방탄
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1. 개요
방탄은 총알이나 파편으로부터 신체를 보호하기 위한 기술과 장비를 의미한다. 1887년 실크가 총알을 막는 사례가 기록된 이후, 실크, 금속, 세라믹 등 다양한 소재를 활용하여 방탄복이 개발되었다. 현대에는 케블라, UHMWPE, 탄소 섬유 등의 섬유 소재와 금속, 세라믹 소재를 결합하여 방탄 성능을 높이고 있다. 방탄 기술은 민간, 경찰, 군에서 널리 활용되며, 방탄복, 차량, 헬멧, 방호벽 등 다양한 형태로 적용된다. 현재는 물고기 비늘, 거미줄, 금속 스펀지, 그래핀 등 새로운 소재와 기술을 활용한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
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| 방탄 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 정의 | 총알에 대한 저항력을 제공하는 재료 또는 구조물 |
| 재료 및 기술 | |
| 재료 | 강철 케블라 섬유 다이니마 탄소 섬유 세라믹 |
| 기술 | 적층 복합재료 |
| 유형 | |
| 개인 보호 장비 | 방탄복 방탄 헬멧 방탄 조끼 |
| 차량 보호 장비 | 장갑차 방탄 유리 |
| 건축 자재 | 방탄 유리 방탄 문 방탄 벽 |
| 성능 | |
| 등급 | NIJ 등급 (미국 국립 사법 연구소) EN 1522/1523 (유럽 표준) |
| 테스트 방법 | 탄도 시험 관통 시험 |
| 역사 | |
| 초기 방탄 재료 | 실크 금속 갑옷 |
| 현대 방탄 재료 개발 | 케블라 섬유 개발 (1965년) |
| 사회적 영향 | |
| 군사적 사용 | 군인 보호 |
| 법 집행 기관 사용 | 경찰관 보호 |
| 민간 사용 | 개인 보호 중요 시설 보호 |
| 윤리적 고려 사항 | |
| 방탄 장비 사용 규제 | 무기 규제 |
| 공격적인 무기 개발 경쟁 | 군비 경쟁 |
| 기타 | |
| 관련 용어 | 탄도 방호구 생존성 |
2. 역사
방탄 기술은 고대부터 현대까지 다양한 형태로 발전해 왔다.
1887년, 애리조나주 툼스톤의 의사 조지 E. 굿펠로우는 실크 옷이 총알을 막아낸 사례들에 주목했다. 그는 도박사 루크 쇼트와 찰리 스톰스의 사건, 도시 부시장 빌리 브레이켄리지와 빌리 그라운즈의 사건, 컬리 빌 브로시우스의 부상 사례 등을 통해 실크의 방탄성을 확인했다. 더 툼스톤 에피타프는 "실크 갑옷이 다음 발명이 될 수 있다"고 보도했다.[4] 굿펠로우는 "총알에 대한 실크의 불침투성에 대한 고찰"이라는 기사를 기고하고,[1][5] 실크 방탄복 디자인을 실험했으며,[6] 1900년경에는 갱스터들이 실크 조끼를 착용하기도 했다.[7]
총알은 사용되는 화기와 탄약에 따라 관통력이 다르다. 따라서 "방탄" 패널도 특정 총알은 막을 수 있지만, 철갑탄에는 뚫릴 수 있다. 방탄 재료는 단단하거나 부드러울 수 있으며, 케블라, UHMWPE, 렉산, 탄소 섬유 복합 재료, 강철, 티타늄 등이 사용된다. 2018년, 미군은 인공 실크를 방탄복으로 사용하는 가능성을 연구하기 시작했다.[8]
방탄성 규격으로는 미국법무부 국립 사법 연구소의 NIJ 규격[11], MIL 규격(MIL-STD-662)[12], NATO STANAG(STANAG 2920), 러시아 GOST 규격(ГОСТ Р 50744-95) 등이 있다.[13]
단단한 재료로 두꺼운 벽을 만들어 방탄성을 얻기도 한다. 아시카가 요시하루가 축성한 나카오성은 총알을 막기 위해 자갈을 넣은 백벽을 사용했고,[14] 일본 전국 시대 공성전에서는 방탄 철방패가 사용되었다.
1881년, 한 의사가 견 손수건으로 탄환이 멈춘 것을 발견하고 견직물의 방탄성에 대한 논문을 썼다.[15] 이후 견직물을 겹친 방탄 조끼가 사용되었으며, 스페인 국왕 알폰소 13세의 암살을 막기도 했다.[16]
2. 1. 고대 및 중세
고대에는 칼이나 화살을 막기 위해 주로 청동 갑옷, 로리카 세그멘타타, 사슬 갑옷, 몽골 갑옷, 판금 갑옷 등이 사용되었다. 이러한 갑옷은 현대의 방탄복보다 훨씬 무거워 20~30kg에 달했다.[18] 9세기 중국에서 화약이 발명된 후, 11세기에는 화기가 개발되었다.[19] 16세기에 화승총(Matchlock)이 등장하면서[20] 화기에 대응하기 위한 본격적인 방탄복 개발이 시작되었다.2. 2. 근대
16세기에 총알을 막는 방탄복이 등장했다. 9세기 중국에서 화약이 발견된 후, 11세기에 역시 중국에서 처음으로 화기가 개발되었다.[19] 오랜 시간이 지나 16세기에 심지를 고정하는 장치와 석궁의 방아쇠 구조를 결합한 화승총이 등장했다.[20] 화승총은 1525년 파비아 전투를 전후로 전쟁에서 치명적인 무기로 자리 잡았고, 이에 대응하기 위해 방탄복이 개발되기 시작했다. 방탄복의 상용화는 18세기에 이루어졌다.[18]1887년, 애리조나주 툼스톤의 의사 조지 E. 굿펠로우는 총알이 실크 옷을 관통하지 못한 여러 사례를 기록했다. 그는 도박사 루크 쇼트가 찰리 스톰스를 총으로 쏴 죽인 사건에서, 총알이 스톰스의 심장을 뚫었지만 실크 손수건을 통과하지 못했다는 것을 발견했다. 또 다른 예로, 도시 부시장 빌리 브레이켄리지가 빌리 그라운즈를 살해한 사건에서, 그라운즈의 목 주위의 중국 실크 스카프 주름에서 두 개의 산탄알이 발견되었지만 구멍이나 상처는 없었다.[2][1] 컬리 빌 브로시우스의 부상 사례에서는 실크 스카프가 총알에 의해 상처로 옮겨져 더 심각한 부상을 예방했지만, 스카프 자체는 손상되지 않았다.[2][1][3]
굿펠로우는 1887년 ''Southern California Practitioner''에 "총알에 대한 실크의 불침투성에 대한 고찰"이라는 기사를 기고했다.[1][5] 그는 여러 겹의 실크로 만든 방탄 의류 디자인을 실험했고,[6] 1900년까지 갱스터들은 자신을 보호하기 위해 800달러짜리 실크 조끼를 착용했다.[7]
2. 3. 현대
1차 및 2차 세계대전에서는 기술력 부족으로 실크 대량생산이 어려워 방탄복 양산이 불가능했고, 강철로 만들어진 흉갑 형태의 방탄복이 지급되었다. 소련에서 개발된 1930년대 SN-42[18]와 미군에서 개발된 1950년대 M1952가 대표적이다. M1952는 강화섬유로 제작한 방편복으로, 폭발물 파편으로부터는 효과적이었지만, 일반 화기의 총알은 막지 못했다.[18]1970년대 미국 듀퐁사에서 케블라(Kevlar)를 개발하면서 방탄복의 방어 능력이 혁신적으로 향상되었다.[18] 1978년 미군은 권총탄을 막을 수 있는 PASGT M1 방탄복을 개발하였다.[18] 이후 소총탄 방어용 레인저 방탄복, PALS(Pouch Attachment Ladder System)를 적용한 인터셉터(interceptor) 방탄복, 신속 해체 기능에 중점을 둔 CIRAS 방탄복, 기동성에 중점을 둔 JPC 방탄복 등이 개발되었다.[18]
2. 4. 한국의 방탄복 역사
한국의 방탄복 역사는 삼국시대의 찰갑, 판갑에서 시작하여 고려 및 조선 시대의 쇄자갑, 경번갑, 피찰갑, 두정갑 등으로 이어졌다. 조선 말기, 병인양요(1866년) 이후 흥선대원군은 서양 총기에 대응하기 위해 삼베를 13겹 겹쳐 만든 면제배갑을 개발했는데, 이는 세계 최초로 실전에 배치된 방탄복으로 평가받는다. 현대에는 한국섬유개발연구원, 국방과학연구소, 한국화학연구원, 재료연구소 등에서 첨단 방탄 소재 및 기술 개발에 힘쓰고 있다.3. 원리
방탄복은 소재에 따라 섬유 방탄복과 강판 방탄복으로 나뉜다.[18] 섬유 방탄복은 섬유로 총알의 회전력을 감소시켜 관통을 막고, 강판 방탄복은 강판 및 세라믹으로 발사체를 분쇄시켜 운동량과 침투성을 감소시킨다.[18]
3. 1. 섬유 방탄복
섬유 방탄복은 섬유 소재를 이용하여 총탄을 방호하며, 총알의 회전력을 감소시켜 관통을 막는 방식이다.[18] 높은 인장 강도를 가진 섬유를 여러 겹 겹쳐 만들어 총알의 운동 에너지를 흡수한다. 총알이 방탄복에 맞으면 버섯 모양으로 뭉개지는 "머쉬룸(mushroomed) 현상"이 발생하여[18] 총알의 표면적이 넓어지고 압력이 감소하여 멈추게 된다.
방탄복 제작에는 섬유의 소재, 적층 구조, 탄성계수, 내열성 등이 중요하다.[18]
3. 2. 강판 방탄복
강판 방탄복은 강판 및 세라믹 소재를 이용하여 파편을 방호하며 발사체를 분쇄시켜 운동량과 침투성을 감소시키는 방식이다.[18] 방탄 플레이트의 경도, 굽힘 강도, 파괴인성 등이 방탄복의 성능을 좌우한다.[18] 주로 섬유 방탄복에 금속 또는 세라믹 플레이트를 삽입하여 방호력을 높이는 방식으로 사용된다.[18]4. 방탄 능력 및 소재
방탄 능력은 주로 미국 국립사법연구소(NIJ)의 기준에 따라 평가되며, 막을 수 있는 탄환의 종류, 구경, 속도 등에 따라 등급이 나뉜다.[18]
총알의 디자인은 사용된 특정 화기(예: 9×19mm 파라벨룸 구경의 할로우 포인트 권총 탄약은 7.62×39mm 소총 탄약보다 관통력이 떨어진다)뿐만 아니라 개별 탄약 디자인 내에서도 매우 다양하다.
방탄 재료는 케블라, UHMWPE, 렉산, 또는 탄소 섬유 복합 재료와 같이 복잡하거나 강철 또는 티타늄과 같이 기본적이고 단순할 수도 있다. 방탄 재료는 종종 법 집행 및 군사 분야에서 인명 피해 또는 심각한 부상으로부터 인원을 보호하기 위해 사용된다.
방탄성의 규격으로는, 미국법무부의 장비 조달 기준으로서 국립 사법 연구소(NIJ)가 정한 NIJ 규격이 있다.[11] MIL 규격에서는 MIL-STD-662[12], NATO 가맹국 공통 규격 STANAG에서는 STANAG 2920으로 방탄복에 일정 성능을 가진 제품을 방탄성이 있는 것으로 하고 있다. 러시아의 GOST 규격에서는 ГОСТ Р 50744-95에 의해 방탄복에 일정 성능을 보증하고 있다.[13]
단순히 단단한 재료로 두꺼운 벽을 만드는 것으로도 방탄성은 얻어지며, 군사 목적이나 범죄 억제 효과를 기대하는 경우에는 그러한 방탄이 이루어지기도 한다. 예를 들어, 아시카가 요시하루가 덴분 19년( 1550년) 2월에 축성한 나카오성은, 총알을 막기 위해 자갈을 넣은 백벽이 칠해져[14], 방탄 의식이 철포 전래 시기부터 성벽에 갖춰져 있었음을 알 수 있다. 그러나, 겉모습으로는 방탄이라는 것을 알아채고 싶지 않은 경우나, 가벼움이나 부드러움, 투명성 등이 요구되는 경우에는 특수한 재료가 사용된다.
방탄을 의식한 철방패 (방탄 방패)의 사용은, 일본의 경우, 전국 시대부터 시작되었으며, 『이가지노시루베(伊賀路濃知辺)』에 따르면, 덴쇼 12년( 1584년), 도쿠가와 이에야스가 이가 닌자에게 오와리의 카니에성 공격을 명령했을 때, 돌담에서 위에서 저격당하는 자가 속출했기 때문에, "철 방패 30장"을 주었다고 기록되어 있으며, 공성전에 사용되었다.
4. 1. 능력 기준
대부분의 나라에서는 미 법무성 산하 국립사법연구소(National Institute of Justice, NIJ)에서 정한 방탄복 등급을 사용하고 있다. NIJ 방탄 등급은 2A, 2, 3A, 3, 4 등으로 구분되며, 숫자가 높을수록 더 강력한 총알을 막을 수 있다.[18] 각 등급별 방호 가능한 탄환의 종류, 구경, 속도 등은 다음과 같다.
방탄복에서 가장 많이 사용되는 소재는 섬유 소재이지만, 소재 특성상 NIJ 등급 기준 최대 3A 레벨까지만 방어가 가능하다. NIJ 레벨 3~4 방호를 위해서는 방탄 플레이트를 방탄복에 삽입해야 한다.[18]
방탄 헬멧에 대한 NIJ 규격은 다음과 같다.[21]
방탄으로 분류되기 위한 테스트는 재료나 물체가 견뎌야 하는 탄환의 특성을 상세하게 규정한다. 예를 들어, 국립 법무 연구소 표준 0104.04에 따르면, Type II 조끼는 358m/s 이하 속도의 8.0g 9mm 구경 둥근 코 전체 금속 피복 탄환에 맞았을 때 착용자 신체를 나타내는 점토가 변형되지 않아야 한다. Type IIIA 조끼는 427m/s 이하 속도의 동일 탄환으로부터 보호해야 한다. 두 경우 모두 조끼는 첫 번째 타격으로부터 51mm 이내에서 두 번째 타격으로부터 보호해야 한다.[10]
4. 2. 능력 측정
방탄 성능은 50% 확률로 완전 관통이 발생하는 충격 속도를 측정하는 방호탄도한계(Protection ballistic Limit) 측정 방법, 50% 확률로 완전 관통이 발생하는 피탄각도를 이용하는 방호탄도 임계각도 측정 방법, 기준 장갑 관통 저항에 대비한 상대적 관통 저항 능력인 방호 효율(Ballistic Efficiency) 측정 방법 등으로 평가한다.[21]방호탄도 한계는 장갑이 어느 정도 속도의 탄에서 어느 정도의 방탄 확률을 가지는지 측정하는 방법으로, 가장 보편적인 방호성능 측정 방법 중 하나이다. 운동 에너지탄이 어떤 속도로 장갑과 충돌하였을 때, 그 탄은 장갑을 관통할 확률과 관통하지 못할 확률을 가진다. 50% 완전관통 충격속도란 50% 확률로 장갑을 완전관통할 수 있는 충격속도로, 이것을 방호탄도 한계(protection ballistic limit)라고 정의한다.[21]
이 한계는 일정한 표적장갑의 두께와 피탄각(obliquity, 충격면에서의 장갑면에 대한 법선과 동일점에서의 탄도에 대한 접선간의 각)에 대하여 추진제의 양을 조절하여 충격속도를 변화시키면서 탄도실험을 통해 얻는다. 이때 충분한 횟수의 탄도 실험을 통해 완전 및 부분관통이 섞여서 일어나는 속도 범위인 혼합속도범위(ZMR: zome of mixed results)를 구해낸다. 이것은 완전관통이 일어나는 최고속도와 부분관통이 일어나는 최저속도의 차이의 범위로 나타난다. 이 속도범위가 위치하는 구간으로 장갑의 방탄 성능을 판단할 수 있다.[21]
고속 충격탄 관통실험 장치를 통해 장갑의 고속탄에 대한 방호 성능을 측정하는 방법도 있다. 충격속도는 크게 저속(low, <30m/sec), 고속(high, 30m/sec-240m/sec), 탄도(ballistic, 240m/sec 이상), 초고속(hypervelocity, <15000m/sec) 네 가지 범위로 분류하며, 장갑재료는 240m/s 이상의 탄도충격을 받는다.[21]
고속 충격탄 관통실험 장치는 총열로부터 123.12cm 떨어진 지점에 속도측정을 위하여 1번 탄도스크린을 설치하고 1번에서 91.44cm 떨어진 지점에 2번, 다시 2번에서 91.44cm 떨어진 지점에 3번 스크린을 설치한다. 3번 탄도 스크린에서 72cm 떨어진 지점에 시험편을 두고 시험편에서 15.2cm 떨어진 지점에 알루미늄 확인판을 두고 확인판에서 20cm 떨어진 지점에 커버상자를 설치한다.[21]
총열을 지지하고 있는 탄자 발사대인 거총대는 Aerolab. Supply Co.에서 제작한 거총대를 사용하고, 총열은 오스트리아 AVL사의 5.56mm 소총 총열을 사용한다. 탄자는 5.56mm ball탄을 사용한다. 디지털 오실로스코프와 크로노그래프를 이용해 탄자의 속도를 측정한다.[21]
4. 3. 소재
방탄 소재로는 섬유, 금속, 세라믹 등이 사용된다.1881년, 건맨인 루크 쇼트에게 총격을 받은 도박 브로커를 진찰한 의사가 견(실크) 손수건으로 탄환이 멈춰 있는 것을 발견하여, 견직물의 방탄성에 대해 논문을 썼다.[15] 그 후, 요인 등이 견직물을 여러 겹 겹친 방탄 조끼를 입게 되었고, 실제로 스페인 국왕 알폰소 13세의 암살도 막았다.[16] 1900년까지 갱스터들은 자신을 보호하기 위해 견직물로 만든 800달러짜리 조끼를 착용했다.[7] 2018년, 미군은 인공 실크를 방탄복으로 사용하는 가능성에 대한 연구를 시작했다.[8]
방탄 재료는 케블라, UHMWPE, 렉산, 또는 탄소 섬유 복합 재료와 같이 복잡하거나 강철 또는 티타늄과 같이 기본적이고 단순할 수도 있다.
단순히 단단한 재료로 두꺼운 벽을 만드는 것으로도 방탄성은 얻어진다. 아시카가 요시하루가 덴분 19년( 1550년) 2월에 축성한 나카오성은, 총알을 막기 위해 자갈을 넣은 백벽이 칠해져[14] 방탄 의식이 철포 전래 시기부터 성벽에 갖춰져 있었다.
방탄을 의식한 철방패 (방탄 방패)의 사용은, 일본의 경우, 전국 시대부터 시작되었으며, 『이가지노시루베(伊賀路濃知辺)』에 따르면, 덴쇼 12년( 1584년), 도쿠가와 이에야스가 이가 닌자에게 오와리의 카니에성 공격을 명령했을 때, 돌담에서 위에서 저격당하는 자가 속출했기 때문에, "철 방패 30장"을 주었다고 기록되어 있으며, 공성전에 사용되었다.
4. 3. 1. 섬유 소재
Kevlar영어는 미국 듀퐁 사가 개발한 아라미드(Aramid) 섬유의 브랜드 이름이다. 아라미드는 방향족 폴리아미드(Aromatic amide)의 줄임말로, 벤젠 고리 구조를 가진 유기 고분자 소재이다. 가볍고 강철보다 5배 이상 강한 인장 강도(3500MPa 이상)를 가지며, 분자 간 수소 결합으로 섭씨 300도 이상에서도 안정적인 상태를 유지한다. 또한 특수 용액에 잘 용해되지 않고 내화학성이 뛰어나다.[18]하지만 물에 젖으면 강도가 약해져 방수 처리가 필요하며, 강한 특성 때문에 가공이 어렵다. 자외선에 분해될 수 있어 취급에 주의해야 하고, 가격이 비싸다는 단점도 있다.[18]
Ultra High Molecular Weight Polyethylene영어(UHMWPE, 초고분자량 폴리에틸렌)는 Dyneemanl(다이니마)라고도 불리며 네덜란드 DSM사에서 개발하였다. 케블라보다 탄성력은 약간 떨어지지만(116GPa, 케블라는 130GPa) 충격 흡수력이 뛰어나 방탄복 소재로 가장 많이 사용된다.
그러나 섬유 소재의 한계로 인해 NIJ 방탄조끼 분류 등급 기준 최대 3A 레벨까지만 방어가 가능하다는 단점이 있다.[18]
4. 3. 2. 금속 소재
특수 내마모 강판(AR-Plate, Abrasion Resistant Plate)은 저탄소 붕소(B)를 함유한 합금강으로, 920°C의 고온에서 가열 후 급랭시켜 제작하는 열처리 강판이다.[22] 열처리 방법에 따라 성질이 달라지는데, 일반적인 AR-Plate는 수냉(Water Quenching) 방식으로 생산되지만, 오일(Oil) 또는 공기 경화(Air Hardening) 기법으로 열처리하면 가공경화능(Work-Harding)이 증가하여 내마모성이 향상되고 높은 인성과 충격치를 갖게 된다.[22] 이렇게 열처리된 강판은 다른 표면 열처리 강판보다 4~10배 이상 긴 내마모 수명을 갖는다.[22]AR-500은 가격이 저렴하고 경도와 탄성이 높아 방탄용 강판으로 가장 많이 사용되지만, 무겁고 경도가 높아 총알이 깨져 파편으로 인한 2차 피해를 유발할 수 있다는 단점이 있어 미국의 민간 시장에서 주로 사용된다.[18] 기존 방탄복에 이러한 강판 플레이트를 넣으면 NIJ등급 기준 레벨 3까지 방어할 수 있다.[18]
실리콘 카바이드(silicone carbide)로 제작된 세라믹 강판 플레이트는 단단하고 금속 강판보다 가볍지만, 가격이 비싸고 충격에 약하다는 단점이 있다.[18] 같은 부위에 두 번 이상 총격을 받으면 위험할 수 있어, 방어력과 기동성이 모두 중요한 군에서 기존 방탄복에 세라믹 플레이트를 넣어 사용하는 경우가 많다.[18] 세라믹 플레이트는 NIJ등급 기준 레벨3에서 레벨4까지 제작 가능하여 소총탄 및 철갑탄도 방어할 수 있다.[18]
5. 활용
방탄 기술은 민간, 경찰, 군 등 다양한 분야에서 활용된다. 방탄 소재는 경화 정도에 따라 경장갑(soft armor)과 중장갑(hard armor)으로 나뉜다.[21]
경장갑은 주로 섬유, 플라스틱 소재로 가공이 쉬워 방탄 의류나 운송수단의 방탄 성능을 높이는 데 사용된다. 반면 방탄 성능에는 한계가 있다. 중장갑은 알루미늄, 티타늄 등의 금속으로 만들어져 탄의 관통을 막는 데 사용된다.[21]
국립 법무 연구소(National Institute of Justice)는 1970년대에 처음으로 방탄복 표준을 개발했다. 1984년 이후 이 표준은 다섯 번 개정되었다. 국립 법 집행 및 교정 기술 센터(National Law Enforcement and Corrections Technology Center)는 표준 준수 여부를 평가하기 위해 방탄복을 테스트하고 그 결과를 발표한다.[9] 미국법무부의 장비 조달 기준인 국립 사법 연구소(NIJ)의 NIJ 규격 외에도, MIL 규격(MIL-STD-662[12]), NATO STANAG(STANAG 2920), 러시아 GOST 규격(ГОСТ Р 50744-95[13]) 등이 방탄복 성능 기준으로 사용된다.
단순히 단단한 재료로 두꺼운 벽을 만드는 것만으로도 방탄성을 얻을 수 있으며, 군사 목적이나 범죄 억제 효과를 위해 사용되기도 한다. 방탄 방패는 일본 전국 시대부터 사용되었다.
1881년, 견직물의 방탄성이 발견되어 논문이 발표되었고, 이후 요인들이 견직물 방탄 조끼를 착용하여 알폰소 13세 암살을 막는 등 효과를 보였다.
- 방탄유리: 유리와 폴리카보네이트 등 플라스틱을 겹쳐 만들거나, 폴리카보네이트만으로 만든다.
- 방탄복: 케블라 등 특수 섬유를 엮거나 세라믹스 경판을 사용한다.
- 방탄벽: 케블라 보강재를 부착하거나 매립한다.
- 방탄차: 금속 재료를 사용한 장갑차와 일반 차량처럼 보이는 것이 있다.
- 모래주머니: 시가전 등에서 즉석 진지 구축에 사용된다.
- 대나무 묶음: 유기 소재 방탄 방패이다.
5. 1. 민간
VIP 대상 특수 제작 차량, 현금 수송차량, 금고 등에 사용된다.[21]5. 2. 경찰
경찰은 총과 파편으로부터 대비하기 위해 방탄 조끼, 헬멧, 기갑 구조 차량(armored vehicle, S.W.A.T vehicle), 수송 차량 등에 방탄을 활용한다.[21]
방탄복은 1984년경부터 사용되어 왔다. 법 집행 기관이 방탄복을 착용하기 시작하면서 경찰관 사망자가 급격히 감소하여 3,000명 이상의 생명을 구했다.
5. 3. 군
방탄은 군에서 다양한 방면으로 활용된다. 방탄 의류, 헬멧, 군용 차량, 군함, 헬기 등에서 주로 활용된다.[21]방탄 소재에 따라 경장갑(soft armor)과 중장갑(hard armor)으로 나뉜다. 경장갑은 섬유, 플라스틱 소재로 가공이 쉬워 방탄 의류나 운송수단의 방탄 성능을 높이는 데 사용된다.[21] 중장갑은 알루미늄, 티타늄 등 금속으로 만들어져 탄의 관통을 막는다. 주로 방탄 헬멧, 팔다리 방호구, 차량, 방호 대피소, 헬기의 재료로 활용된다.[21]
6. 연구 동향
방탄 기술은 국내외에서 다양한 소재와 첨단 기술을 활용하여 활발하게 연구되고 있다. 기존 소재의 성능을 개선하고, 새로운 소재를 발굴하여 더 가볍고, 튼튼하며, 편리한 방탄 제품을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다.[18]
6. 1. 국내
국내에서는 아라미드계 방탄 섬유와 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 등의 소재 개발과 3D 프린팅 기술을 활용한 방탄복 제작 연구가 활발히 진행 중이다.[18]아라미드계 방탄 섬유는 국내 연구진들이 국산화를 위한 연구를 수행 중이다.[18] 한국섬유개발연구원은 구조복합 및 공정융합기술을 활용하여 아라미드 섬유 1g으로 100m 길이의 실을 뽑을 수 있는 기술과 신축성을 가지는 헤스티아(HESTIA)를 개발하였다.[23] 또한, 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)를 활용한 경량 고강도 방탄 방패를 개발하여 '2018 대한민국방위산업전'에 참가하였다.[18] 국방과학연구소는 후처리 공정을 통해 내화학성과 기계적 물성이 증대된 정렬형 아라미드 나노 섬유 제조 방법을 개발하였다.[18] 2019년에는 아라미드 나노 섬유의 제작 시간을 단축하는 공정 기술을 개발하여 고성능 방탄 섬유 개발의 경제성을 향상시켰다.[18]
초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE)은 경쟁국에 비해 기술 수준이 낮지만, UHMWPE의 단점을 보완하면 국가 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 예상된다.[18]
재료연구소 배창준 박사팀은 3D 프린팅 기술을 활용하여 인체 친화적 디자인을 통한 방탄복 성능 향상 연구를 진행하고 있다.[18]
6. 2. 해외
해외에서는 물고기 비늘, 거미줄, 전단농화유체(STF: Shear Thickening Fluid), 금속 스펀지, 그래핀, 탄소나노튜브 등 다양한 소재 및 기술을 활용한 방탄복 개발 연구가 진행되고 있다.[18]2000년대 MIT 연구진은 서아프리카 공룡장어(폴립테루스 세네갈스) 비늘의 구조를 분석, 이를 바탕으로 '드래곤 스킨(Dragon Skin)' 방탄복을 개발했다. 이 방탄복은 여러 개의 실리콘 카바이드 세라믹 원형 디스크를 아라미드 섬유에 비늘 모양으로 이어 붙인 형태로, NIJ등급 레벨3(소총탄 방어 가능) 수준의 높은 방어력을 보였다. 수류탄 파편도 막아냈지만, 구조적 문제와 높은 가격으로 상용화되지는 못했다.[18]
2019년, 미국 샌디에이고 캘리포니아대(UCSD) 연구팀은 남미의 아라파이마(Arapaima)가 피라냐의 공격에도 생존하는 비결이 비늘의 독특한 구조(단단한 외부층과 부드러운 내부층)에 있음을 밝혀냈다. 이 비늘은 방탄복처럼 외부 충격을 효과적으로 막아내며, 두 층이 분리되지 않아 재료가 약해질 염려도 없다. 이러한 연구를 바탕으로 새로운 방탄복 개발이 진행 중이다.[18]
거미줄은 가볍고 유연하며 강철보다 탄성, 인장강도가 높아 방탄복 소재로 주목받고 있다. 2016년 미국의 Kraig biocraft laboratory는 미 육군 의뢰로 '드래곤 실크'라 불리는 인공 거미줄 소재 테스트를 시행했다. 또한, 국제 연구진은 대장균과 거미줄 유전자를 이용해 실제 거미줄과 유사한 인공 거미줄 개발에 성공했다.[18]
미국 델라웨어 대학 연구팀은 전단농화유체(STF)를 이용한 액체 방탄복을 개발했다. STF는 평소 젤 상태지만 충격을 받으면 순간적으로 단단해지는 액체로, 이를 이용한 방탄복은 NIJ등급 레벨 3A 수준의 방호력을 가지면서 가볍고 유연하다. 한국생산기술연구원 유의상 수석연구원 팀은 흄드 실리카(fumed silica)를 이용해 STF를 저렴하게 제조하는 방법을 개발했다.[18]
미국 노스캐롤라이나 주립대학교(NCSU)의 아프사네 라비에이(Afsaneh Rabiei) 교수는 금속 스펀지(CMF: Composite Metal Foam)를 개발했다. CMF는 스테인리스강에 구멍을 뚫은 형태로, 열에 강하고 X선, 감마선, 중성자 방사선을 차단하며, 얇은 두께로도 철갑탄을 막을 수 있어 방탄복 경량화에 기여할 수 있다.[18]
그래핀과 탄소나노튜브를 이용한 미래형 방탄복 연구도 진행 중이다. 2004년 발견된 그래핀은 육각형 탄소 원자가 2차원 평면 형태로 배열된 소재로, 케블라 섬유보다 7배 이상 강하다. 미국 매사추세츠 주립대학교(University of Massachusetts) 이재황 교수팀은 여러 겹의 그래핀을 쌓아 강철보다 10배 이상 효과적인 방탄 소재를 개발했다.[18]
7. 기타
일본의 경우, 전국 시대부터 방탄을 의식한 철 방패가 사용되었으며, 조총 전래 이후 성벽에도 방탄 개념이 도입되었다. 마쓰모토 성의 토벽은 약 30cm 두께로 조총 탄환을 막을 수 있도록 설계되었다.[17] 도쿠가와 이에야스가 제작한 남만동은 조총 탄환을 튕겨내는 방호력을 가졌다.
자연적인 방탄으로는 물속에 깊이 잠수하는 행위가 있다 (각도에 따라 "수면 도탄"을 일으키기 때문이다).
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