탄도학
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1. 개요
탄도학은 발사체의 운동을 연구하는 학문으로, 돌, 화살과 같은 초기 발사체에서 총, 로켓에 이르기까지 다양한 물체의 궤적을 분석한다. 16세기 니콜로 타르탈리아에 의해 처음 수학적으로 연구되었으며, 갈릴레오와 뉴턴의 연구를 통해 과학적 토대가 마련되었다. 탄도학은 강내탄도학, 강외탄도학, 전이탄도학, 최종탄도학의 네 가지 세부 분야로 나뉘며, 군사, 법의학, 우주 개발, 스포츠 등 다양한 분야에 응용된다. 특히 우주 개발 분야에서는 로켓의 궤도 설계 및 제어에 필수적인 기술로 활용되며, 천체역학을 바탕으로 우주선의 움직임을 계산한다.
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| 탄도학 | |
|---|---|
| 탄도학 정보 | |
| 정의 | 물체가 발사되어 운동하는 과정에 대한 과학 |
| 주요 연구 분야 | 발사체 역학 발사 과정 비행 중인 발사체 거동 발사체의 종착 효과 |
| 내부 탄도학 | |
| 정의 | 발사체 추진 과정 연구 |
| 주요 내용 | 화약의 연소 발사관 내 압력 및 온도 변화 발사체 초기 운동 |
| 관련 장비 | 총기 대포 로켓 미사일 |
| 외부 탄도학 | |
| 정의 | 발사체가 발사된 후 목표물에 도달하기 전까지의 운동 연구 |
| 주요 요인 | 중력 공기 저항 바람 코리올리 효과 |
| 연구 내용 | 탄도 궤적 예측 사거리 및 정확도 계산 대기 조건 영향 분석 |
| 종말 탄도학 | |
| 정의 | 발사체가 목표물에 충돌했을 때의 효과 연구 |
| 주요 내용 | 충돌 시 에너지 전달 관통력 및 파괴력 분석 파편 및 충격 효과 |
| 관련 분야 | 방탄 기술 폭발물 효과 분석 |
| 응용 분야 | |
| 군사 | 무기 시스템 설계 및 성능 평가 |
| 우주 | 로켓 및 미사일 발사 궤적 계산 |
| 스포츠 | 사격 및 양궁과 같은 발사체 운동 스포츠 분석 |
| 법의학 | 총기 범죄 조사 |
| 역사 | |
| 고대 | 투석기, 활, 화살 사용 |
| 중세 | 화약과 대포 등장 |
| 근대 | 과학적 방법론 도입, 탄도학 체계화 |
| 현대 | 컴퓨터 시뮬레이션 및 첨단 장비 활용 |
| 같이 보기 | |
| 관련 항목 | 사격술 총기 미사일 로켓 탄도 탄환 |
| 참고 문헌 | |
| 참고 문헌 | "Ballistics: Theory and Design of Guns and Ammunition", Donald E. Carlucci, Sidney S. Jacobson "Interior Ballistics", James N. Bradley "Exterior Ballistics with Applications", Michael McShane |
| 외부 링크 | |
| 외부 링크 | 브리태니커 백과사전의 탄도학 항목 영국 국립 물리 연구소의 탄도학 자료 |
2. 탄도학의 역사
가장 초기 형태의 발사체는 돌, 창, 투척봉 등이었다.[1] 남아프리카 공화국의 Sibudu 동굴에서 발견된 활과 화살의 흔적은 약 1만 년 전으로 거슬러 올라간다. 덴마크 홀메가르드 늪에서 발견된 가장 오래된 활은 약 8,000년 전의 것으로 추정된다.[2] 궁술은 약 4,500년 전 북극 소형 도구 전통과 함께 아메리카 대륙에 전파된 것으로 보인다.
기원전 1000년경 중국에서 총이 처음 등장했으며,[3] 12세기에는 아시아, 13세기에는 유럽으로 전파되었다. 수천 년간 경험적으로 발전해 온 탄도학은 1531년 이탈리아 수학자 니콜로 타르탈리아(Niccolò Tartaglia)에 의해 처음 연구 및 발전되었다.[4][5] 그는 그리스 철학자 아리스토텔레스와 작센의 알베르트가 확립한 직선 운동 부분을 계속 사용했지만, 직선을 원호로 연결하는 혁신을 이루었다. 갈릴레오는 1638년 합성 운동의 원리를 확립하여[6] 탄도 궤적의 포물선 형태를 유도했다.[7]
'탄도학(ballistics)'이라는 단어는 그리스어 , "던지다"라는 뜻에서 유래했다.
총으로 확인되는 최초의 무기는 서기 1000년경 중국에 등장했으며, 12세기까지 아시아 전역으로 확산되어 13세기에는 유럽에 전파되었다.[3]
아이작 뉴턴은 1687년 프린키피아(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)를 출판하여 탄도학을 견고한 과학적, 수학적 토대 위에 올려놓았다.
현대의 액체연료 로켓은 1926년 3월 16일 미국의 '로버트 고더드'가 처음으로 개발하였다.
2. 1. 고대 및 중세 시대
가장 초기 형태의 발사체는 돌, 창, 투척봉 등이었다.[1] 남아프리카 공화국의 Sibudu 동굴에서 발견된 활과 화살의 흔적은 약 1만 년 전으로 거슬러 올라간다. 덴마크 홀메가르드 늪에서 발견된 가장 오래된 활은 약 8,000년 전의 것으로 추정된다.[2] 궁술은 약 4,500년 전 북극 소형 도구 전통과 함께 아메리카 대륙에 전파된 것으로 보인다.기원전 1000년경 중국에서 총이 처음 등장했으며,[3] 12세기에는 아시아, 13세기에는 유럽으로 전파되었다. 수천 년간 경험적으로 발전해 온 탄도학은 1531년 이탈리아 수학자 니콜로 타르탈리아(Niccolò Tartaglia)에 의해 처음 연구 및 발전되었다.[4][5] 그는 그리스 철학자 아리스토텔레스와 작센의 알베르트가 확립한 직선 운동 부분을 계속 사용했지만, 직선을 원호로 연결하는 혁신을 이루었다. 갈릴레오는 1638년 합성 운동의 원리를 확립하여[6] 탄도 궤적의 포물선 형태를 유도했다.[7]
'탄도학(ballistics)'이라는 단어는 그리스어 , "던지다"라는 뜻에서 유래했다.
2. 2. 근대
16세기 이탈리아의 수학자 니콜로 타르탈리아(Niccolò Tartaglia)는 탄도 궤적을 처음으로 수학적으로 연구하였다.[4][5] 그는 직선 운동 부분을 원호로 연결하는 혁신을 이루었다. 17세기 갈릴레오는 합성 운동의 원리를 확립하여[6] 탄도 궤적의 포물선 형태를 유도했다.[7] 아이작 뉴턴은 1687년 프린키피아(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)를 출판하여 운동과 중력의 수학적 법칙을 제시하여 탄도학을 과학적, 수학적 토대 위에 올려놓았다.2. 3. 현대
총으로 확인되는 최초의 무기는 서기 1000년경 중국에 등장했으며, 12세기까지 아시아 전역으로 확산되어 13세기에는 유럽에 전파되었다.[3]
수천 년간 경험적으로 발전해 온 탄도학은 1531년 이탈리아 수학자 니콜로 타르탈리아(Niccolò Tartaglia)에 의해 처음 연구 및 발전되었다.[4][5] 그는 그리스 철학자 아리스토텔레스와 작센의 알베르트가 확립한 직선 운동 부분을 계속 사용했지만, 직선을 원호로 연결하는 혁신을 이루었다. 갈릴레오는 1638년 합성 운동의 원리를 확립하여[6] 탄도 궤적의 포물선 형태를 유도했다.[7] 아이작 뉴턴은 1687년 프린키피아(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)를 출판하여 탄도학을 견고한 과학적, 수학적 토대 위에 올려놓았다.
현대의 액체연료 로켓은 1926년 3월 16일 미국의 '로버트 고더드'가 처음으로 개발하였다. 20세기 이후 로켓 기술은 우주 시대의 개막을 이끌었으며, 달 착륙을 비롯한 우주 탐사에 핵심적인 역할을 수행하고 있다.
3. 비상체(탄체)
비상체는 외부의 힘으로 공간에 발사되는 물체이다. 공단에 발사되는 모든 물체를 비상체(탄체)로 지칭하지만 탄도학에서는 대부분 원거리 무기를 의미한다.[8][9] 수학 방정식이 이 비상체의 궤적을 분석하는데 사용된다.
비상체는 공, 화살, 로켓 등을 포함한다. 탄체(projectile)는 힘의 작용에 의해 공간으로 발사되는 임의의 물체이다. 운동 중인 모든 물체(예: 던져진 야구공)는 탄체이지만, 이 용어는 일반적으로 무기를 가리킨다.
현대에서 가장 단순한 모델은 뉴턴 역학에 기반한 천체역학적인 것이다. 단일 질점계에서 진공 중에 질점의 질량보다 무시할 만큼 작은 물질이 존재하는 경우, 그 궤도는 원추곡선을 그린다.
보다 현실적인 탄도학은 포탄을 발사하는 경우로, 이는 중력 외에도 공기 저항과 기류의 흐름의 영향을 받아 궤도가 벗어나면서 운동을 계속한다. 인공위성은 일정 속도(제1우주속도)로 발사된 물체가 “끊임없이 지평선 너머로 낙하하는” 상태가 되어야 하지만, 지표면은 질점이 아니고 구형이므로, 지상 발사에 의한 단일 단계 로켓으로는 실현할 수 없다. 그래서 2단계 아포지킥 모터에 의해 원점에서 궤도 수정을 하여 지구궤도에 진입시키고 있다. 대륙간탄도미사일은 궤도에 진입시키는 것을 고려하지 않으므로, 대체로 단일 단계 미사일이다.
달 탐사 로켓 등 우주 로켓에서는 지구와 달과 태양의 인력을 받기 때문에 궤도가 복잡해지고(일반적인 3체 문제), 해석적으로 풀 수 없다.[22] 따라서 컴퓨터에 의한 수치 계산에 의존하지 않을 수 없다.
포탄이나 소총탄 등의 탄도학에서는 중력 외에도, 탄환의 형태에 따라 발생하는 공기의 흐름(유체역학)이나 마그누스 효과, 마하수나 레이놀즈 수 등 초음속인지 아음속인지의 차이, 습도나 온도 등의 공기 밀도의 차이, 더 나아가 코리올리힘 등의 영향 등 여러 요소가 복잡하게 관련되어 있다. 따라서 단순한 계산식으로 그 궤도를 나타낼 수 없다.
병기의 유효성을 높이기 위한 군사 연구의 하나로 인식되고 있지만, 우주개발에서는(대기권 이탈과 재돌입 등) 탄도학에서 쌓아온 지식이 필수적인 것이 되어, 군사에만 국한되지 않는 과학 연구 분야의 하나가 되고 있다.
4. 비상체 발사 장치
던지기는 사람의 손으로 비상체를 발사시키는 것이다. 다른 동물들도 비상체를 던질 수 있지만, 인간은 손을 쓰는 재주가 탁월하고 타이밍을 맞출 수 있는 좋은 능력을 가졌다. 이는 인간의 진화과정의 특성이라고 여겨진다.[10][11] 많은 운동선수들은 90mph로 돌을 던질 수 있는데 반해, 침팬지는 20mph까지 밖에 던지지 못한다.[11] 이 능력은 인간의 어깨 근육과 힘줄이 물체를 발사하는 데 필요할 때까지 탄성을 저장할 수 있는 능력을 반영한다.[11] 인류의 투척 능력의 증거는 200만 년 전으로 거슬러 올라간다.[11]
활은 탄성이 있는 재료로 만든 줄로 공기역학적인 특성을 띄는 가늘고 긴 화살이라는 비상체를 발사시킨다.[12] 줄은 활의 두 끝을 연결하고 있으며, 줄을 당겼을 때 생기는 퍼텐셜 에너지가 화살의 운동 에너지로 바뀌는 원리를 이용한 것이다. 궁술은 활로 화살을 쏘는 기술 또는 스포츠이다.[13]
투석기는 폭발적인 힘을 사용하지 않고 비상체를 멀리 발사하는 장치이다. 특히 고대 및 중세 시대에 공성병기로 널리 사용되었다. 투석기는 고대부터 전쟁에서 매우 효과적인 기계 장치 중 하나로 증명되었다. "투석기"라는 단어는 라틴어 catapultala에서 유래했으며, 이는 다시 그리스어 katapeltēs/καταπέλτηςgrc에서 유래했고, 이는 kata/κατάgrc, "반대하여" 와 pallō/πάλλωgrc, "던지다, 내던지다"에서 유래했다. 투석기는 고대 그리스인들이 발명했다.
총은 관처럼 생긴 무기로서 주로 화약을 사용하여 비상체를 발사시키기 위한 기기로 고안되었다.[14] 그러나 최근에 총이라고 하는 것은 화약·공기·전기 등의 힘으로 비상체를 총신·포신 안에서 가속시키고, 비상체가 총신을 떠난 후부터는 관성에 의해 운동하도록 된 것을 뜻한다.[14] 총열 내부에 강선이라는 나선형 홈을 삽입하여 화약이 폭발할 때 생성되는 기류와 탄두를 회전시켜 탄두를 안정시키고, 탄두가 목표 지점까지 정확하고 안정적으로 날아가게 할 수 있다. 특히 요즘 화약을 대체할만한 가속법으로 전자기력을 꼽고 있는데, 두 레일을 놓고 그 가운데 비상체를 놓고 전류를 흘려 자기장의 힘으로 발사하는 방법이 여러나라에서 개발 중이다. 발사체는 고체, 액체, 기체 또는 에너지일 수 있으며, 탄환과 포탄처럼 자유롭거나, 테이저 건의 탐침과 포경용 작살처럼 고정될 수 있다.[14] 발사 방식은 설계에 따라 다르지만, 일반적으로 가스 압력의 작용에 의해 이루어진다.[14]
로켓은 로켓 엔진으로부터 추력을 얻는 미사일, 우주선, 항공기 또는 기타 운송 수단을 말한다. 로켓 엔진은 작용-반작용의 원리에 따라 작동하며, 배기가스를 매우 빠르게 뒤로 내뿜음으로써 로켓을 앞으로 추진한다. 연료를 뒤로 분사하며 발생하는 반작용으로 추진력을 얻는다.
저속에서는 비교적 비효율적이지만, 로켓은 비교적 가볍고 강력하며, 큰 가속도를 생성하고 합리적인 효율로 탈출 속도에 이르는 매우 높은 속도를 달성할 수 있다. 대기 의존성이 없어 우주에서도 매우 잘 작동한다.
군사 및 오락용 로켓은 적어도 13세기 중국까지 거슬러 올라간다. 과학적, 행성 간, 산업적 중요성은 20세기까지 나타나지 않았으며, 이때 로켓 기술은 달 착륙을 포함한 우주 시대를 가능하게 하는 기술이었다. 현재 로켓은 불꽃놀이, 무기, 사출좌석, 인공위성 발사체, 유인 우주 비행, 우주 탐사에 사용된다.
화학 로켓은 가장 일반적인 고성능 로켓 유형이며, 일반적으로 로켓 추진제의 연소를 통해 배기가스를 생성한다. 화학 로켓은 쉽게 방출되는 형태로 많은 에너지를 저장하며 매우 위험할 수 있다. 그러나 신중한 설계, 시험, 제작 및 사용을 통해 위험을 최소화한다.
4. 1. 던지기
던지기는 사람의 손으로 비상체를 발사시키는 것이다. 다른 동물들도 비상체를 던질 수 있지만, 인간은 손을 쓰는 재주가 탁월하고 타이밍을 맞출 수 있는 좋은 능력을 가졌다. 이는 인간의 진화과정의 특성이라고 여겨진다.[10][11] 많은 운동선수들은 90mph로 돌을 던질 수 있는데 반해, 침팬지는 20mph까지 밖에 던지지 못한다.[11] 이 능력은 인간의 어깨 근육과 힘줄이 물체를 발사하는 데 필요할 때까지 탄성을 저장할 수 있는 능력을 반영한다.[11] 인류의 투척 능력의 증거는 200만 년 전으로 거슬러 올라간다.[11]4. 2. 활
활은 탄성이 있는 재료로 만든 줄로 공기역학적인 특성을 띄는 가늘고 긴 화살이라는 비상체를 발사시킨다.[12] 줄은 활의 두 끝을 연결하고 있으며, 줄을 당겼을 때 생기는 퍼텐셜 에너지가 화살의 운동 에너지로 바뀌는 원리를 이용한 것이다. 궁술은 활로 화살을 쏘는 기술 또는 스포츠이다.[13]4. 3. 투석기
투석기는 폭발적인 힘을 사용하지 않고 비상체를 멀리 발사하는 장치이다. 특히 고대 및 중세 시대에 공성병기로 널리 사용되었다. 투석기는 고대부터 전쟁에서 매우 효과적인 기계 장치 중 하나로 증명되었다. "투석기"라는 단어는 라틴어 catapultala에서 유래했으며, 이는 다시 그리스어 katapeltēs/καταπέλτηςgrc에서 유래했고, 이는 kata/κατάgrc, "반대하여" 와 pallō/πάλλωgrc, "던지다, 내던지다"에서 유래했다. 투석기는 고대 그리스인들이 발명했다.4. 4. 총
총은 관처럼 생긴 무기로서 주로 화약을 사용하여 비상체를 발사시키기 위한 기기로 고안되었다.[14] 그러나 최근에 총이라고 하는 것은 화약·공기·전기 등의 힘으로 비상체를 총신·포신 안에서 가속시키고, 비상체가 총신을 떠난 후부터는 관성에 의해 운동하도록 된 것을 뜻한다.[14] 총열 내부에 강선이라는 나선형 홈을 삽입하여 화약이 폭발할 때 생성되는 기류와 탄두를 회전시켜 탄두를 안정시키고, 탄두가 목표 지점까지 정확하고 안정적으로 날아가게 할 수 있다. 특히 요즘 화약을 대체할만한 가속법으로 전자기력을 꼽고 있는데, 두 레일을 놓고 그 가운데 비상체를 놓고 전류를 흘려 자기장의 힘으로 발사하는 방법이 여러나라에서 개발 중이다. 발사체는 고체, 액체, 기체 또는 에너지일 수 있으며, 탄환과 포탄처럼 자유롭거나, 테이저 건의 탐침과 포경용 작살처럼 고정될 수 있다.[14] 발사 방식은 설계에 따라 다르지만, 일반적으로 가스 압력의 작용에 의해 이루어진다.[14]4. 5. 로켓
로켓은 로켓 엔진으로부터 추력을 얻는 미사일, 우주선, 항공기 또는 기타 운송 수단을 말한다. 로켓 엔진은 작용-반작용의 원리에 따라 작동하며, 배기가스를 매우 빠르게 뒤로 내뿜음으로써 로켓을 앞으로 추진한다. 연료를 뒤로 분사하며 발생하는 반작용으로 추진력을 얻는다.저속에서는 비교적 비효율적이지만, 로켓은 비교적 가볍고 강력하며, 큰 가속도를 생성하고 합리적인 효율로 탈출 속도에 이르는 매우 높은 속도를 달성할 수 있다. 대기 의존성이 없어 우주에서도 매우 잘 작동한다.
군사 및 오락용 로켓은 적어도 13세기 중국까지 거슬러 올라간다. 과학적, 행성 간, 산업적 중요성은 20세기까지 나타나지 않았으며, 이때 로켓 기술은 달 착륙을 포함한 우주 시대를 가능하게 하는 기술이었다. 현재 로켓은 불꽃놀이, 무기, 사출좌석, 인공위성 발사체, 유인 우주 비행, 우주 탐사에 사용된다.
화학 로켓은 가장 일반적인 고성능 로켓 유형이며, 일반적으로 로켓 추진제의 연소를 통해 배기가스를 생성한다. 화학 로켓은 쉽게 방출되는 형태로 많은 에너지를 저장하며 매우 위험할 수 있다. 그러나 신중한 설계, 시험, 제작 및 사용을 통해 위험을 최소화한다.
5. 탄도학의 세부 분야
탄도학은 일반적으로 다음 네 가지 범주로 나뉜다.[15]
- '''강내탄도학''': 강체내에서 일어나는 현상을 연구하는 학문. 대부분 화약에 의한 충격파나 기류를 연구하여 비상체에 영향을 미치는 영향들을 분석한다. 추진제의 점화부터 발사체가 총열을 빠져나올 때까지의 시간을 다룬다. 로켓 추진 발사체의 경우, 내부탄도학은 로켓 엔진이 추력을 제공하는 기간을 다룬다.
- '''강외탄도학''': 강체외에서 일어나는 현상을 연구하는 학문. 비상체가 총구를 떠나 어떤 매개체를 통하여 목표까지 비행하는 동안 어떤 힘을 받고, 비행하는 동안 생기는 일을 연구하는 분야. 중력, 공기 저항, 바람, 코리올리 힘 등 외부 요인이 비상체의 궤적에 미치는 영향을 분석한다.
- '''전이탄도학''': 발사체가 동력 비행으로 전환될 때의 연구. 발사체가 포구를 떠나는 순간부터 발사체 후방의 압력이 평형을 이룰 때까지의 발사체 거동을 연구한다.
- '''최종탄도학''': 비상체가 목표물에 도달 후 목표물 내에서 탄자의 운동과 목표를 어떻게 파괴하는가를 다루는 분야이다. 법과학적 탄도학은 법정이나 법 체계의 다른 부분에 유용한 정보를 얻기 위해 총알과 총알이 충격을 가한 흔적을 분석하는 것을 포함한다.
5. 1. 강내탄도학 (내탄도학)
강내탄도학(내탄도학)은 탄도학의 한 분야로, 총기 또는 로켓 내부에서 추진제가 연소되면서 발생하는 현상을 연구한다.[16][17] 주로 화약의 폭발로 인한 충격파, 기류 등이 비상체에 미치는 영향을 분석한다.총기류에서 내부탄도학은 추진제의 점화부터 발사체가 총열을 빠져나올 때까지의 시간을 다룬다.[16] 소구경 소총 및 권총부터 첨단 포병에 이르기까지 모든 종류의 화기 설계자와 사용자에게 중요하다.
로켓 추진 발사체의 경우, 내부탄도학은 로켓 엔진이 추력을 제공하는 기간을 다룬다.[17]
5. 2. 강외탄도학 (외탄도학)
강외탄도학(또는 외부탄도학)은 비상체가 총구나 로켓에서 발사된 후 비행하는 동안 겪는 현상을 연구하는 학문이다. 추진력이 없는 발사체의 비행 거동을 다루며, 화기와 관련하여 탄환이 총열을 빠져나온 후 표적에 맞기 전까지의 단계를 다룬다. 이는 과도 탄도학과 최종탄도학 사이에 위치한다.강외탄도학에서는 중력, 공기 저항, 바람, 코리올리 힘 등 외부 요인이 비상체의 궤적에 미치는 영향을 분석한다. 탄도학은 로켓이나 공, 화살 등의 다른 발사체의 자유 비행도 다룬다.
5. 3. 전이탄도학 (중간탄도학)
전이탄도학(intermediate ballistics)은 발사체가 포구를 떠나는 순간부터 발사체 후방의 압력이 평형을 이룰 때까지의 발사체 거동을 연구하는 학문으로,[18] 내부 탄도학과 외부 탄도학 사이에 위치한다.[19] 비상체가 발사 장치를 떠나는 순간부터 외부 힘의 영향을 받기 전까지의 짧은 구간을 연구하며, 강내탄도학과 강외탄도학의 중간 단계에 해당한다.5. 4. 최종탄도학 (종말탄도학)
최종탄도학은 비상체가 목표물에 도달한 후 목표물 내에서 탄자의 운동과 목표물을 어떻게 파괴하는가를 다루는 분야이다.[20] 종착탄도학은 발사체가 표적에 명중했을 때의 거동과 효과를 연구하는 학문이다.[20] 소구경 발사체뿐만 아니라 포병에서 발사되는 대구경 발사체에도 관련이 있으며, 극초고속 충돌 연구는 아직 매우 새롭고 대부분 우주선 설계에 적용된다.법과학적 탄도학은 법정이나 법 체계의 다른 부분에 유용한 정보를 얻기 위해 총알과 총알이 충격을 가한 흔적을 분석하는 것을 포함한다. 탄도학 정보와는 별도로, 총기 및 공구 자국 감정("탄도 지문")은 특정 총기나 공구가 범죄 발생에 사용되었는지 여부를 확인하기 위해 총기, 탄약 및 공구 자국 증거를 분석하는 것을 포함한다.
6. 현대 탄도학의 응용
현대에서 가장 단순한 모델은 뉴턴 역학에 기반한 천체역학적인 것이다. 단일 질점계에서 진공 중에 질점의 질량보다 무시할 만큼 작은 물질이 존재하는 경우, 그 궤도는 원추곡선을 그린다.
보다 현실적인 탄도학은 포탄을 발사하는 경우로, 이는 중력 외에도 공기 저항과 기류의 흐름의 영향을 받아 궤도가 벗어나면서 운동을 계속한다. 그것을 구현하고 있는 것이 인공위성으로, 일정 속도(제1우주속도)로 발사된 물체는 “끊임없이 지평선 너머로 낙하하는” 상태가 되어야 하지만, 지표면은 질점이 아니고 구형이므로, 지상 발사에 의한 단일 단계 로켓으로는 실현할 수 없다(반드시 지표면에 떨어진다). 그래서 2단계 아포지킥 모터에 의해 원점에서 궤도 수정을 하여 지구궤도에 진입시키고 있다. 이에 비해, 소위 대륙간탄도미사일은 궤도에 진입시키는 것을 고려하지 않으므로, 대체로 단일 단계 미사일이다.
달 탐사 로켓 등 우주 로켓에서는 지구와 달과 태양의 인력을 받기 때문에 궤도가 복잡해지고(일반적인 3체 문제), 해석적으로 풀 수 없다.[22] 따라서 컴퓨터에 의한 수치 계산에 의존하지 않을 수 없다.
포탄이나 소총탄 등의 탄도학에서는 중력 외에도, 탄환의 형태에 따라 발생하는 공기의 흐름(유체역학)이나 마그누스 효과, 마하수나 레이놀즈 수 등 초음속인지 아음속인지의 차이, 습도나 온도 등의 공기 밀도의 차이, 더 나아가 코리올리힘 등의 영향 등 여러 요소가 복잡하게 관련되어 있다. 따라서 단순한 계산식으로 그 궤도를 나타낼 수 없다. 이것들을 예측의 범위 내에 담으려고 관측이나 실험이나 계산을 반복하는 학문이라고 할 수 있다.
병기의 유효성을 높이기 위한 군사 연구의 하나로 인식되고 있지만, 우주개발에서는(대기권 이탈과 재돌입 등) 탄도학에서 쌓아온 지식이 필수적인 것이 되어, 군사에만 국한되지 않는 과학 연구 분야의 하나가 되고 있다.
6. 1. 군사 분야
탄도 미사일 개발 및 방어 시스템 구축에 핵심적인 역할을 하며, 각종 화기 및 탄약의 성능 향상에 기여한다.6. 2. 법의학 분야
법과학적 탄도학(Forensic ballistics)은 법정이나 법 체계에 필요한 정보를 얻기 위해 총알과 총알이 충격을 가한 흔적을 분석하는 것을 포함한다. 탄도학 정보와는 별도로, 총기 및 공구 자국 감정("탄도 지문")은 특정 총기나 공구가 범죄 발생에 사용되었는지 여부를 확인하기 위해 총기, 탄약 및 공구 자국 증거를 분석한다. 총기 사건 현장에서 탄도학적 증거를 분석하여 범죄 수사에 활용하며, 총알의 궤적, 충격 흔적 등을 분석하여 사건 경위를 재구성한다.6. 3. 우주 개발 분야
탄도학은 로켓 및 기타 우주선의 움직임과 관련된 실제 문제에 대한 천체역학의 응용이다. 이러한 물체의 운동은 일반적으로 뉴턴의 운동 법칙과 만유인력의 법칙으로 계산된다. 이는 우주 임무 설계 및 제어에서 핵심적인 분야이다. 아폴로 11호의 달 착륙 및 귀환은 천체역학 계산 덕분에 가능했다.탄도학은 우주 발사체의 궤도 설계 및 제어에 필수적인 기술이며, 인공위성, 우주 탐사선 등의 궤도 진입 및 수정에 활용된다. 특히, 대한민국은 독자적인 우주 발사체 개발을 위해 탄도학 연구에 많은 투자를 하고 있다.
6. 4. 스포츠 분야
참조
[1]
뉴스
Oldest Javelins Predate Modern Humans, Raise Questions on Evolution
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