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폭발반응장갑

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1. 개요

폭발반응장갑은 금속판 사이에 화약을 넣어 피격 시 폭발하여 성형작약탄이나 운동 에너지탄의 공격을 방어하는 장갑의 일종이다. 제2차 세계 대전 중 개념이 연구되었으며, 이스라엘이 1982년 레바논 전쟁에서 실전 배치하여 효과를 입증했다. 폭발 반응 장갑(ERA)과 비활성 반응 장갑(NERA, NxRA)으로 나뉘며, ERA는 HEAT탄에 효과적이나 탠덤탄두에 취약하고 파편 피해를 유발할 수 있다. NERA는 폭발 위험이 적고 탠덤탄두 방어에 유리하다. 전기 장갑과 같은 새로운 기술도 연구되고 있으며, 러시아, 우크라이나, 중국 등 여러 국가에서 다양한 반응 장갑을 개발하여 사용하고 있다.

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폭발반응장갑
개요
T-72B 전차에 장착된 콘탁트-1 폭발 반응 장갑
T-72B 전차에 장착된 콘탁트-1 폭발 반응 장갑
유형차량 장갑
작동 방식폭발물
개발 국가소련
설명
폭발 반응 장갑(Explosive Reactive Armour, ERA)는 폭발물을 이용하여 날아오는 발사체를 막는 반응 장갑의 한 종류이다.
성형 작약탄(HEAT)이나 운동 에너지탄(APFSDS]]과 같은 대전차 무기에 대한 차량의 생존성을 향상시키기 위해 개발되었다.
작동 원리ERA는 발사체의 충격에 반응하여 폭발하여 들어오는 탄체를 파괴하는 장갑판을 포함한다.
폭발은 들어오는 발사체를 붕괴시키거나 경로를 변경하여 차량에 도달하기 전에 장갑 관통력을 감소시키도록 설계되었다.
사용 목적대전차 고폭탄(HEAT)에 대한 방어: ERA는 HEAT탄의 작약 효과를 방해하여 장갑 관통력을 감소시킨다.
날개 안정 분리 철갑탄(APFSDS)에 대한 방어: 일부 ERA 설계는 APFSDS탄에 어느 정도의 방어력을 제공할 수 있지만, 효과는 제한적일 수 있다.
장단점장점:
기존의 수동 장갑에 비해 무게 대비 높은 수준의 보호를 제공한다.
비교적 쉽게 기존 차량에 개조하여 장착할 수 있다.
단점:
폭발 시 보병과 같은 근처의 아군에게 위험을 초래할 수 있다.
일회용이며, 한 번 작동하면 교체해야 한다.
일부 ERA는 다중 명중 공격에 효과적이지 않을 수 있다.
추가 정보ERA는 1970년대 후반부터 널리 사용되었으며, 다양한 종류의 전차와 장갑차에 장착되었다.
가장 잘 알려진 ERA 시스템 중 하나는 소련에서 개발된 콘탁트-1이다.
역사
개발 배경제2차 세계 대전 이후, 대전차 고폭탄(HEAT)과 같은 화학 에너지탄이 발전하면서 전차 장갑을 관통하기 쉬워짐.
이에 대한 대응으로, 전차의 생존성을 향상시키기 위한 새로운 장갑 기술이 필요해짐.
초기 연구1960년대 초, 독일의 만프레트 헬트(Manfred Held)는 폭발물을 이용하여 HEAT탄의 관통력을 감소시키는 개념을 연구함.
그는 폭발물이 장갑판을 밀어내어 HEAT탄의 제트 형성을 방해할 수 있다는 것을 발견함.
실제 개발1970년대, 소련은 헬트의 연구를 바탕으로 최초의 실용적인 ERA 시스템인 콘탁트-1을 개발함.
콘탁트-1은 1980년대 초부터 소련군에 배치되기 시작했으며, 아프가니스탄 전쟁에서 처음 사용됨.
발전콘탁트-1 이후, 다양한 국가에서 ERA 시스템을 개발함.
콘탁트-5, 렐릭트와 같은 더욱 발전된 ERA 시스템은 화학 에너지탄뿐만 아니라 운동 에너지탄에 대한 방어력도 제공함.
현재는 비폭발 반응 장갑(NERA)과 같이 폭발물을 사용하지 않는 반응 장갑도 개발되고 있음.
종류
콘탁트-1소련에서 개발된 최초의 ERA 시스템.
폭발물을 내장한 금속 상자로 구성되어 있으며, HEAT탄의 제트 형성을 방해하여 관통력을 감소시킴.
콘탁트-5소련에서 개발된 2세대 ERA 시스템.
화학 에너지탄과 운동 에너지탄 모두에 대한 방어력을 제공함.
폭발물 외에 금속판을 사용하여 APFSDS탄의 관통력을 감소시킴.
렐릭트러시아에서 개발된 최신 ERA 시스템.
콘탁트-5보다 더욱 향상된 방어력을 제공하며, 다양한 종류의 대전차 무기에 대응할 수 있음.
기타이스라엘의 블레이저(Blazer) ERA
프랑스의 GIAT BRENUS ERA
우크라이나의 니즈(Nizh) ERA
미국의 ARAT (Abrams Reactive Armor Tiles)
비폭발 반응 장갑 (NERA)폭발물을 사용하지 않고, 장갑판 사이의 공간에 특수 재료를 넣어 운동 에너지를 흡수하는 방식의 반응 장갑.
폭발로 인한 피해를 줄일 수 있다는 장점이 있음.
운용 국가
아시아대한민국: K1A1, K2 전차
중국: 99식 전차, 96식 전차
인도: T-90S 전차, T-72M1 전차
파키스탄: 알-칼리드 전차, 알-자라르 전차
유럽러시아: T-72B3, T-80, T-90, T-14 아르마타
우크라이나: T-64BV, T-72AV
폴란드: PT-91 트바르디
중동이스라엘: 메르카바 전차
시리아: T-72, T-90
이란: 졸피카르 전차
기타미국: M1 에이브람스 (ARAT 장착)

2. 역사

제2차 세계 대전 중 여러 국가에서 반응 장갑에 대한 연구가 시작되었다. 1944년 6월, 호주의 폭발물 공장 마리비르농(Explosives Factory Maribyrnong)은 일본군의 75mm 중공탄 쉘에 대응하기 위해 성형작약탄의 제트 효과를 방해하는 방법을 개발했다.[1] [2]

1949년 소련의 보그단 비아체슬라보비치 보이체호프스키는 장갑 내 반대 폭발("kontrvzryv" 러시아어) 개념을 제안했다. 1960년대에 최초의 생산 전 모델이 만들어졌으나, 기술적 문제로 연구가 중단되었다.

1960년대 독일의 만프레드 헬트 박사는 IDF와 공동 연구를 통해 반응 장갑을 발전시켰다.[4] 1970년에는 독일에서 특허를 취득했다. 1973년의 제4차 중동 전쟁에서 이집트군이 사용한 소련제 대전차 미사일로 인해 이스라엘 기갑 부대는 막대한 피해를 입었고, 이는 반응 장갑 개발의 중요한 계기가 되었다.

1982년 레바논 전쟁에서 이스라엘은 브레이저 반응 장갑을 마가트 전차와 벤구리온에 장착하여 실전에 처음 배치했고, 시리아군과 PLO의 대전차 미사일 및 RPG-7에 대한 효과를 입증했다. 이후 소련과 미국에서도 반응 장갑을 채택하게 되었다.

T-72 MBT용 반응 장갑 "DYNA"

3. 원리

반응 장갑은 크게 폭발 반응 장갑(ERA)과 비활성 반응 장갑(NERA, NxRA)으로 나뉜다.

폭발반응장갑을 부착한 전차


T-90S에 장착된 콘탁트-5 폭발 반응 장갑


반응 장갑 상세


폭발 반응 장갑(ERA)은 장갑 두 장 사이에 화약을 넣어, 포탄과 같이 큰 파괴력을 가진 무기가 닿으면 바깥쪽 장갑이 바깥으로 튕겨나가며 공간을 늘려 관통력을 줄이는 원리이다. 벽돌 블록 형태로, 전차 장갑에 탈부착이 가능하다. 비폭발성 반응 장갑(NERA, NxRA)은 ERA의 폭약 대신 높은 압력을 발생시키는 재료를 사용하여, 메탈제트의 연속성을 방해하는 방식으로 작동한다. 폭발을 일으키지 않아 주변에 피해를 주지 않고, 탠덤탄두에 대한 방어력도 뛰어나다.

폭발 반응 장갑의 개념은 독일 연구자 만프레트 헤르트 박사가 고안했으며, 1970년독일에서 특허를 취득했다. 이스라엘이 최초로 실용화했는데, 1973년 제4차 중동 전쟁에서 이집트군이 사용한 소련대전차 미사일에 큰 피해를 입은 후, 메르카바 전차에 스페이스드 아머와 함께 폭발 반응 장갑 모듈을 개발하여 적용했다. 1982년 레바논 군사 행동(갈릴리 평화 작전)에서 실전 사용되어 시리아군과 PLO의 대전차 미사일 및 RPG-7에 대한 유효성이 입증되었다. 이후 소련미국에서도 비슷한 기술이 실용화되었다.

하지만 폭발 반응 장갑은 탠덤탄두나 APFSDS에는 효과가 떨어진다고 알려져 있다. 러시아-우크라이나 위기에서 탠덤탄두를 채용한 FGM-148 재블린이 러시아군 전차에 큰 피해를 입혔다는 보도가 있었다.[15] 이에 대한 대책으로, 러시아의 콘탁트 5나 우크라이나의 니즈와 같은 신세대 반응 장갑은 1층은 HEAT용, 2층은 APFSDS용으로 설계되어 방호력을 높였다.

폭발 반응 장갑은 작동 시 폭풍과 파편을 흩뿌려 주변 보병에게 피해를 줄 수 있다는 단점이 있다. 현대에는 구 동구권T-55, T-64, T-72, T-80, T-90 등과 미국M48, M60, 프랑스AMX-30과 같은 전후 2세대 전차에 주로 장착된다.

3. 1. 폭발 반응 장갑 (ERA)

폭발반응장갑의 원리


폭발반응장갑(Explosive Reactive Armor, ERA)은 두 개의 금속판 사이에 고성능 폭약을 넣은 시트나 슬래브, 또는 여러 개의 "바나나 모양" 막대 형태로 만들어진다.[1] 이 장갑은 성형 작약탄(HEAT)의 메탈 제트나 운동 에너지탄의 관통자를 방해하여 전차를 보호한다. 피격 시 폭약이 폭발하여 금속판을 밀어내면서 다음과 같은 두 가지 메커니즘으로 방어가 이루어진다.

1. 움직이는 판이 성형 작약 제트의 유효 속도와 충돌 각도를 변경하여 입사각을 줄이고, 판 요소에 대한 유효 제트 속도를 증가시킨다.

2. 판이 성형 작약 탄두의 일반적인 충격 방향에 비해 각을 이루고 있기 때문에, 판이 바깥쪽으로 움직임에 따라 판의 충격 지점이 시간이 지남에 따라 이동하여 제트가 새로운 재료 판을 관통해야 한다.

이러한 두 번째 효과는 충격 시 유효 판 두께를 크게 증가시킨다. ERA의 중요한 측면은 폭발 요소의 브리상스(폭발 속도)인데, 더 브리상스한 폭약과 더 큰 판 속도는 더 많은 판 재료가 다가오는 제트의 경로로 공급되어 판의 유효 두께를 크게 증가시킨다. 이러한 효과는 제트에서 멀어지는 후면 판에서 특히 두드러지며, 속도가 두 배로 증가함에 따라 유효 두께가 세 배로 증가한다.[5]

하지만 반응장갑 내부의 화약이 폭발할 때 생기는 파편 때문에 근처에 있는 병사나 차량이 피해를 입을 수 있다.[1] ERA 판의 폭발은 상당한 양의 파편을 생성하여 주변 사람들은 치명적인 부상의 심각한 위험에 처하게 되므로, 보병은 합동 작전에서 ERA로 보호되는 차량에서 어느 정도 거리를 두고 작전을 수행해야 한다. ERA 타일은 피격 가능성이 가장 높은 장갑 전투 차량 부분, 즉 일반적으로 차체 전면(글라시스)과 포탑의 전면 및 측면에 부착(또는 ''앱플리케'') 장갑으로 사용된다. 이를 사용하려면 차량이 폭발하는 ERA로부터 자신과 승무원을 보호하기 위해 상당히 중장갑이어야 한다.[1]

또한, 많이 장착할수록 무게가 늘어나 전차의 속도가 줄어들어 방어에 취약한 측면 부분에만 장착하게 된다. 폭발이 일어난 후에는 장갑의 방어력이 현저하게 낮아진다. 탠덤탄두(이중 탄두)로 ERA를 저격하고 나온 무기가 개발되어 방어력이 감소하게 되었다.[1]

폭발 반응 장갑은 작동 시 대량의 폭풍 및 금속 파편을 주변에 흩뿌려, 수반하는 아군 보병을 살상하는 매우 바람직하지 않은 특성을 가진다.[1] 현대에는 구 동구권T-55, T-64, T-72, T-80, T-90 등에 많이 장착되며, 그 외에도 미국M48, M60 계열, 프랑스AMX-30과 같은 전후 제2세대 전차의 근대 개수용으로 추가되고 있다.[1]

폭발 반응 장갑은 30mm 이하 구경의 운동 에너지 탄에 의한 충격에 둔감하다. 20mm APIT 기관포탄은 세르비아산 ERA 샘플을 관통하지만, 폭발시키지는 못한다. 그러나 컴퓨터 시뮬레이션에 따르면 소구경(30mm) HEAT 탄은 ERA를 폭발시킬 것이며, 대형 성형 작약탄과 APFSDS 관통자도 마찬가지일 것이다.[6]

3. 2. 비활성 반응 장갑 (NERA, NxRA)

비활성 반응 장갑(NERA, NxRA)은 폭발반응장갑(ERA)과 비슷하게 작동하지만, 폭약 대신 고무와 같은 비폭발성 재료를 사용한다. 탠덤탄두와 같은 성형 작약의 금속 제트가 충돌하면, 충격 에너지의 일부가 비활성 재료층으로 분산된다. 이때 발생하는 높은 압력으로 인해 충격 부위의 금속판이 국소적으로 구부러지거나 부풀어 오른다.[7] 판이 부풀어 오르면서 제트 충격 지점이 이동하게 되고, 이는 장갑의 유효 두께를 증가시키는 효과를 낸다. 이는 폭발 반응 장갑의 작동 원리와 유사하지만, 폭발물이 아닌 성형 작약 제트의 에너지를 사용한다는 차이점이 있다.[8]

내부 재료가 폭발하지 않기 때문에, 부풀어 오르는 현상은 폭발 반응 장갑보다 덜 격렬하며, 비슷한 크기의 ERA보다 방호력은 다소 떨어진다. 그러나 NERA 및 NxRA는 더 가볍고 다루기 안전하며, 주변 보병에게도 안전하다. 또한, 이론적으로 차량의 모든 부분에 배치할 수 있고, 필요에 따라 여러 겹으로 설치할 수 있다는 장점이 있다. 특히, 주 작약이 발사되기 전에 ERA를 먼저 폭파시키는 방식의 이중 탄두 성형 작약(탠덤탄두)에 대해서도 효과적인 방호력을 제공한다.

3. 3. 전기 장갑

전기 장갑(전자기 장갑)은 아직 실용화되지 않았지만, 미래의 장갑 기술로 연구되고 있는 반응장갑 기술이다. 이 장갑은 공극이나 절연 재료로 분리된 두 개 이상의 전도성 판으로 구성되어 고출력 커패시터를 생성한다.[9][10][11][12][13] 고전압 전원을 사용하여 장갑을 전하하고, 들어오는 물체가 판을 관통하면 전기 회로를 닫아 커패시터를 방전시킨다. 이때 방출되는 많은 양의 에너지는 관통체를 증발시키거나 플라즈마로 만들어 공격을 확산시킨다. 이 기술이 운동 에너지 관통체와 성형 폭약 제트 모두에 효과가 있는지, 아니면 후자에만 효과가 있는지는 아직 공개되지 않았다. 2005년 기준으로, 이 기술은 실제 운용되는 플랫폼에 도입되지 않았다.

4. 주요 반응 장갑

다음은 각국의 주요 반응 장갑이다.

국가반응 장갑
이스라엘블레이저 (1979년)
프랑스브레누스(BRENUS)
체코슬로바키아디나72(Dyna-72)
슬로바키아디나S(Dyna-S)
폴란드(ERAWA-1 / ERAVA-2)
소련/러시아Контакт-1|콘탁트-1ru (Kontakt-1, K-1, 4S20, 1983년): 제1세대.
콘탁트 1 개량형 (소련): 제1세대+.
콘탁트 5 (Контакт-5|콘탁트-5ru; Kontakt-5, K-5, 4S22, 1987년): 제2세대.
콘탁트 5 개량형: 제2세대+.
Реликт|렐릭트ru (Relikt): 콘탁트 5의 개량형.
칵투스( Кактусru; Kaktus): 제3세대.
Малахит|말라히트ru (Malakhit)
우크라이나니주 (Ніжuk; Nizh): 콘탁트 5의 개량형. 제2세대+ 또는 제3세대.
Дуплет|두플레트uk (Duplet)
중국FY-5(반응-5): 제2세대.


4. 1. 이스라엘

이스라엘 방위군의 마가흐6 전차에 블레이저 반응장갑을 장착한 모습

  • 블레이저 (Blazer): 1979년 개발.

4. 2. 프랑스

프랑스는 브레누스(BRENUS) 반응장갑을 개발하였다.

4. 3. 체코슬로바키아

디나72(Dyna-72)

4. 4. 슬로바키아


  • 디나S(Dyna-S)

4. 5. 폴란드


  • 에라바1(ERAWA-1) / 에라바2(ERAVA-2)

4. 6. 소련/러시아


  • Контакт-1|콘탁트-1ru (Kontakt-1, K-1, 4S20, 1983년): 소련의 1세대 폭발반응장갑.[1]
  • 콘탁트-1 개량형 (소련): 1세대+ 폭발반응장갑.
  • 콘탁트 5 (Контакт-5|콘탁트-5ru; Kontakt-5, K-5, 4S22, 1987년): 소련의 2세대 폭발반응장갑.
  • 콘탁트-5 개량형: 2세대+ 폭발반응장갑.
  • Реликт|렐릭트ru (Relikt): 콘탁트-5의 개량형.
  • Кактус|칵투스ru (Kaktus): 소련의 3세대 폭발반응장갑.
  • Малахит|말라히트ru (Malakhit): 소련/러시아의 폭발반응장갑.


폭발반응장갑(ERA)은 두 개의 금속판 사이에 고성능 폭약을 넣은 시트나 슬래브 형태로 만들어진다. 관통 무기의 공격을 받으면 폭약이 폭발하여 금속판을 벌려 관통자를 손상시킨다.

이러한 방해는 두 가지 메커니즘으로 발생한다. 첫째, 움직이는 판은 성형 작약 제트의 유효 속도와 충돌 각도를 변경하여 입사각을 줄이고 판에 대한 유효 제트 속도를 증가시킨다. 둘째, 판이 성형 작약 탄두의 일반적인 충격 방향에 비해 각을 이루고 있기 때문에, 판이 바깥쪽으로 움직이면서 충격 지점이 시간이 지남에 따라 이동하여 제트가 새로운 재료 판을 관통해야 한다. 이 두 번째 효과는 충격 시 유효 판 두께를 크게 증가시킨다.

운동 에너지 발사체에 효과적인 ERA는 더 두껍고 무거운 판과 더 두꺼운 폭약 층을 사용해야 한다. 소련의 콘탁트-5와 같은 중(重) ERA는 ERA 깊이보다 긴 관통 막대를 부서뜨려 관통 능력을 감소시킨다. 그러나 현대식 APFSDS는 일반적으로 강하고 열화 우라늄 코어를 가지고 있어 ERA에 의해 부서지지 않는다.

ERA의 중요한 측면은 폭발 요소의 브리상스(폭발 속도)이다. 브리상스가 큰 폭약과 더 큰 판 속도는 더 많은 판 재료가 제트의 경로로 공급되어 판의 유효 두께를 크게 증가시킨다. 이 효과는 제트에서 멀어지는 후면 판에서 특히 두드러지며, 속도가 두 배 증가하면 유효 두께가 세 배 증가한다.[5]

1980년대부터 소련과 독립 국가들은 ERA를 사용했으며, 오늘날 동유럽 군대의 거의 모든 전차는 ERA를 사용하거나 ERA 타일을 추가했다. 여기에는 40~50년 전에 제작되었지만 현재 예비 부대에서 사용되는 T-55, T-62 전차도 포함된다.

4. 7. 우크라이나


  • 니주 (Ніжuk; Nizh): 콘탁트 5의 개량형. 제2세대+ 또는 제3세대.
  • Дуплетuk (Duplet)

4. 8. 중국

중국

  • FY-5(반응-5): 제2세대.

5. 한계 및 발전 방향

초기 반응장갑은 성형 작약탄을 2개 장착한 탠덤 탄두나 APFSDS와 같은 특정 유형의 공격에 취약했다. 탠덤 탄두는 이중 탄두 구조로 ERA를 무력화시키도록 설계되었으며, APFSDS는 ERA에 의해 부서지지 않는 강한 관통자를 사용하기 때문이다.[15]

하지만 현대의 반응장갑은 이러한 한계를 극복하기 위해 다양한 기술을 적용하고 있다. 예를 들어, 러시아의 "콘탁트 5"나 우크라이나의 "니즈"와 같은 신형 반응장갑은 다층 구조를 채택하여 1층은 성형 작약탄(HEAT)에 대응하고, 2층은 APFSDS에 대응하도록 설계되었다.

대한민국K2 흑표 전차는 복합 반응장갑을 적용하여 탠덤 탄두와 운동 에너지탄 모두에 대한 방호력을 향상시켰다.

이처럼 지속적인 연구 개발을 통해 반응장갑의 성능은 계속 발전할 것으로 예상된다.

참조

[1] 웹사이트 POTASSIUM NITRATE AND SODIUM NITRITE MIXTURE https://cameochemica[...] National Oceanic and Atmospheric Administration 2024-08-03
[2] 뉴스 1 0 Australian ERA, Archives from Ed Webster of Armoured Archives https://imgur.com/ga[...] Explosives Factory Maribyrnong/Ed Webster 1944-06
[3] 웹사이트 Preliminary Tests of Picatinny Arsenal Device (Linear Cutting Charge) Against, Dynamically Fired Ammunition https://apps.dtic.mi[...] 2024-03-03
[4] 서적 Israel's Clandestine Diplomacies https://books.google[...] Oxford University Press
[5] 논문 Dynamic Plate Thickness of ERA Sandwiches against Shaped Charge Jets 2004-08-20
[6] 논문 Criteria and evaluation of ballistic sensitivity of explosive reactive armor http://www.vti.mod.g[...] 2023-05-16
[7] 웹사이트 Protection Systems For Future Armored Vehicles http://www.defense-u[...] 2008-08-10
[8] 간행물 Non-explosive energetic material and a reactive armour element using same http://appft1.uspto.[...] 2007-08-29
[9] 뉴스 U.S. Military Uses the Force https://www.wired.co[...] Wired News
[10] 뉴스 'Star Trek' shields to protect supertanks http://observer.guar[...] The Guardian
[11] 웹사이트 'Electric armour' vaporises anti-tank grenades and shells - Telegraph https://www.telegrap[...] 2018-04-02
[12] 웹사이트 Electrified Vehicle Armour Could Deflect Weapons http://www.armedforc[...] 2011-04-28
[13] 웹사이트 Advanced Add-on Armor for Light Vehicles http://www.defense-u[...] 2007-10-17
[14] 웹사이트 「爆発反応装甲」の英語・英語例文・英語表現 https://ejje.weblio.[...] 2023-10-12
[15] 뉴스 対戦車砲「ジャベリン」、ウクライナ抵抗の象徴に ゲリラ戦で有効 https://www.jiji.com[...] 2022-03-18



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