정밀 폭격의 물리학

2024-02-04-일 수정

밀덕(밀리터리 오덕후/오타쿠)을 위한 정밀 폭격에 대한 간단한 계산 결과이다. 물리 공식 설명은 그들 머리론 피곤할 것이니 간단하게 결과를 그래프로 나타낸다. X, Y만 읽으면 계산 결과 값을 알 수 있다.

정밀 폭격의 원리는 단순하다. 고도를 일정하게 유지하고, 속도를 일정하게 유지하면, 진공일 때는 정확하게 목표 지점에 폭탄을 떨어뜨릴 수 있다. 고도와 속도에 따라 목표 지점까지 수평 거리, 낙하 시간, 조준 각도를 알 수 있다. 문제는 정확하게 목표 위를 지나가는 경로로 날아가는 것이다. 

낙하 시간은 아주 간단하게 계산할 수 있다. 물론 진공 중의 계산 값이다. 비행 최대 고도는 12km이고 여기서 떨어지면 50초 후에 땅과 충돌한다. 실제 공기나 액체 속에서 낙하는 종단 속도에 도달하면 일정한 속도로 떨어진다. 종단 속도란 마찰에 의한 반발력이 중력과 일치해서 더 이상 가속되지 않고 기존의 속도로 계속 떨어지는 마치 무중력 속에서 이동하는 것과 비슷한 현상이다. 종단 속도는 이론적으로 설명을 할 수 있어도, 이론적으로 계산할 수는 없다. 이건 실험에 의해서 측정해야 한다. 물체 표면 형상과 무게에 따라 결과는 달라진다.

1. 저속 저항력 = 저항계수*속력
2. 고속 저항력 = 저항계수*속력²
3. 저항 극복 동력 = 저항계수*속력³

1번의 경우는 저속, 경량 물체일 때 적용하고, 2번의 경우는 고속, 중량 물체일 경우에 적용한다. 예를 들어 개미가 낙하할 때는 공기 저항력이 강하지만, 1톤 강철이 낙하할 때는 공기 저항력은 힘을 못 쓴다. 그래서 실험으로만 구해야 하는 것이다. 공기 저항이 클 때 속력을 더 내기 위해 가속을 할 때는 그 속력의 3승에 비례하는 동력이 필요하다. (왜 그러지? 그냥 저항력보다 약간만 더 세면 되는데?) 그래서 자동차는 경제 속도라는 것이 있고, 전투기는 음속 돌파가 힘든 것이다. 인터넷 검색을 하면 물체별로 종단 속도를 알 수 있다.

비행기는 최고 12km 상공에서 난다. 이 거리에선 전폭기는 점으로 보인다. 고도와 속도 조합에 따라 조준 각도, 낙하 시간, 수평 거리를 구했다. 썰렁하게도 수평 속도가 일정하기 때문에 수평 거리는 비행기 속력에 그대로 비례한다. 프로펠러 비행기의 경우 약 300km/h로 난다. 제트기의 경우 아음속으로 날기 때문에 약 1200km/h(마하1)까지 날 수 있다. 무인 정찰기의 경우는 더 느리게 날 수도 있을 것이다.

12km 상공에서 약 400km/h로 느리게 날면 65도 각도로 조준할 수 있다. 그러면 약 49초 후에 목표물에 폭탄이 떨어진다. 공기 저항 때문에 전폭기가 머리 위로 지나간 후에 폭탄은 떨어진다. 폭탄은 포물선 낙하를 하기 때문에 땅에는 거의 수직에 가깝게 꼽힌다. 건물과 산을 피해 목표물에 폭격하려면 수직으로 낙하하는 것이 좋다.

이 방식은 2차 대전 때에 사용하던 것이고, 현대는 고도, 속도, 방향, 조준 각도, 공기 저항 등으로 오차가 있기 때문에 레이저 조준을 하고 폭탄에는 날개가 달려 있어 목표물로 활공해서 떨어진다. 그래서 (기계에 이상이 없다면) 정확하게 떨어지기 때문에 잘 못 떨어뜨렸다면 목표를 잘 못 잡은 것이니 미국 군인들의 책임이다.

레이저 조준은 방해 레이저 반사광을 주변에서 쏘면 엉뚱한 곳으로 폭탄을 유도할 수 있다. 그 외에 GPS 신호를 이용하는 방법도 있는데 GPS는 신호가 약해서 강한 방해 전파로 교란할 수 있다. 작은 목소리로 얘기하는 곳에서 큰 목소리로 노래를 부르면 대화가 곤란한 법이다. 이런 이유로 실제론 엉뚱한 곳에 폭탄이 떨어질 수도 있다.

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