2014년 12월 22일 월요일

야마토 vs 비스마르크 포격전? 탄도계산문제

밀덕(밀리터리 오덕후/오타쿠)은 두 전함의 성능을 비교하겠지만 결론은 “운 없는 놈이 당한다!”이다. 이게 중고등학교 물리학 지식만 있어도 금방 알 수 있는 문제다. 사격에서 직사와 곡사의 정확도 문제인데 비행시간이 길면 적중률이 떨어진다. 이 문제는 임진왜란 해전에도 적용되기 때문에 진짜 그 때 멀리 곡사로 포만 날렸을까? 영화 “명량”이 고증에 충실했다고 하는데 어디까지가 진실인지 모르겠다. 요즘 영화는 뻥이 심하다.

  • 1차 대전 : 전함의 시대 (멀리서 펑펑 포만 쏘는 시대)
  • 2차 대전 : 항모의 시대 (날아가서 직접 보고 폭격 하는 시대)
  • 3차 대전 : 미사일 시대 (기계식 카미카제 전법)

물리학에 문외한인 밀덕에게 물리학 공식 보여 줘도 무용지물이기 때문에 표도 아닌 그래프로 그려서 보여주겠다. 그래프의 x와 y는 읽을 수 있겠지? 오직 포격 각도와 최대 사거리, 최대 고도, 비행 시간, 오차만 고려하겠다. 총포의 발사 속력은 대략 마하 2~3이니까 공기 저항도 고려해서 777m/s=마하2.3이라 고정하자.

※ 참고로 666m/s=마하2, 888m/s=마하2.6, 999m/s=마하3도 계산했다. 진공 중 마하 3이라야 100km 날린다. 고로 공기 중 포격으로 100km 넘기기 힘들다.

중간의 풍향, 풍력, 공기밀도에 따른 공기저항, 습도에 따른 수분저항, 비와 구름의 영향 등을 제외한다. 그러니까 진공 중 비행으로 가정한다. 오차는 총포의 기술적 수준이 같을 것이라고 보고, 소총의 유효사거리가 500m라고 하니 대략 500m에서 직경 50cm 맞출 확률이 50%라고 보겠다. 50cm는 사람의 어깨 폭이다. 고로 1km에 직경 1m 안에 떨어질 확률이 50%라고 보겠다.

전기) 1mil = 1/1000인치 = 전선 직경 단위, atan(0.001) = 0.05729도
군사) 1mil = 원주의 1/6400 = 360도/6400 = 0.05625도











이 그래프를 보면 역탄도 계산도 가능하다. 즉 거리를 알면 발사 각도를 알 수도 있다. 그래프 보는 방법을 설명한다. 예를 들어 중간인 45도로 쏘면 약 62km 날아가며, 고도는 1/4인 15.5km이다. 거리와 고도 이 두 정보만 있으면 포물선을 그릴 수 있다. 비행 시간은 약 115초, 거리 오차는 거의 0이고, 높이 오차도  0정도이다. 이 거리는 실제 포격 거리와 비슷하다. 함포는 60km 정도를 못 넘었다.

45도 이하는 장애물이 없는 바다에서 쏘는 것이다. 직사에 유리한 각도이고 옆구리를 때려야 하니 높이 오차가 더 중요하다. 45도 이상은 장애물이 있는 육지에서 쏘는 것이다. 여기선 땅에 거의 수직으로 떨어지기 때문에 거리 오차가 더 중요하다. 또한 45도 이상은 대공포라고 볼 수도 있다. 대기권은 약 32km 정도다. 비행기 비행 최대 고도는 약 12km이다. 고로 12km 도달 시간이 중요할 것이다. 수직으로 쏴도 15초 이상 걸린다. 비행기는 이미 떠나고 없을 것이다.

전함 길이가 200m라고 하자. 20km에서 보면 1/20000의 크기로 보인다. 그러니까 1m 앞에 도화지 놓고 1/100m = 1cm를 표시하면 된다. 이정도면 육안으로 보이는 크기다. 최대 사거리에선 1/3cm로 보일 것인데 이건 1km에서 사람을 보는 것과 비슷하다. 그러니까 최대 사거리에선 육안 발견이 힘들다. 망원경이 있어도 360도 훑어 봐야 하고 날씨가 맑아야 한다.

설마 45도로 쏘아 최대 거리의 물체를 맞추려고 하겠는가? 보통 영해가 약 20km 수준이기 때문에 이 정도 거리에서 사격한다고 보겠다. 이 거리는 최대 사거리의 약 1/3 수준이다. 보행 속도가 4km/h이기 때문에 약 5시간 걸어야 한다. 그럼 약 10도쯤에서 발사 했다고 할 경우 25~30초 후에 포탄이 떨어지고, 적중률 50%인 범위는 높이로 보면 약 20m 폭이다. 거리로 보면 약 115m 폭이다. 배의 속도가 약 60km/h = 16m/s이다. 25초면 자기 몸 길이의 2배인 400m 이동한 것이다. 맞출 수 있을 것 같나? 상대와 내가 움직일 경우는 바로 쏘면 죽는 레이저 총으로도 저격하기 힘들다. 

요즘은 이런 무용지물인 곡사포 사격을 하지 않는다. 미사일 순양함에는 장거리 저격용 미사일과 잠지만한 함포가 하나 달려 있다. 이 함포는 호신용 권총이라고 생각하면 된다. 전투용 소총은 미사일이라고 생각하면 된다. 현대 함포는 직사로 사격한다. 예를 들어 3도 각도, 약 6.4km로 사격을 할 경우 약 8초 비행 후 높이 오차 6m로 목표에 맞는다. 이러면 적은 200m 몸으로 약 128m 이동한 것이 되니 도망 못 가고 바로 맞게 된다. 보통 지상의 전차는 약 3km, 약 1~2초 거리에서 사격하더라. 반응할 시간이 없기 때문에 일단 상대 눈에 잡히면 끝이다. 그러니까 먼저 보고 먼저 쏘면 이긴다.

그래서 하는 말인데 강선이 없던 임진왜란 시절에 곡사 함포 사격이 과연 정확했을까? 그 시대 대포로는 100m 앞에서 직사를 해도 맞추기 힘들다. 실험 동영상 검색해 보라. 그러면 서양 영화에서 보듯이 목재선이 나란히 옆에 서서 상당히 근거리(약 50m?)에서 쏘았을 것이고 그렇다면 적이 배에 상륙하여 백병전이 벌어졌을 가능성이 높다. 이게 거북선이 필요한 이유인지도 모르겠다.

무겁도 두꺼운 전함은 노를 젓는 방식으로는 배의 속도가 나지 않았을 것이니 도망가기도 힘들었을 것이다. 영화 “명량”에서 보여준 전투 방법이 실제 전투 방식이었을 가능성이 있다. 그래프에서 보면 직사 할 때 포격 각도 1도 오차가 거리 1km 차이를 낸다. 출렁이는 바다에서 목재선이 1도 정도 흔들리는 것은 흔하기 때문에 분명 원거리 곡사가 아닌 근거리 직사를 했을 것이다. 아마도 조총과 화살을 쏠 수도 있는 거리였을 것이다.

마지막으로 육안으로 적을 발견하려면 높은 곳에서 관찰해야 한다. 당연히 수평선 너머에 숨어 있는 적은 보이지 않는다. 고로 관찰 고도와 수평선까지의 거리를 구하면 그 거리까지는 일단 적을 관찰할 수 있다. 물론 키가 아주 큰 물체는 수평선 너머에 있어도 상체나 머리는 보이니까 관찰할 수는 있다. 이것은 레이더에도 통하는 문제다. (레이더는 대기층 중의 전리층에 반사 되기 때문에 더 멀리 본다.)

수학을 잘 모르는 밀덕을 위해서 계산결과를 그래프로 보여 주겠다. 지구 둘레는 사람들이 모여서 4만km로 정했다. 그게 1m의 정의다. 고로 반지름은 자동으로 6366.198km가 된다. 여기에 해수면에서 고도를 더한다.






그래프가 재미있는 특성을 보이는데 고도가 100배 높아지면 수평선까지 거리는 10배가 되는 관계가 있다. 그러니 10m, 100m까지만 알면 나머지 1km, 10km, 100km는 쉽게 계산이 된다.

그래프를 보면 알겠지만 전함의 높이가 어느 정도인지는 몰라도 100m는 넘지 않을 것이다. 100m에서 봐도 수평선까지 36km이다. 비스마르크 사양을 인터넷에 찾아보니 홀수선 이상의 높이는 길이의 약 1/10이다. 폭은 길이의 약 1/7이다. 그럼 200m 길이의 전함에선 약 20m 높이다. 그래프에서 약 20m 높이에선 수평선까지 거리가 16km이다. 비스마르크와 야마토는 길이가 200m가 넘기 때문에 여하튼 대충 영해라고 하는 약 20km에선 수평선 바로 위에 전함 머리가 보인다.

이 거리는 말 그대로 보고 쏠 수 있는 거리다. 비스마르크의 전투 내용을 보면 거의 이 거리에서 포격을 했다. 물론 상대인 영국 전함은 운이 없어 침몰했다고 보면 된다. 미스마르크도 운이 다 해서 침몰한 것이다. 약 400발을 쏘아서 침몰시켰다고 하니 엄청난 포탄 낭비다. 장갑이 두꺼워 침몰은 면했다고 하지만 다른 장치가 고장 나면 어차피 전투 불가다. 불침함을 만들고 스스로 침몰시키니 바보짓이다.

전함이 전차처럼 가까이 가서 직사로 쏘기엔 너무 위험하다.
서로 멀리서 “부디 맞아 주세요.” 하며 쏘는 것이 전투 쇼다.



실제 야마토 사양으로 보면 홀수선 이상이 40미터 미만이다. 거리 측정기가 있는 곳이 30미터라고 하다면 사격 거리는 20km가 최대이다. 미국 전함도 이 거리가 최대 사격 거리이고 영해의 범위도 이 정도이니 실제 전투는 20km 이내에서 벌어진 것이라 봐야 한다.



아니 지금 이 시대 해군 수준이 어떠한데 제대로 된 해군도 없는 북한의 미지의 최첨단 잠수함이 한미합동 훈련 중인 시기에 천안함에 어뢰를 쏘아 침몰시켰다고 선동질을 하냐? 이 짓을 하는 친일독재잔당이나 거기에 속는 보수우익꼴통이나 거의 사이비 목사와 개독교 신도 수준의 관계로다.

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