탄도학(ballistics)

탄도학(ballistics) 이란.

탄도학(ballistics)은 발사체가 포신 또는 노즐 내부의 작용 힘, 강선에 의한 수직 항력, 비행 중 중력 및 공기 저항력과 같은 운동 동안 원하는 궤도를 달성하기 위해 발사체를 설계하고 제어하는 과학입니다.

즉, 발사체(총알, 포탄, 로켓)가 물리적 힘에 의해 발사된 후 가속 및 비행하여 최종 목표 도달 되기 까지의 운동과 관련된 역학 분야입니다

탄도학(ballistics)의 어원은 '던지다'라는 뜻의 그리스어 “βάλλειν ballein”에 있습니다.

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역사

최초의 탄도 발사체는 돌과 창류였습니다.

이후 활이 등장하여 발사체의 개념이 생겨났습니다. 아마 이 당시는 탄도학이라기보다 발사체의 발사에 있어 적용되는 변수를 경험이나 직관적으로 파악하는 것이 대부분으로 보입니다.

화약류를 사용하는 무기는 서기 1000년경 중국에서 나타났고 이 기술은 12세기에 아시아 전역에서 13세기에 유럽으로 전파되었습니다.

수천 년의 경험적 발전 이후, 탄도학은 1531년 이탈리아 수학자 Niccolò Tartaglia에 의해 처음 연구되고 개발되었습니다. 이후 탄도학은 1687년 아이작 뉴턴에 의해 과학적, 수학적 근거를 확고히 다졌으며, 1687년 '자연법칙 원리 수학(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)'이 출판되었습니다. 이를 통해 운동과 중력에 대한 수학적 법칙이 생겨나면서 처음으로 궤적을 성공적으로 예측할 수 있게 되었습니다.

활과 화살, 투석기와 재래식 총, 포탄을 지나 근대화가 진행되면서 근대식 총과 포에 본격적으로 탄도학이 적용되었습니다. 총포의 경우 탄도학이 적용되면서 과거 둥근 발사체에서 유선형으로 변경되었고 이후 비행의 균일성을 위해 강선 개념이 도입되기도 하였습니다.

총, 포, 미사일 등 전쟁을 통해 비약적인 발전을 이룬 탄도학은 현대에 이르러 로켓과 미사일에 적용되어 항공우주산업의 한 축을 이루고 있습니다.

 

탄도 이론의 기원: 디에고 우파노의 포병에 관한 책에서 발췌(1628년) (출처:구글 이미지)

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분류와 적용

탄도학은 네 가지 범주로 분류됩니다.

1) 강내 탄도학 : 발사체를 가속, 추진하는 과정에 대한 연구이며 이는 발사체가 가이 드을 빠져나갈 때까지의 추진제 점화 시간을 포함합니다. 내부 탄도학에 대한 연구는 소구경 소총과 권총에서 첨단 대포에 이르기까지 모든 유형의 화기 설계에 적용됩니다..

2) 전환 탄도학 : 발사체가 가이드를 떠나 발사체 뒤의 압력이 균등 전환될 때까지 발사체의 거동에 대한 연구입니다.

3) 강외 탄도학 : 비행 중 발사체의 궤적에 대한 연구입니다. 외부 탄도학은 흔히 총기와 관련이 있으며, 탄환이 총신에서 나온 후 목표물에 닿기 전까지의 무동력 자유 비행 단계를 다루므로 과도 탄도학과 종말 탄도학 사이에 위치합니다. 로켓 및 공, 화살 등과 같은 기타 발사체의 자유 비행과도 관련이 있습니다.

4) 최종 탄도학 : 발사체가 비행을 종료할 때 발사체와 그 효과에 대한 연구입니다. 말단 탄도학은 발사체가 목표물에 도달 시 효과를 연구하는 학문입니다. 말단 탄도학은 소구경 발사체와 대구경 발사체 모두에 적합합니다. 초고속 충격에 대한 연구는 대부분 우주선 설계에 적용됩니다.

 

그 외, 법의학으로 시작된 상처 탄도학, 말단 탄도학에서 응용된 방탄 연구 분야가 있으며 골프와 같은 스포츠에서도 사용되며 게임에서 현실성을 살리기 위해 적용되기도 합니다.

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마치며.

탄도학(ballistics)은 무기 발전과 관련된 분야로, 미적분학과 물리학 및 역학을 활용하여 발사체의 운동을 분석하고 궤도를 연구하는 학문입니다. 또한 인공위성과 같은 우주 비상체의 궤도 분석도 탄도학 분야에 속합니다. 탄도학은 총 안에 들어가는 강선, 포탄의 형상과 종류 등 무기의 기술적 발전에 영향을 주었으며, 현재도 이러한 무기의 설계와 개발에 큰 영향을 주고 있습니다. 전산유체역학과 같은 프로그램의 개발로 수치 데이터 확보에 신속성과 편리성이 증대되었습니다. 이처럼 탄도학은 인류 역사와 밀접하게 연관된 분야입니다. 이 분야 또한 AI의 영향으로 더욱 크게 발전할 전망입니다.