근대적 개념의 대포가 등장하기 전 대포 사거리와 위력은 대체로 반비례했다. 위력을 높이려고 포탄 중량을 키우면 사거리가 줄었기 때문이다. 그렇다고 추진 장약을 무턱대고 늘리면 포신이 견디지 못하고 터지기 일쑤였다. 그래서 위력이 강한 대포는 근거리용, 위력이 약한 대포는 장거리용으로 쓰는 게 보통이었다. 가령 조선시대 128㎜ 구경 천자총통은 30냥(1125g)의 흑색화약을 써서 13근(7.8㎏)짜리 포탄을 900m까지 날릴 수 있었다. 이보다 큰 화포인 대완구는 263㎜ 구경에 35냥(1312.5g)의 흑색화약을 추진재 삼아 자그마치 72㎏에 달하는 비격진천뢰를 쐈다. 다만 사거리는 천자총통의 3분의 1인 280m에 불과했다.

제2차 세계대전 이후 대포 사거리 답보

대포 기술은 19세기 중반 급격히 발전하기 시작했다. 영국에서 ‘암스트롱포’로 불리는 후미 장전식 대포가 발명되기 전까지 거의 모든 대포는 전장식(前裝式)이었다. 즉 포신에 화약과 포탄을 밀어 넣고 쏘는 방식이다. 암스트롱포는 폐쇄기를 처음 도입한 후장식(後裝式) 대포였다. 다만 기계적 결함이 많은 탓에 재장전 속도가 전장식 대포보다 크게 늘진 않았다. 하지만 후장식 설계는 뒤에 등장한 모든 대포의 표준이 됐다. 이후 독일에서 후장식 설계는 물론, 강선이 파여 있는 강철 포신과 무연화약까지 적용된 최초 근대식 대포 ‘크루프포’가 개발됐다. 얼마 뒤 프랑스는 주퇴복좌기가 적용된 1897년식 75㎜ 야포를 개발했다. 이로써 오늘날 대포의 기본 개념이 완성됐다.

양차 세계대전을 거치며 대포는 비약적으로 발전했다. 제1차 세계대전을 계기로 원래 1~2㎞였던 대포 사거리는 75~100㎜급 구경은 10㎞, 170㎜ 이상 대형포는 30㎞로 증대됐다. 제2차 세계대전 때 미군 주력 곡사포로 쓰인 M114의 경우 23구경장(口徑長: 총포 구경 단위로 나타낸 총포신 길이) 포신으로 14㎞까지 포탄을 날릴 수 있었다. 152㎜ 구경에 27.9구경장을 지닌 소련 ML-20 곡사포는 17㎞ 넘는 사거리를 발휘했다. 

그런데 제2차 세계대전이 끝나고 대포 사거리 증대는 점차 답보했다. M114에 이어 개발된 M198은 포신을 39구경장으로 늘려 사거리를 24㎞까지 연장했다. ML-20 후속으로 개발된 2A65 곡사포도 53.3구경장을 채택해 사거리를 24㎞로 늘렸다. 기존 대포의 기본 개념을 유지한 채 사거리를 늘리는 것은 이 정도가 한계였다. 이에 세계 여러 나라는 포탄에 로켓을 다는 RAP탄이나 포탄 뒤쪽에 작은 가스 분출구를 만들어 항력을 감소시키는 BB탄 등 다양한 포탄을 고안했다. 다만 이런 기술을 적용해도 곡사포탄 사거리는 30~40㎞에 그쳤다. 

미국이 차세대 자주포 개발 취소한 이유

대포 사거리가 제2차 세계대전 이후 반세기 동안 크게 늘지 못한 이유는 추진 장약의 한계 때문이다. 예나 지금이나 추진 장약은 니트로셀룰로오스를 주원료 삼아 여기에 니트로글리세린 등을 더해 만든다. 이보다 높은 폭속(화약이 폭발할 때 충격파의 속도)을 발휘하는 물질을 장약으로 쓸 수도 있지만 포신과 약실이 견디는 한계 수준이 있기 마련이다. 가령 미군이 반세기 넘게 쓴 M109 시리즈를 대체하고자 개발한 차세대 자주포 XM1299 ‘아이언 선더’는 정식 배치 직전 사업이 취소됐다. 사거리를 늘리려고 추진 장약을 너무 키운 나머지 반동이 극심해지고 포신 수명도 극히 짧아졌기 때문이다. 



기존 방식으로 포탄 사거리를 늘리는 게 불가능하다고 판단한 세계 각국은 다양한 신기술을 개발하는 데 한창이다. 유럽에서 개발 중인 램제트(Ramjet) 추진탄이 대표적이다. 램제트 추진탄은 말 그대로 포탄에 제트엔진인 렘제트를 넣어 자체 추진력을 부여하는 것이다. 여러 미사일에 쓰이는 램제트는 초음속으로 들어오는 외부 공기 충격파로 공기를 압축, 연소해 배출하는 구조다. 램제트가 적용된 포탄은 포신을 떠난 순간 초음속이 된다. 로켓 모터로 초음속 영역까지 가속해야 하는 일반 미사일보다 효율적이다. 램제트 추진탄은 비행 중 연료 분사·중단을 반복해 ‘연비’를 극대화할 수 있다. 덕분에 같은 크기 고체연료 로켓보다 훨씬 먼 거리를 날아갈 수 있다. 일반 중거리공대공미사일의 3배 이상 사거리를 가진 ‘미티어’ 미사일도 램제트를 장착했다. 

램제트 추진탄의 선구자는 미국 보잉과 핀란드·노르웨이가 합작한 ‘남모’라는 업체다. 이 기업이 만든 ‘램제트 155’ 포탄은 정밀 유도 기능을 갖춘 데다 사거리가 150㎞에 달한다. 기존 RAP탄이나 BB탄 사거리의 2~3배 수준이다. 영국과 독일이 개발 중인 램제트 추진탄도 사거리 100~150㎞를 목표로 하고 있다.

유럽, 램제트 추진탄 개발 박차

포탄 사거리 연장을 위해 개발 중인 또 다른 신기술로 활공포탄이 있다. 한국 풍산그룹이 독보적 기술 우위를 점하고 있는 활공포탄은 GGAM이라는 이름으로 개발돼 K9A3 자주포에 쓰일 첨단 포탄이다. GGAM은 로켓추진체나 항력감소장치, 램제트 등 여느 기술과 달리 포탄 파괴력을 그대로 유지하면서도 사거리를 극대화한 ‘괴물’이다. 일반 포탄보다 훨씬 높은 각도로 발사돼 고고도로 상승한 뒤 날개를 펴서 활공 비행하는 방식이다. 사거리 100~150㎞에 정밀도는 미터(m) 단위다. 

GGAM의 강점은 적의 대화력전을 불가능하게 만든다는 것이다. 현대 대화력전은 대포병 레이더로 포탄 궤적을 탐지·추적하는 식으로 이뤄진다. 기존 포탄은 포물선을 그리며 비행하기 때문에 그 궤적을 역산하면 발사 원점을 찾아낼 수 있다. 이 원점에 포탄을 퍼부어 적 포병 세력을 제압하는 게 대화력전이다. 그런데 비행 궤적을 자유자재로 바꿀 수 있는 GGAM의 경우 대포병 레이더로 발사 원점을 찾을 수 없다. GGAM은 100㎞ 넘는 긴 사거리 덕에 대포병 레이더 탐지거리 밖에서 적을 공격할 수도 있다. 대포병 레이더의 탐지거리는 50~70㎞에 불과하기 때문이다. GGAM이 실전 배치되는 2020년대 후반에는 K9 자주포로 100㎞ 이상 떨어진 표적을 초정밀 포격할 수 있게 된다.

현재로선 램제트 추진탄과 활공포탄이 155㎜라는 제한된 규격에서 가장 긴 포탄 사거리를 구현할 수 있는 기술이다. 하지만 물밑에선 아예 새로운 문법의 포탄 발사 방식도 연구되고 있다. 포탄을 화약이 아닌 전자기력으로 날려 보내는 레일건(rail gun)이 그것이다. 레일건은 나란히 배치된 두 전도성 레일에 강한 전압을 걸어 자기장을 만든 뒤 전자기력으로 화살 모양의 금속 포탄을 쏘는 무기다. 이론상 포탄에 작용하는 힘은 전류의 제곱에 비례한다. 높은 출력의 전력이 공급되는 가운데 레일이 길어질수록 포탄 속도가 빨라지는 것이다. 대형·고출력 레일건을 사용해 화약식 대포와는 비교 불가능한 정도의 강한 운동에너지로 포탄을 날려 보낼 수 있다. 실사격에 성공한 레일건 모델들은 초속 2000~2600m 속도를 구현한다. 마하(음속) 6~8에 달하는 엄청난 속도다. 가령 미 해군이 만든 레일건은 마하 7, 최대사거리 350㎞의 괴물 같은 성능을 구현했다. 보통 155㎜ 곡사포의 포구 초속은 800~900m 수준이다.

막강 레일건, 아직 해결 과제 산적

물론 레일건은 아직 해결해야 할 과제가 많은 기술이다. 화약식 대포와는 차원이 다른 위력을 낼 수 있지만 그만큼 반동이 엄청나다. 막강한 위력을 내는 데 엄청난 전력이 필요한 점도 문제다. 지금까지 나온 레일건 중 차량이나 장갑차에 얹어 움직일 수 있는 크기의 발전기 또는 배터리를 사용한 사례는 전무하다. 중국과 일본이 군함에 레일건을 장착해 실사격 시험을 했지만 탄두가 워낙 작아 유의미한 파괴력을 내지 못했다. 레일건에 폭발하는 포탄, 즉 고폭탄을 쏠 수 없는 것도 한계다. 폭약이 전자기력에 의해 폭발할 수 있기 때문이다. 이런 점을 고려하면 레일건이 가까운 시일 안에 실전 배치되기는 어려워 보인다. 그럼에도 몇몇 나라는 강력한 위력의 포탄을 더 멀리 날려 보내려고 지금도 레일건 개발에 많은 투자를 하고 있다.