺼운 장갑을 충분하게 관통할 수 없게 될 수 있기 때문에 실용성은 낮아진다. 즉 레일건 고유의 장점을 최대한으로 살리기 위해서는 위력의 확보를 위해 포구초속과 반동, 질량을 높게 잡아야 하며, 이는 레일건이 강한 반동으로부터 자유로워지기 어려움을 의미한다. 따라서 딱 필요한 만큼만의 위력이 나오도록 조종할 필요가 있다.[17]
- 공기저항으로 인한 명중률 감소
공기 저항은 속도의 제곱에 비례하기에 속도가 증가할수록 공기 저항도 급속도로 증가한다. 여기서 상술한 이유로 반동을 줄이기 위해 질량마저 감소하면 공기 저항이 속도에 미치는 영향이 대단하여 바람에 날린다. 흔히 생각하는 것보다 대기 흐름은 극초음속으로 날아다니는 추진체의 탄도를 뒤틀어버릴 만큼 강하다. 지구에 허공은 없으므로 이런 난제들의 극복을 위해선 열, 마찰, 기압, 습도, 지구곡률, 중력까지 하나하나 빠트리지 않고 고려해야 한다. 애초에 물리법칙이 극도로 빠른 운동만으로 파괴적인 결과를 불러일으키는 물체의 구현을 쉽게 허용할 만큼 만만했다면, 생태계는 수많은 운석 충돌의 결과를 버티지 못했을 것이다.
- 발사체 유도 문제
실제 레일건을 발사하여 표적에 명중시키기 위해서는 이를 조준하고 유도하는 패키지가 필요하다. 레일건의 탄속이 매우 빠르고, 사거리도 매우 긴 만큼 이러한 유도/조준 패키지를 개발하는 것은 상당한 난이도가 있다. 물론 알려진 최고성능인 사거리 450km를 굳이 뽑아낼 필요가 없다면 단점이 아니다. 전차포 사거리가 2km 밖에 안하기 때문이며, 자주곡사포로 넘어가면 100km를 넘어갈 시 아예 포탄에 유도장치를 달아야만 한다. 하지만 후술할 강한 전자기장 문제 때문에 레일건 포탄에 유도장치를 다는 것은 많은 연구가 필요할 것이다.
- 반발력
양쪽에 설치된 레일에는 서로 반대 방향의 전류가 흐르기 때문에 서로 척력이 생긴다. 전류가 작다면 무시할 만한 수준이겠으나, 레일건이 사용하는 전류는 어마어마하므로 그 힘은 상당하다. 개발 초기에는 이로 인해 레일건이 고작 1회 발사 후에 반발력을 견디지 못하고 파손되는 경우도 있었다.
- 무지막지한 전력 소모
탄두의 무게가 커질수록 대용량의 전력을 소모한다. 근래의 실험 결과에 따르면 ICBM을 파괴할 정도의 위력을 가지는 레일건을 만드는 경우 자그마치 12V의 자동차 배터리 14,000개 분량의 전력이 필요하다고 한다. 이만큼의 전력을 반복 생산하기 위한 순간 전력 장치를 만들려면 천억 원에 달하는 비용이 필요하다.#
레일건은 그 구조상 엄청난 전력을 요구한다. 20세기 레일건이 고안될 당시의 발전능력으로는 턱없이 부족했고, 현대에 와서도 레일건의 어마어마한 전력 소모를 감당하기 위해서는 초고용량의 발전능력이 필요하다. 이는 원자력 발전의 상용화 이후 원자력 잠수함, 원자력 항공모함 등의 등장으로 원자력 엔진의 탑재가 실현 가능하게 되면서 문제는 부분적으로 해결되었는데, 이러한 원자력 엔진을 가진 군함에 레일건을 장착하게 되면, 원자력 엔진의 매우 높은 발전능력을 레일건 충전 및 발사에 활용할 수 있기 때문이다. 하지만 반대로 이는 지상 차량은 물론이고 군함마저도 원자력 엔진정도의 발전능력이 없다면 레일건 배치가 힘들다는 것을 의미한다.
또한 전략 폭격으로 난장판이 될 전시상황에 이러한 발전설비가 없으면 못 쏜다는 것은 매우 치명적인 일이다. EMP 차폐야 가능하겠지만, 그것 역시 발전 시설 비용에 포함해야 한다. 또한 이런 전력 소모 때문에, 레일건을 무작정 대형화하는 것은 구조물의 강도를 전혀 고려하지 않아도 몹시 비효율적인 일이 된다.
이러한 전력 소모량의 문제는 반동 문제와 더불어 레일건을 보병용 화기로서 쓰기 어렵게 만드는 중요한 문제점이기도 하다. 함포로서는 시도해 볼만한 무기이지만 그보다 작은 플랫폼에서는 플랫폼 자체보다 포가 더 커지게 된다.[18] 게다가 함선들 또한 최신예 함선들은 전력 소모량이 급격하게 늘어나는 추세라 주포에만 막대한 에너지를 쓰려면 그만큼 레이더나 추진장치 등 다른 체계에 들어가는 전력을 줄여야 할 가능성이 있는데, 이는 큰 전투력 상실로 이어질 수 있다. 게다가 현재로써는 전력 공급원의 문제로 이렇다 할 대형함조차 레일건 탑재 자체가 불가능하다.
가뜩이나 현대 전력기술은 이렇다 할 배터리나 차세대 에너지원이 전혀 없는 상황이라 레일건의 개발은 매우 힘들 수밖에 없으며 기존 원자로를 사용해서 쓰자니, 방사능 문제가 있을 수 있고 초대형함만 사용할 여지가 생긴다.
만약 후일에 핵융합 발전 기술을 확립하게 된다면 거의 무한대의 에너지를 사용할 수 있으므로 이것 또한 하나의 해결방안이 될 수 있다.
- 가늘고 긴 포신, 그리고 관련설비
레일건은 가늘고 긴 포신에 전자기장을 만들어 탄자를 가속시킨다. 당연히 물체를 충분히 빠른 속도로 가속시키려면 포신의 길이가 길 필요가 있다. 물론 위력과 사정거리를 적당히 타협한다면 무조건 포신을 길게 만들 필요는 사실 별로 없겠으나, 그래도 현대의 많은 화약식 화기의 포신과 마찬가지로 그럭저럭 적당한 수준의 길이는 유지되어야 할 것이며, 지금까지 나온 것들은 죄다 통짜 쇠만 쓰기 때문에 몹시 무겁고 다루기 힘들다.
그리고 기존 '화약식 포'는 구동을 위해 필요한 건 포탄, 장약, 포신만 있는 최소한의 구조지만 레일건은 포탄, 포신, 발전기, 변압기, 전선, 컨트롤러 등등 기존의 화약식 포보다 필수구성요소가 많고 복잡하다.
- 포신과 그 내부의 레일의 부하
레일건은 그 원리상 포신의 내부에 탑재된 레일에 탄환을 밀착시키고 더불어 전기가 흐를 수 있도록 해야 하므로 그 소모가 더욱 빠르기 쉽기도 하다. 충격 때문에 금이 가서 가루가 나고 열 때문에 휘어 녹아내리며 전기 때문에 기화되어 날아간다. 양 레일과 연결되어 추진체를 밀어주는 아마튜어(armature)와 레일 간의 아크(전기 방전)와, 그 아크로 인해 발생하는 전기자와 레일 그리고 내부 잔존 공기의 플라즈마화로 인해 불꽃이 발생하며 이 역시 포신과 그 내부의 레일의 소모를 촉진시키기도 하므로 여러모로 소모가 빠르게 되기 쉬운 편이다. 이로 인해 운용하다 보면 포신이 마찰과 전기저항으로 인한 고열 등 여러 이유로 서서히 닳아 부서지므로 결국 포신을 소모성 부품으로서 간주해야 할 필요가 있게 된다. 이런 점에서는 레일건도 역시 현대의 화약식 화기와 동일한 문제를 갖고 있는 것으로, 모든 실탄 화기의 숙명으로부터 레일건도 자유로울 수는 없다는 이야기이다.
물론, 현대의 화약식 화기는 상당수가 포신의 소모에 대해서 유지 보수 과정에서의 주기적인 교체 작업을 통해 문제를 보완하고 있으므로, 레일건의 경우에도 같은 방식으로 문제를 얼마든지 보완할 수 있으며 따라서 생각보다는 그리 심각한 문제점은 아니라 할 수 있을 것이다.[19] 다만 운용상의 불편함이 다소 생기며 운용비용이 올라갈 뿐이다.
또한 전기를 흘리게 되면 초전도체가 아닌 한 줄의 법칙에 기반해, 전류가 크면 클수록 레일건의 위력은 증가하지만 반대로 레일이 위력과 비례하는 큰 전류로 인해 필연적으로 초고열이 발생하며, 어느 물질이건 간에 자체적으로 가지고 있는 고유저항에 의해 전류가 높을수록 열에너지 손실도 커진다. 이 열에너지는 총열 자체를 빠르게 가열시키며, 이로 인해 레일건을 발사할 때 포신이 열팽창 하여 형상이 변화하거나 녹아내릴수있다. 포신이 고열에 의해 손상을 입으면 위력 저하, 명중률 저하, 지속 사격능력 저하, 안정성 저하, 동작 불능등의 심각한 문제가 발생하고, 또한 적군이 초고열을 적외선 감지로 발견하여 추적당할 수 있다. 그러므로 레일건을 실용화하려면 일반적인 구리 도선이 아닌 자체 저항이 낮은 소재를 사용하거나 이렇게 발생한 열을 식힐 수 있는 고성능 냉각 시스템을 구비해 이러한 현상을 최소한으로 억제할 필요가 있다. 또한 이와 동시에 탄환이나 포신의 손상을 억제하기 위해 특수재질을 쓰거나 새로운 공법을 적용한다면 같은 조건 하에 재래식 화기보다 생산성이 떨어질 수 있다.
이러한 저항으로 인한 초고열 발생과 전력효율 문제를 완전히 제어하기 위한 소재 대책중 하나로서 초전도체의 사용이 있다. 초전도체란 초전도현상(전류 저항 0)과 마이스너 현상(반자성)가 일어나는 물질들을 의미한다. 임계온도(영하240도)까지 온도를 낮추면 도체가 저항을 상실하게 되는 초전도체 상태가 되지만, 임계온도를 유지시키는 기술은 상용화시키기에는 아무리 냉각장치를 갖추어도 현재 기술로는 불가능에 가깝기 때문에 임계온도를 활용하여 전도저항을 없앤 레일건을 만드는 것은 현재로서는 현실성이 없다. 하지만 만약 미래에 공기 노출되어도 정상 작동하는 상온 초전도체와 같은 물질이 개발되어 레일건 기술에 응용된다면 레일건의 크기와 무게 및 유지비용을 크게 줄일 수 있게 될 것이다. 실제로 2015년에 미 해군이 amsc사로부터 '함선방어시스템장비'로서 고온초전도체를 구입한 사례가 있다. 이는 줌왈트급 구축함에 장착하기 위한 고온 초전도 전동기를 위한 것으로 추측되며, 꼭 레일건에 사용하지 않더라도 전기저항을 최소한으로 억제하는 초전도 전동기는 에너지 효율이 매우 높고, 우수하며, 작동 가속력이 줄고, 소음의 감소와 기계의 체적 소형화 등의 이점이 있다. 이처럼 초전도체는 전력과 레일건의 개발에 깊은 관련성이 있다.
대형화의 한계점
앞서 서술한 막대한 에너지 요구량과 마찰과 발열로 인한 포신의 극심한 소모로 인해 일정수준 이상의 대형화는 기술적으로는 가능하게 되더라도 효율성 측면에서는 한계를 맞이하게 된다. 만약 대구경 전자기 가속 병기를 설계하고자 한다면, 전력 요구량은 더 많으나, 총열 마모 문제가 덜한 코일건쪽으로 설계할 확률이 더 높다. 현대 무기로 비유를 하자면, 동력 공급이 동일하다는 가정 하에 중기관총이나 20-30미리 급의 기관포의 역할은 레일건이, 전차 주포에서 함선급의 대구경 탄 가속의 경우 코일건이 이론적으로는 적절하다.[20]
그러나 이 예시가 현대전에 적용된다는 것은 절대 아니다. 동력 공급이 상대적으로 수월한 수상함의 경우 혹은 근미래 우주전과 같이 탄속이 절대적으로 중요한 경우에 한에 사용의 여지가 있을 것이며, 이 논리로만 따지면 실물 제작따위 된 적도 없는 군용 코일건 대비 기술시제로 각국에서 실물은 진지하게 연구하던 레일건이 더 효용성이 있다.
- 반대로 축소의 한계점
현대 기술로는 쓸데없이 값비싸고 가격에 비해 효용도 없을 것이므로 보병화기로 쓸 수 없다. 화력지원도 현용 재래식 무장들은 아직 쓸만하므로 필요성은 적다. 레일건은 구조적으로 기존 소구경 화기를 대체하는데 효과적인 건 사실이지만, 그것은 전자기를 사용하는 무기 내에서 가장 소형화에 적합하다는 것이지 현용 재래식 화약무기를 대체하기에는 아직 한참 부족하다.
무엇보다 아직도 화약과 폭약에 많은 투자가 이루어지며 유의미한 성능 개량이 되어가고 있는지라 화약무기의 잠재력이 아직 끝나지 않은 상태이고, 새로운 개념의 무장도 광학병기나 입자병기처럼 다른 종류 역시 개발되는 중이라는 사실을 상기하자.[21] 레일건은 단지 그 수많은 무기들 중에 눈에 띄는 몇가지에 포함될 뿐이다.
무엇보다 레일건이 지금까지 거론되는 이유는 지출 감소 면에서인데, 이런 식으로 새로운 도전을 하게 된다면 드러날 문제들이 많아지고 지출 감소는 물 건너갈 것이다. 개인화기에서 화약을 제거한다면 이런 가우스 계통보다는 차라리 광학계통 무기가 더 나을 수도 있다. 맞다. 레이저 말하는 거다.
- 막대한 초기비용
개발에 드는 돈을 제외하더라도, 발전기나 포대를 생산하고 포탄을 공급하는 데 많은 돈이 들어 실사용에 지장이 생기기 때문에 아래에 언급될 극초음속탄을 비롯해 기존에 쓰였던 다른 여러 고전적인 무기 체계를 잘 고쳐서 쓰는 게 여러모로 경제적이고 관리도 쉽다고 판단되며 투자비가 점차 줄고 있다.
- (현 시점에서) 연동성의 부족
일단 발사된 탄에 다른 기능[22]을 넣을 수 없고, 따로 조종할 수 없으며, 기존의 느린 포탄을 다루는 수준으로는 다루기 힘들다. 아무리 빠르다고 해도 제대로 맞추지 못하면 별 효용이 없다.
- 야전수리에 부적합
관련 기술이 민간에 보급되어 안정적으로 자리잡는 기간을 전혀 거치지 않았기 때문에, 고급 부품을 구할 수 없는 비상 사태에 잘 생산되지 않거나 제대로 써먹지 못할 수도 있다. 특히 고집적 반도체와 고성능 축전기의 생산에 얼마나 까다로운 환경 조성과 철저한 관리가 요구되는지를 안다면 이해할 것이다. 단순한 고밀도 에너지 저장장치도 자칫 상태가 불량한 물건이 섞이거나 관리를 잘못하면 터져나가는데, 자잘하게 섬유 부스러기 형태로 뽑아낸 탄화물을 대량으로 흩뿌려 전력망과 공업단지를 마비시키고 강력한 전자기 충격파로 전자전 체계를 파괴하는 등 지능적인 공작이 가득할 현대전에서 이는 확실히 취약한 점이라고 할 수 있다. 게다가 미세먼지가 전자제품 작업 과정에서 섞여 불량률이 늘어나는 일을 통해, 공해로 생산의 효율성이 떨어지는 현상도 나타나기 시작했다는 것을 알 수 있다.
- 발사체 부하로 인한 고폭탄 사용불가
도체 탄환을 장비하면 포신에서 가속되는 도중 발생하는 아크로 인해 탄자가 전부 증발할 가능성이 있다. 이와 관련하여 현재 상상되고 개발이 추진되는 방식의 레일건은 고폭탄의 사용이 불가능하다. 왜냐하면 화살 모양의 쇳덩어리로 된 탄자를 송탄통에 끼워서 고전류가 흐르는 레일에 끼워 전자기력으로 초고속으로 날리는 구조인데, 탄자에 폭약을 넣으면 발사할 때의 전자기력에 의해 화약이 반응해서 포신 안에서 터진다. 그리고 단순히 그 조그마한 송탄통으로 장약이 반응하지 않을 정도까지 절연하기에는 레일에 흐르는 전자기력이 너무 강하다. 그러므로 탄자는 아마튜어라는 부속장치에 고정하여 양 레일에 접촉 발사한다. 대전차 포탄으로 사용되는 날개안정분리철갑탄(ADFSDS)과 비슷한 구조이다.
그리고 무엇보다 포탄의 세장비를 늘리는 데는 한계가 있으므로 어느 정도는 구경에 따라 작약량이 결정되고 같은 효율의 폭약이라면 폭약을 더 많이 넣을수록(작약량이 클수록) 폭발 위력이 큰데 레일건의 컨셉은 소구경 고속탄이므로 탄두에 작약을 많이 넣을 수가 없다. 이를 뒤집어서 이야기하면 기존에 폭발하지 않는 탄환을 주로 사용하던 분야, 즉 보병의 개인화기, 경기관총, 일부 중기관총, 대전차용 대전차포탄(ADFSDS)와 같은 분야에서는 레일건이 유리하겠지만, 고폭탄의 사용이 필수적인 분야, 즉 자주포, 함포, 대공포, 광역제압병기(박격포 또는 구조물 파괴용 무기 등)에서는 크게 효과적이지 않을 수도 있다는 것이다. 그나마 함포의 경우 발달한 컴퓨터 기술로 정밀제어를 하여 매우 촘촘하게 연사하는 식으로 속칭 바느질 내지는 미싱질 하듯이 장갑판을 일자로 주욱 그은 형태의 관통상을 내어 찢어버리는 식으로 선체 절단하여 타이타닉처럼 선체를 반으로 잘라서 바다에 처넣는 방법을 기대해 볼 수도 있고, 항공기라면 사실 기존에 대공포탄, 미사일들이 고폭파편탄을 쓰는 이유가 제트기의 빠른 속도로 인해 직격을 맞추기가 힘들어서 최대한 스플래시 데미지로라도 잡아보려고 인 점을 감안하면 빠른 포구초속과 발전된 컴퓨터 제어 기술로 직격 내기가 쉬워지면 레일건으로 대체가 가능해질 수도 있겠으나 결국 구조물 파괴나 광역제압에는 유탄이 필요하다. 즉 자주포, 박격포나 구조물 파괴용 장비, 지뢰제거용 고폭탄, 총류탄, 폭뢰, 기뢰, 항공폭탄 등등 그런 분야까지 레일건이 대체하기는 힘들 것이다.[23]
예를 들어 보병 한 분대가 일렬 횡대로 접근하고 있다고 치면 고폭탄이 있는 재래식 자주포는 155mm 1발만 쏘면 폭발 반경상 분대 전체를 순살시킬 수 있지만 폭발하지 않는 관통탄뿐인 레일건 자주포는 다수 보병에게 동시에 피해를 주기 매우 어렵다.[24]
5. 연구
5.1. 미국 & 영국
로널드 레이건의 SDI(전략방위구상)이 발표되어 그 이후로 레일건의 실용화 연구가 시작, 20년만에 성과를 보게 되었다.DARPA(Defense Advanced Research Project Agency)가 주도하여 미군 레일건 계획의 실증 시제품이 출시 되었다. 미군 차기 구축함인 줌왈트급 구축함의 주포로 사용될 것이라는 계획도 발표.
2008년 2월 1일 미국 해군이 레일건 시제품 발사실험의 성공 및 실험 영상을 발표했다.
동영상을 보면 탄자 뒤쪽에 로켓처럼 화염 꼬리가 보이는데, 양 레일과 연결되어 추진체를 밀어주는 아마튜어와 레일 간의 전기 방전과 그 전기 방전으로 인해 발생하는 아마튜어와 레일, 그리고 내부 잔존 공기의 플라즈마화로 인해 불꽃이 발생한다. 거기다 탄 낙차가 적다는 점을 고려하면, 탄낙차 고려와 초탄 명중실패 후 차탄 예측사격및 명중을 보장하기 위해 기존 포탄에 장착되던 특유의 예광제가 필요 없게 될 것으로 보인다.
그리고 2010년 12월, 똑같은 물건을 업그레이드. 반경 100 마일 (=서울특별시에서 대전광역시까지) 마하 7을 찍는 위엄을 발휘한다
2012년 2월 발사 영상을 보면 그럭저럭 포처럼 보이기도 한다.
2013년
2014년 소개영상, 2014년 4월에 또다른 시험 발사가 성공했다는 소식이 떴으며 2016년 USNS 밀리노켓에 장착한 뒤 2018년부터 일반 군함에 실전 배치한다는 계획이 공개되었다. 2015년 4월 미 해군이 새로 인수한 고속 수송함 USNS 트렌튼에 장착하여 해상 사격 시험을 진행하는 것으로 계획이 변경되었다. # 트렌튼(JHSV-5)은 밀리노켓(JHSV-3)과는 동형함이다. 전력 공급 장치에만 20피트짜리 화물 컨테이너 4개 분량(4TEU)의 공간이 필요한 것을 감안하여 쌍동선형 고속 수송함인 JHSV급을 선택했다고 한다.
투사체의 무게가 10kg에 불과한데다 장약을 사용하지 않아 안전성이 뛰어나다고 한다. 1발당 발사 비용이 2만 5천불로 통상 미사일이 100만불 가량인 것을 감안하면 아주 저렴하다. 게다가 함포급 무기를 만드는 데 개발 비용이 2억 5천만 달러(약 2,600억원)밖에 들지 않았다.
미국이 개발 중인 레일건의 종류는 32MJ의 레일건과 64MJ의 레일건이 혼재되어 있는데 미군이 군함에 정식으로 탑재하려는 레일건은 64MJ급의 레일건으로 최대 사거리 410km이다. 이 종류의 레일건은 포탄 하나 값의 발사체로 410km떨어진 목표를 원형공산오차 5m급으로 공격할 수 있다는 것이 이론상의 결과이다. 참고로 이러한 레일건의 발사체는 탄두 중량 20kg, 탄체 중량 15kg 으로서 일반적인 포탄에 비해 상대적으로 가볍고 작은 편이다.
또한 세간의 상상과는 달리 현재 미군이 개발중인 레일건은 전차포/대전차포와 같은 순수한 직사화기라기 보다는 곡사와 직사를 혼용하여 상황에 따라 직사화기로도 곡사화기로도 운용될 수 있도록 되어 있는 범용적인 화기에 가까우며, 단지 입사각이 좀 낮을 뿐이며 사거리만 다를 뿐 탄도학은 일반 야포와 똑같이 적용된다. 이는 현재 개발되고 있는 레일건이 직사화기로도 곡사화기로도 어느 쪽으로든 운용이 가능해야 되는 범용성을 요구받는 함포로서의 운용을 전제로 하여 개발되고 있기 때문이다. 현재까지 알려진 정보와 BAE 측에서 공개한 개념도에 의하면, 미군이 운용하는 레일건은 곡사로 발사해 장거리 목표를 타격하는 방식과 직사로 단거리 목표를 빠르게 타격하는 방식 모두를 적용할 것으로 추정되고 있다.
현 단계에서 군함에 장착하는 것은 일종의 야전 시험에 불과하다. 정식 양산 배치가 아니다. USNS 트렌튼이 후일 레일건이 실전 배치될 예정인 줌왈트에 비해 10분의 1 규모인 1500t급 고속함이라는 점과 발사 시험이 예정된 레일건이 국방부에서 요구하는 실전 배치 수준의 물건이 아닌 32MJ 정도의 위력을 지닌 실험실용 레일건의 일부 개량형이라는 점이 이를 확정적으로 보여주고 있다. 하지만 이 야전 시험이 레일건의 실전 배치에 있어서 가장 중요한 갈림길이 된다는 것은 확실한 상황이므로 관심을 가져보는 것도 좋을 것이다.
그리고 2015년 1월 13일, 미 해군이 2015년 2월 4일 워싱턴에서 열리는 Naval Future Force Science and Technology EXPO에서 레일건을 대중에게 공개한다고 발표했다. 또 2016년 바다 위에서 시험 될 것이며 현재 물체를 100해리, 즉 185km까지 음속의 6배로 발사할 수 있다고 한다.
이젠 지상판도 연구가 되는 모양이다. 이미 존재하는 운송 수단을 통해 이동 및 전력 수급을 하고 기존 방공망 체계와 연결해 기폭 관제가 가능한 산탄형 탄자를 사용, 지대공/지대지로 다양하게 활용할 수 있는 멀티플레이 플랫폼을 목표로 하는 듯. 성공적으로 완성되면 적은 비용으로 배치가 빠른 레일건 기지 구축이 가능해질 것이라고 한다. 가장 긴 작업인 전선 연결이 5분정도 걸린다 한다.
(2017년)
레일건 제작 회사가 제너럴 아토믹스와 영국계 방산업체인 BAE 시스템스이다. 현재 영국도 BAE Systems를 통해 레일건 제작 기술을 상당히 쌓아놓고 있다. 영국군은 미군이 시도하는 레일건 계획이 성공할 경우 이를 차세대 기갑 차량과 함선에 적용할 것으로 알려져 있다.
확정된 것은 아니지만 레일건의 개발에 조금씩 적신호가 켜지고 있다. 물론 절대적인 성능은 레일건이 훨씬 좋기 때문에 미국도 레일건을 포기하는 것이 아니라 그저 HVP탄[25] 개발에 예산 배정을 우선적으로 하는 것을 고려하는 중이지만, 아직 실전검증도 안된 실험병기인 레일건에겐 이 정도 개발지체만으로도 충분히 악재가 될 수 있다. 만약 HVP탄의 성능이 레일건과 비슷해지거나, 극초음속 미사일의 가격을 큰 폭으로 낮출 수 있게 된다면, 레일건은 자칫 전열화학포와 비슷한 처지에 놓일 수도 있다.
미국 해군에서는 2019년 5월부터 레일건의 발사 시험을 시작했다. 시험 결과는 일단 성공적이어서 개발 일정이 약간이긴 하지만 단축되었다고 한다. 아무래도 중국 인민해방군 해군의 레일건 개발에 자극을 받은 모양이다.
레일건과 비슷한 원리를 적용한 사례로 전자기식 캐터펄트가 있다. 이는 제럴드 R. 포드급 항공모함에 적용된 상태이다.
2021년, 미국 해군이 레일건 개발을 중단한다고 발표했다. 또한 레일건의 대체재로 고려되던 HVP탄의 개발 역시 중단한다고 발표하였다. 레일건과 그 대안인 HVP탄 양자 모두의 개발을 중단하였기에 이제 미국 해군의 입장에서는 극초음속 미사일만을 믿고 가야 되는 상황이 되었다.
후속 정보에 따르면 미 해군은 실전 배치용 레일건의 스펙으로 최대 수백 발을 사격할 수 있는 내구성과 분당 15발 이상의 발사를 원했으나 개발된 레일건 프로토타입은 분당 사격은 커녕 포신이 버틸 수 있는 최대 사격수가 12-24회가 한계였다고 한다.#
5.2. 대한민국
레일건 최초 개발착수일로 따지면 1989년까지 거슬러 올라가지만 실질적이고 본격적인 개발은 2009년부터 시작했다. 이유는 최초 1989년에 개발착수해 1년여간 시제품을 만들며 연구해본 후 전열화학포가 더 낫겠다는 판단하에 2009년까지 전열화학포를 연구해왔기 때문이다. 이후 전열화학포 자체가 전 세계적으로 사장됨에 따라 2009년부터 레일건 개발로 재전환한다.2011년 6월 8일자 기사로 국방과학연구소(ADD)에서 레일건 개발에 착수한다는 기사가 올라왔다. 그리고 국방과학연구소에서 2011년도에 개발에 착수했던 레일건 개발이 어느 정도까지 왔는지 보여주는 시험 영상이 2014년 민군기술협력 박람회를 통해 공개되었다. 40mm급 레일건 시제품의 시험 영상으로서, 2014년 3월에 끝난 1단계 응용연구에 대한 성과가 공개된 것이다. 펄스전원장치 같은 일부 구성품은 전열화학포를 개발하면서 이미 상당한 기술력을 쌓았기 때문에 3년만에 어느 정도 성과를 낼 수 있었던 것으로 생각된다.
2015년 7월부터 약 64억원을 투입해 70mm급 중구경 레일건 시제품을 2018년까지 제작했다. 이 시제 레일건은 포구에너지가 KJ급이었던 이전의 40mm급 기술실증용 레일건과는 달리 탄자중량 □00g급 전기자를 개발하고, 5MJ급 포구에너지 및 포구속도 2,050m/s 달성, 주퇴복좌 및 고각조절이 가능하게 제작된다. 포신은 레일의 변형을 억제하고 중량을 감소시키기 위해 복합재로 제작되며 좀 더 실용적인 시제 레일건을 개발하는 것을 목표로 한다.https://m.blog.naver.com/jhst3103/221296777473
| 국과연의 70mm급 레일건 시제품 |
덧붙여 한국의 경우 함포용 레일건만이 아니라 전차포/대전차포용 레일건 활용도 염두에 두고 있는 것으로 보인다. K-1 시리즈와 K-2 흑표의 뒤를 이을 K-3 전차의 개발계획에서도 스텔스 기술의 도입과 더불어 #레일건 도입 역시 검토하고 있다는 이야기도 있다.
한반도 전장은 비교적 종심이 얕은 전장이라 이런 장거리 포의 역할이 매우 커질 수 있다. 서울에서 평양까지 직선거리가 195km 정도이니 레일건이 실용화되면 휴전선에 몇 문만 설치해두어 평양을 언제든지 초토화할 수 있다. 한국의 수도 서울이 휴전선에서 매우 가까워서(25-50 km) 북한의 장거리포가 언제든지 서울을 포격할 수 있다는 이점을 상쇄할 유력한 대항 수단이 될 수 있다. 그 밖에 기존 원전 근방 산악 지역을 통해 최소 수백km 정도의 사거리 갖는 레일건 설치로 지속 가능한 포격을 수행하는 것도 추진될만한 일이다.
이런 목적의 지상 레일건은 대량의 전력공급이 필요하므로 전시에 이런 전력을 확보하는 것이 어려워 무용지물이 될 위험이 있고, 아니면 따로 거대한 자체 발전 설비를 갖추어 두어야 하므로 경제성이 크게 떨어진다는 단점이 있다. 하지만 수백km 사거리에서 지속적인 포격을 가할수 있는 지상형 레일건의 잠재력은 매우 뛰어난지라 근미래엔 등장할 가능성이 높은 체제로 점쳐진다. 특히 한중일 3국처럼 가상 적국이 인접한 경우 상대방의 수도를 레일건 포격만으로 초토화할 수 있으므로 수백km가 넘는 사거리를 지니는 레일건 지상 기지는 전략적으로 의미가 커진다. 하지만 포구 초속을 위해 극단적으로 희생한 탄체 질량과 무지막지한 전자기력이 가해지기에 결국 철갑탄과 같은 관통 위주의 탄환을 쓰게 된다. 그렇기에 레일건을 운용한다면, 도시와 같은 넓은 범위에 공격을 가할 때에 충분한 위력이 확보되지 않는다는 문제점이 생긴다.[26]
연속 발사가 가능하고 음속의 6배가 넘는 속도로 날아가 대량의 미사일 공격에 대응 가능한 레일건을 개발하기 위한 연구도 진행 중이다. #
5.3. 일본
2015년, 일본은 방위성 기술연구본부 시설에 레일건 시험 장치를 완성해 본격적으로 군사 분야에 활용하기 위한 연구에 착수했다.#[27]
2019년에는 내구성이 높고 마모율이 낮은 포신소재를 활용한 40mm 레일건의 프로토타입을 완성했는데, 펄스전원 5MJ, 포구초속 2,297m/s(마하 6.5)에 120발 이상의 발사를 버틸 수 있다고 한다.#
일본 정부는 이 연구를 바탕으로 2022년 방위예산에 함선과 트럭에 탑재되어 극초음속 미사일과 적 수상함 등에 대응할 수 있는 실용 레일건을 2028년까지 개발하기 위해 65억엔을 투입했다. 그러나 일본에서도 실제로 레일건을 이용한 극초음속 미사일 요격이 가능하긴 한 건지, 미국조차 포기하고 있는 상황에 무슨 자신감으로 레일건 실용화에 거액을 투입하는 건지 이해하기 어렵다는 반응이 나오고 있다.# 일본의 레일건 개발자들은 오히려 레일건을 만들다가 그만 둔 미국측 업체들과 파트너를 구성하여 실용 레일건을 제작해 그 유용성을 입증하고 미국 정부의 생각을 바꾼다는 목표를 내비쳤으며, 또한, 2023년 8월에는 레일건 타당성 연구에서 미국 해군부와 협력하기로 했다.###
2024년 예산안에 따르면 일본은 함선, 트럭, 고정포탑 등에 탑재할 수 있는 중구경과 소구경의 레일건 두 종류를 개발하기로 했다.# 소구경은 대함 및 대지 임무를 맡고, 중구경은 대공 임무도 포함한다. 2023년 10월, 일본 방위장비청은 해상자위대와 협력해 시험함 아스카에 프로토타입을 탑재하고 세계 최초로 레일건 해상 사격 시험을 시행했다고 발표했다.# 군함에 탑재한 것은 미국이 처음이지만 실제 사격으로 이어지지 않았고, 이후 중국이 두 번째로 레일건을 군함에 실은 것이 포착되었지만 아래에 나오다시피 실사 시험에 관련된 발표가 없어 일본이 세계 최초의 레일건 해상 사격 타이틀을 가져가게 되었다.
이후에는 출력을 20MJ로 4배 가량 향상시킬 계획이며, 함포용 레일건 개발에 성공할 경우 레이와 13년도(2031년) 계획 구축함인 13DDX부터 탑재하는 것을 목표로 하고 있다.
| 일본 방위장비청의 레일건 연구 개발에 관한 홍보영상 |
지금까지 알려진 대로라면 일본은 미국과는 달리 레일건의 포신 마모 문제를 어느 정도 해결하는데 성과를 거둔 것으로 보인다.원문번역문 레일의 재질 변경과 전류 전달 방식 변경으로 포신 마모를 억제할 수 있었다고 한다.
일본은 2023년 12월, 미국이 개발을 중단한 레일건 기술 및 정보에 대한 노하우를 흡수하기 위해 미 해군에 인원을 파견하는 한편, 2024년 5월에는 프랑스, 독일과도 기술 협력 협정을 체결했다.###
2024년 11월, 일본 방위장비청은 새롭게 설계된 철갑탄을 사용해 초속 2500m의 속도로 안정적인 연사를 기록했다고 발표했다. 이후에는 크기를 증가시키지 않고도 더 큰 에너지를 공급할 수 있는 세라믹 박막 캐패시터 기술과 가장 최신의 전력 반도체 소재인 산화갈륨으로 만든 초고출력 전압 디바이스 등 첨단 민생기술을 활용해 전원부를 대폭 소형화시켜 여러 플랫폼에 탑재하는 것을 상정하고 있다.#
5.4. 프랑스 & 독일
프랑스와 독일은 그 동안 국방혁신청의 자금 지원 하에 양국이 공동으로 설립한 상루이 연구소(ISL)가 1987년부터 시작하여 그간 비공개로 진행하여 왔던 레일건 개발 프로젝트를 2017년 공개했다. 구경 60mm급의 NGL(New Generation Launcher)-60과 속사가 가능한 25mm급의 RAFIRA(RApid FIre RAilgun) 등의 실증장치를 개발, 연구 중으로 이 쪽도 해군용 레일건 개발을 우선하고 있다.
2023년 7월, EU 집행위원회는 Technology for ElectroMagnetic Artillery(THEMA)라고 명명된 레일건 프로젝트에 유럽연합 공동 방위 예산 투입을 승인했으며, 프랑스 국방조달청은 포구초속 2~3km급의 함포용 레일건 조달할 것이란 계획을 밝혔다.###
2024년 4월 12일, 일본 방위장비청의 레일건 연구 인력들이 ISL의 레일건 개발 시설을 방문한 사진이 공개되었다.# 프랑스와 독일은 일본과의 연구 협력을 바탕으로 2028년까지 레일건 함포 실증기를 출시할 예정이다.
5.5. 러시아
2009년에 레일건 프로젝트가 공개되었다.# 특이한 점은 무기보다는 스페이스 건을 목표로 만들고 있으며, 이 때문에 수송용 탄두 개발과 제 1 탈출 속도 도달을 위해 노력중이다.
탈출 속도 도달을 위해 다른 나라들의 레일건보다 탄 초속이 훨씬 빠른 편이다. 2016년에 이미 초속 5.5km를 달성했으며# 현재는 초속 11km 급, 즉 제 2 탈출 속도를 목표로 개발 중이다.
항공기나 고속열차가 버드 스트라이크에 대비해서 치킨건을 항공기/열차에 쏘는 것처럼 우주선 타일이나 자재에 알루미늄 탄을 쏴 우주쓰레기 충돌을 모사하는 장치로 활용 중이라고 한다.
그러나 러시아의 우크라이나 침공에 따른 연구 개발 예산 부족으로 인해 실제로 개발이 이루어질 지에 관한 여부는 불투명하다.
5.6. 중국
2018년, 중국이 군함에 레일건을 장착한 사진이 유출되었다. 언론에 보도된 내용에 따르면 072III급 상륙함에 레일건을 장착하여 시험중인 것으로 보인다.
크기 상으로는 이전까지 없었던 역대 최대 구경이며, 포탑 및 조준 시스템을 갖춘 레일건이 실제로 선박에 탑재된 세계 최초의 사례이기도 하다. 그러나 사진 이외에 알려진 정보가 거의 없고, 몇 년이 지난 뒤에도 발사 시험 결과나 실용화 여부 등 밝혀진 것이 없다.
2023년, 중국은 미국이 포기한 레일건을 빠른 속도와 사격 정확도를 겸비하여 개발했다고 주장했다. 그러나 미국이 포기한 이유는 레일건에 필요한 전력을 함포를 쓰는 구축함, 순양함이 감당을 못 하고 해안 방어로도 쓰자니 효율이 부족해서 그런 것이며, 중국이 해군함포에 실제로 적용할지 어떨지는 미지수이다.
홍콩 사우스차이나모닝포스트가 12월 11일 초당 2km 속도로 100 - 200 km 내의 목표물을 겨냥할 수 있는 레일건을 만들어 연속으로 120발 발사하는데 성공했다고 밝혔다.#
연구팀은 논문에서 "전자기 레일 발사 시스템이 중단 없이 안정적이고 신속하게 발사된 것은 획기적인 발전"이라며 "유사한 연구는 이전에 공개적으로 보고된 적이 없다"고 밝혔다. 연구팀은 10만개 이상의 데이터를 수집하고 인공지능 시스템을 이용해 극한 조건에서 발생하는 문제를 해결하는 시간을 밀리초로 단축했다고 밝혔다.[28]
5.7. 튀르키예
IDEF 2017에 레일건 시제품 목업을 전시한게 확인되었다.다만 저 목업은 선전용이고, 실제 물건은 아직 16mm 구경에 1MJ의 펄스 전원[29]으로 이루어진 초기 단계의 빈약한 물건이다. 이는 레일건 개발국가 가운데 튀르키예가 한국에 비해서도 확연한 후발주자인데다 다른 개발국들에 비해 기반시설과 자본이 빈약한 결과이다.
하지만 튀르키예도 이미 오랜 시간을 투자한데다, 어차피 자급자족으로 개발해야 하는 무기가 레일건인만큼[30] 앞으로도 개발의지는 확고해 보인다.
2019년에는 지상 시험 장면을 공개하기도 했다.
6. 창작물
7. 관련 문서
[1] 다만 일반적으로 번역기들은 '전자포'라고 입력하면 영어 번역을 'Electric cannon'으로 출력하고 '초전자포'라고 입력해야 'Railgun'이라고 정확하게 출력하는 경향을 보인다. 당연히 몇몇은 예외이긴 하지만. 이는 많은 번역기들이 누적된 데이터를 번역에 활용하기 때문으로 전자포라고 입력하면 'Railgun'을 출력해주지 못하고 '초전자포'라고 입력해야 'Railgun'이라 출력하는 것 역시 서브컬처 관련 누적 데이터의 영향이라 할 수 있다.[2] 일본 쪽에서 나오는 서적에서는 레일건을 지칭하는 표현으로서 전자투사포나 전자가속포 등의 표현을 많이 쓰기 때문에, 그 영향으로 일본 서브컬처에서는 레일건만이 아니라 코일건을 포함한 가우스건이나 가속기 등 로렌츠 힘을 이용한 모든 무기를 레일건으로 통칭하는 경우 역시 잦은 편이다.[3] 이 중에서도 특히 '전자투사포'라는 명칭은 일본에서 레일건을 일컫는 한문식 표현으로서 많이 쓰이는 표현이기도 하다.[4] 앙페르의 오른나사 법칙에 의해 나사의 끝 부분 방향으로 전류가 흐르면 나사의 나사산 방향으로 자력선이 형성되는데, 자계를 형성하더라도 자계의 방향을 한 곳을 상쇄시키지 못하면 강한 힘을 발생시킬 수 없기에, 형성된 자계가 한쪽 방향으로 극단적으로 형성되어 최대한 힘이 발생할수있도록 레일과 발사체의 위치를 ㄷ 자로 만들어 전류를 흘리도록 한다.[5] 레일도 탄자가 받은 만큼 힘을 받지만, 레일은 발사체에 비해 무겁고, 포대에 고정되어 있으므로 잘 움직이지 않으며, 비교적 가벼운 발사체(포탄)만이 발사된다.[6] 실제로는 453.5~9km 나온다.[7] 미 해군이 발표한 레일건 탄자의 가격은 2만 5천 달러다! # 연구개발 중에 책정된 가격이 저 정도고, 레일건 탄자라고는 하지만 전차에서 사용하는 날탄이나 분리철갑탄과 크게 차이가 없는 구조다 보니 실용화 단계에 들어가 대량생산이 된다면 훨씬 저렴해질 것이다.[8] 2004년 미군육군의 레일건 개념연구과제를 기준으로 하면(전차포용도), 레일건용 APFSDS탄은 120mm 활강포용 m829 APFSDS탄과 비교해 용적이 1/8, 중량이 1/10에 불과해 M829탄 16발을 적재하는 가대에 156발을 탑재할 수 있었다.(출처: Military Review 2016.08 - p35 좌측상단에서 5번째줄).[9] 이 경우 발사에 필요한 전류 또한 많아지므로 충전 시간이 더 걸려 발사 속도가 줄어들 수 있다.[10] (출처: Military Review 2016.08 - p36 우측 상단에서 12번째줄)[11] 물론 폭발물의 파괴력은 레일건 탄자보다 훨씬 강력하며, 전력 소모와 비용을 생각하면 레일건이 상용화된다고 미사일과 재래식 화포가 사라지지는 않을 것이다.[12] 아직도 극초음속 미사일처럼 레일건만큼 빠르거나 더 빠른 무기가 만들어지고 있다.[13] 이러한 부분은 화약식 대포들과 그렇게 크게 다르지는 않은데, 범용성의 확보를 위해서는 아무리 소구경화가 용이한 레일건이라 하더라도 일단 현용 화약식 함포들과 비슷한 수준의 구경은 유지해야 할 가능성이 크고 이는 결과적으로 레일건의 운용에 필요한 설비의 확대와 함선의 대형화로 연결될 가능성이 클 것이다.[14] 반동제어를 위해 조금 공간이 필요할 수는 있다.[15] 하지만 레일건을 개인 화기로 사용할 만큼 소형화하는데 성공했다고 가정해도 아음속탄을 발사하는 데는 어려움이 있을 것이다. 하단의 단점 문단에도 나와있듯이 사람이 버틸 수 있는 수준의 반동을 유지하려면 발사체의 질량을 극단적으로 줄일 수밖에 없는데 아음속이라는, 상대적으로 느린 속도로 작은 질량을 발사하게 되면 안 그래도 바람에 날리기 쉬운 탄체가 바람의 영향을 더 오래 받게 되고 따라서 명중률을 전혀 보장할 수 없다. 아음속 발사를 위해 질량이 큰 전용탄을 따로 쓰는 방법도 현실성이 없는데, 애초에 구경이 작기 때문에 질량 변동에 큰 제한이 있을 것이기 때문이다. 게다가 질량이 작은데 속도도 아음속이면 운동 에너지가 살상에 이를 만큼 크지 않을 수도 있다. 결국 아음속탄 발사만을 위한 전용 대구경 레일건을 따로 만들어야 하는데 사실 그 정도의 정숙성은 기존 화기로도 충분히 달성될 수 있는 수준이다. 따라서 레일건을 소형 화기로 만든다면 사람이 버틸 수 있는 반동 수준 하에 최속의 총구 속도를 달성하여 탄체가 외부 환경에 영향 받는 시간을 극도로 줄이는 방향으로 개발이 이루어질 것이지 출력 조정을 통해 아음속탄을 발사하는 기능은 내구성이나 편의성의 문제로 생략될 것이다.[16] 떨어져내리는 운석처럼 공중에서 압축되면서 녹아내려 효용성이 거의 없을 수도 있다. 이렇게 녹아내리면 살상력도 떨어져 단단한 물체에 맞고 튕겨나오거나 찢긴 파편이 사용자를 다치게 만들 수도 있다.[17] 현존 최강 관통탄인 날탄의 적정속도는 마하 2이다. 더 늘리거나 줄이면 오히려 성능이 크게 저하한다. 반드시 마하 7까지 가속할 필요가 없다.[18] 당장 지상형 레일건이 어떠한 구성으로 운영되는지만 봐도 이에 대한 답은 나온다.[19] 당장 과거에 사용됐던 전함 주포만 해도 300발쯤 쏘면 수명이 다하는 게 보통이었다. 때문에 예비 포신을 만들어두고 수명이 다하면 갈아 끼우는 방식으로 운용했다.[20] 해외 하드SF팬덤 등지에서는 투사체의 자성적 포화(Magnetic Saturation) 문제 때문에 레일건은 큰 투사체를 날리기 힘들고(=구경을 키우기 힘듬), 반대로 코일건은 큰 투사체를 날리는데 더 적합하다 평가하는 의견도 있으나, 반대로 자성포화 따위로는 투사체 관통력에 별 의미가 없다고 평하는 의견도 많다.[21] 물론 입자병기의 경우에는 과연 언제 현실에서 실용화될 수 있을 지 알 수 없는 물건인데다 소형화도 기술적으로 어렵다고 평가되고 있지만, 이미 실용화가 진행되는 중인 광학병기는 얘기가 좀 다르다.[22] 여기에는 작약과 작약을 기폭시킬 뇌관 역시 포함된다. 뇌관이 발사 단계에서의 강한 전자기장을 견디기 어렵기 때문이다. 레일건의 탄속이 제 아무리 빨라 봐야 작약이 아예 없어 파편이나 폭풍에 의한 2차 효과를 기대하기 어렵다면 내부 공간이 좁은 전차나 애초 맷집이 지상이나 해상의 다른 장비류에 비해 취약한 항공기 상대로는 모를까 산개된 보병이나 내부 공간이 제법 넓은 함선, 벙커 등을 타격할 때는 화력이 제한될 수밖에 없을 것이다.[23] 다만 레일건 단일의 역할에 충실하고 나머지는 다른 쪽이 담당하면 되는 일이라 단점이라고 하기도 힘들다. 모두 대체할 수 없는 이유는 군대 특성상 단일 종류의 무기로 모든 걸 대신해서 운영할 수 없는 무기 체계이기 때문이다. 더욱이 함선 같은 경우는 한 척에 다양한 무장을 장비하는 특성상 레일건의 화력이 직접적인 장갑 방어로는 막을 수 없다면 일종의 전략무기 형태로 전제할 경우 상기한 단점을 억제할 수 있다. 물론 레일건이 탑재되면 대형화를 피할 수 없다고는 하지만 현재 구축함으로 통일되고 무게도 중순양함에 육박하고 있어 대형화도 조건에 따라서는 단점이 아니라는 게 함정이다.[24] 다만 탄자의 운동에너지가 워낙 높고(에너지는 속도의 제곱에 비례한다) 탄자가 파편이 되거나 충격 후에 지형지물에 의한 파편을 생각한다면 소프트타겟에 대한 살상범위는 분명 존재한다. 운석이 충돌했다고 운석 크기의 구멍이 뚫리고 마는 게 아니라 크레이터가 생긴다는 걸 생각하면 된다.[25] GPS로 유도가능해서 드론, 비행기, 미사일 등을 격추시킬 수 있다.[26] 물론 이는 현재 대한민국을 비롯한 전 세계가 연구하고 있는 핵융합 에너지를 이용하면 어떻게든 실용화는 가능할지는 모르나, 문제는 핵융합 장치를 얼마나 안전하고 많이 만들며 동시에 어떻게 소형화하느냐가 관건이다. 물론 기본적으로 핵융합 장치를 극단적으로 줄일 필요가 없는 지상기지나 혹은 구축함 이상의 군함이면 또 모르지만 아무래도 전차 등과 같은 플랫폼에는 아직은 탑재하기 힘들다는 것이 문제이며, 이마저도 언제부터 가능할지도 불분명한 상태이다.[27] 물론 그 이전에도 기초 연구를 위해 초소형 프로토타입 레일건이 여럿 제조되기도 했고, 일본의 우주연구기구인 ISAS(JAXA의 전신)에서도 따로 레일건을 만들어 시험했던 적이 있다.#[28] 스스로 결정을 내릴 수도 있어 장비에 문제가 있는 경우 포탄을 장전해도 발사되지 않도록 통제할 수 있다고도 밝혔다.[29] 이는 한국에서 1990년에 만들어진 레일건 시제품보다 약간 나은 정도다.[30] 미래 전술, 전략 무기로서 그 잠재력을 생각하면 레일건 기술은 항공우주기술 만큼이나 중요하므로 원천기술을 판매해줄 개발국들이 나오기는 어렵다.