자기력을 이용해 만든 총 '코일건'

코일건

레일건의 친척. 의외로 만들기가 쉬워 외국에서는 아마추어 무기 매니아들이 수제로 만드는 경우도 있다. 

본디 미국에서 인공위성을 저렴한 가격에 쏘아올리기 위해 고안되었지만 당시 기술상의 문제로 실패하였다.

전기를 이용한다는 점에서는 레일건과 언뜻 비슷해 보이지만 세부 원리는 완전히 다르다. 일단 전류를 가지고 투사체를 쏘아보낸다는 점은 레일건과 같으나, 레일건이 로렌츠 힘을 이용하는 반면 코일건은 코일에 전류를 흘려줄 때 발생하는 자기력을 직접적으로 이용한다. 이런 원형 코일들을 터널 형식으로 일렬로 길게 배열한후, 터널 한 쪽 끝에 강자성체로 된 탄자를 놓고 첫번째 코일에 전류를 흘려준다. 그리고 센서를 통해 순서대로 가속시키면 된다.

이러한 원리는 만화 속에서 말 앞에 당근을 두어서 열심히 달리게 하는 모습과 비유할 수 있다. 연속적으로 작동하는 코일이 앞에서 이끌어주어 탄환은 계속 가속도를 받아서 속도가 상승한다. (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.

코일건은 전자기력을 이용해 물체를 움직이는 장치라는 점에서 자기부상열차와 비슷하다고 생각하면 쉽다. 자기부상열차가 자기장으로 인해 공중에 떠있듯이 탄자를 자기장을 사용해서 공중에 띄어놓은 상태로 탄자의 뒤에서 강한 힘으로 밀어서 발사시키는 것이 코일건. 이는 레일건이 탄자를 포신 또는 총신내부의 레일에 밀착시켜 둔 상태로 탄자의 뒤와 양 옆에서 강한 힘으로 밀어서 발사시키는 것이라 자기부상열차와는 물체를 움직이기 위해 전자기력을 이용한다는 점만이 비슷할 뿐 작동원리 자체가 완전히 다르다는 점과는 대비되는 부분이기도 하다. 덧붙여 이러한 이유로 인해서, 코일건과 레일건은 서로 각각 원리도 다르고 내부 구조에서도 상당한 차이를 보이게 된다.

원리]

전류가 흐르는 코일에는 도넛 모양 자기장이 생기고, 이 자기장이 투사체를 한쪽으로 끌어당긴다. 탄자가 첫번째 코일을 지나가면 첫번째 코일은 꺼지고 두번째 코일이 켜진다, 마찬가지로 두번째를 지나면 세번째가 켜지는 식으로 코일을 지나가면 갈수록 탄자는 가속된다. 그리고 마지막 코일에 도착했을때 코일의 전원을 꺼주면 탄자는 그때까지 받은 속력으로 최대속도에 다다르게 된다. 

여기에 쓰이는 아주 기본적인 물리법칙을 발견한 사람이 카를 프리드리히 가우스. 그래서 가우스 건이라고도 한다. 무기뿐만이 아니라 우주 발사체로도 각광받고 있는데, 매스 드라이버(Mass Driver)라고 하며, 포신을 아~~~주길게해서 물건을 우주로 걍 쏴버린다는 발상이다. 하지만 이쪽은 리니어 모터를 이용한 전자식 캐터펄트에 가깝다. 발사체에 전류를 흘릴 이유가 없으니 코일건이기는 하지만 레일건 닮았기도 하다. 대인배적인 발상이라는데에는 이견이 없지만.

장점과 단점]

장점]]]]]]

- 총신의 마모가 없다.

레일건과 달리 코일건에서는 발사체를 유도를 하는 코일에 발사체가 직접 닿지 않으므로 총신의 마모가 없다.즉, 이론적으로는 총신의 수명이 무한이다.

- 발사체에 전기를 흘릴 필요가 없다.

코일건은 탄체가 강자성으로 당겨져서 발사되는 원리이기 때문에 레일건과 달리 굳이 발사체에 전기를 흘려보내지 않아도 된다. 무기는 아니지만 주로 우주 개발에서 자원을 수송하는 매스 드라이버에 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 수송만이 아니라 셔틀 등을 빠르게 발사하는 캐터펄트의 역할로도 사용될 수 있다.

- 자장 폭발력이 없다.

레일건에서는 매우 강한 자장이 발생하여, 총신에 큰 충격을 일으키고 총신이나 레일을 파괴할 수 있으나, 코일건은 일반적인 전자석의 코일을 여러 개로 늘어놓은 것과 같아서 자장 폭발이 일어나지 않는다. 때문에 코일건은 레일건보다 오랫동안 사용될 수 있다.

- 조용하다.

총기의 소음은 화약의 폭발음, 기계적 구동부의 소음, 발사체와 총신간의 마찰소음, 발사체와 공기와의 마찰소음 이렇게 네 가지로 크게 나뉘는데, 코일건은 앞의 세 가지를 모두 없앨 수 있다.

- 레일건에 비해 반동이 매우 적다.

이미 여러 번 서술한 탄체가 포신과 닿지 않는다는 장점 덕분에, 같은 출력이라면 코일건 쪽이 훨씬 반동이 적다.

- 코일을 여러 방향으로 배치하여 총알의 발사각을 제어할 수 있다.

총기를 움직여서 총알의 발사각을 제어하는 것과 총알 자체가 다른 방향으로 발사되도록 하는 것은 대응속도가 차원이 다르다. 또한 제어를 컴퓨터에게 맡길 수 있어 사람이 제어하는 것 보다 높은 정확도로 목표를 타격할 수 있다. 현재 드론에 총기를 탑재하는 방식의 가장 큰 문제점은 낮은 명중률에 있다. 목표를 조준하려면 드론이나 총기의 자세를 바꾸어야 하는데 이는 긴 시간이 걸리기 때문이다. 총알의 발사각을 제어할 수 있으면 직선형이었던 타격범위가 원뿔형으로 바뀌게 되어 이러한 문제를 해결할 수 있다. 다만, 실제 구현하기 위해서는 상당한 수준의 탄도학과 정밀 센서를 필요로 한다. 

단점]]]]]]]

- 레일건에 비해 가속도가 낮다.

전자장의 세기는 거리가 멀수록 제곱으로 약해지는데, 코일건은 총알과 전자장의 거리가 항상 어느 정도 떨어져 있고 그것으로 총알을 끌어당기는 방식인 만큼, 전자장의 직접적인 반발을 일으키는 두 자장의 거리는 없는 거나 마찬가지인 레일건에 비해 가속도가 낮고 에너지 소비율이 높다. 굳이 따지자면, 레일건의 효율이 10배 이상이다. 이를 해결하기 위해서는 코일을 초전도체로 만들어 총알을 발사하고 남은 전류를 회수할 필요가 있는데 현재로서는 초전도체 냉각제 유지비용이 크기 때문에 현실성이 없다.

- 대형화가 어렵다.

레일건이 소형화가 어렵다면 반대로 코일건은 대형화가 어렵다. 일단 강자성이라는 원리상 모든 물질에는 자기포화점이 존재하므로 가속력에 원천적인 한계가 존재한다. 즉, 일정이상 위력의 병기(함포 등)로는 적합하지 않다.

- 회로가 상당히 복잡하다.

현재 코일건의 제일 큰 문제점은 코일의 전원 공급을 하는 시간을 조정하는 컴퓨터 프로그램이라고 한다. 정확히는 비등속성 가속도에 탄자별 속도 계산이 들어가야되기 때문에 프로그램만의 문제라기보다는 프로그램+센서의 문제. 물론 어지간한 공대생이면 그럭저럭 기초설계로 권총 수준까지는 만들수가 있으나 소총의 위력을 내려면 그때부터는 계산이 미칠듯이 복잡해진다. 인아웃풋의 회로만해도 헬게이트 강림수준.

- 자기장을 사용한다.

강한 자기장을 사용하므로 사거리 수Km 이하의 단거리 코일건은 발사순간 적군의 자기센서에 의해 위치가 발각될 수 있다. 또한 총알이 철과 같은 강자성체일 경우 코일건의 발사 순간 자화되어 총알을 탐지할 수 있다.

다만 이런 특성 덕분에 회로가 복잡한 것을 제외하면 레일 등에 의한 제약이 필요없기 때문에 발사한 탄환을 가속시키는 전자 가속기의 역할로서, 즉 전열화학포의 핵심부로서 충분히 활용 가치가 높아 레일건보다 실용성 있는 무기로 검토되고 있었으나... 현실은 전열화학포는 비용 대 성능 문제로 사장되다시피 하고 있고 레일건은 이미 실용화가 끝나 18년부터 줌왈트급 구축함에 실전배치된다.

기타]

제대로 만드는 게 아니면 효율이 참 거지같다. 1.25KJ의 에너지를 부었는데 정작 탄자는 25J의 운동에너지밖에 못 가지고 있다든지...[3]25J이 많아보인다고 생각한다면, 총알맞고 죽을 확률보다 총알맞고 빡친 사람한테 맞아죽을 확률이 더 높다는 악평이 있을정도로 약한 .25ACP탄의 운동에너지가 100J가량이다... 거기다가 .22 Long Rifle도 200J이 넘는 운동에너지를 가지고 있다. 즉 잘해봐야 공기새총 수준밖에 안된다. 그래도 이해가 안간다면, 1.5L짜리 물이 든 물통을 바닥에 약 167cm 높이에서 떨어뜨리면 그 때 바닥이 받는 충격이 25J이다. 많네 차라리 정말 제대로 만드는게 아니면 짱돌 하나 주워서 맘 먹고 던지는 게 더 강하다.

외국 용자들 중에서 권총형 코일건을 만들어 노는 사람들도 있다…간단한 코일건 정도는 만들기 쉽다. 코일 만드는 건 전선을 동그랗게 말기만 하면 되기에 꽤 쉽다. 문제는 전원공급과 탄자지만… 뭐 하려면 못할건 없다. 다만 코일을 더 많이 감을수록 위력도 급격히 강해지지만 그만큼 난이도도 급상승한다. 못 같은 물건을 쏴서 수박을 뚫어버릴 수 있을 정도의 코일건을 만들려면 공대생 레벨의 회로설계는 필요하다. 그것도 전자공이나 관련 학과. 할 사람은 감전 되지 않게 조심하면서 만들기를 추천한다. 그리고 위험한 정도가 아니면 경찰도 신경쓰지 않으니까…게다가 검색해도 방법은 그럭저럭 나온다.