폭탄 공격을 견딜 수 있도록 설계된 지하 구조물이 있는 깊은 지하에서는 겉보기에 무관한 두 분야, 즉 건축 자재 기술과 탄도 공학 사이에서 조용하지만 격렬한 대립이 벌어지고 있습니다.
국가들이 군사적 공격으로부터 보호한다는 목표로 전략적 지하 인프라를 확보함에 따라, 관통 폭탄의 개발은 방어 및 억제 전략의 필수적인 부분이 되었습니다.
그러나 현대의 콘크리트 기술은 전례 없는 문제를 제기합니다. 최첨단 보호막을 관통할 수 있는 무기의 위력은 얼마나 될까요?
벙커버스터 폭탄: 21세기의 "강철 끌"
벙커버스터 폭탄은 지하 깊숙이 숨겨진 구조물을 공격하기 위해 두꺼운 암석과 콘크리트 층을 관통하도록 특별히 설계된 무기의 일반적인 명칭입니다.
기존 폭탄과는 달리 이 폭탄은 초경강으로 만든 외피, 충격 압력을 최적화하는 테이퍼형 끝, 그리고 매우 강력한 관통력을 만들어내는 큰 질량을 가지고 있습니다.
이 무기 계열의 대표적인 예 중 하나는 최대 13,600kg의 무게를 지닌 대규모 관통 폭탄(MOP)으로, 현재는 미국 B-2 전략 폭격기에서만 배치할 수 있습니다.
6월 21일, 미국 공군은 B-2 폭격기 6대를 투입해 이란의 가장 중요한 핵 농축 시설인 포르도에 벙커버스터 폭탄 12개를 투하했습니다(사진: 게티).
MOP는 폭발 전 수십 미터 두께의 암석과 콘크리트를 관통하도록 설계되었습니다. 폭탄의 포탄은 고속 충돌 시에도 구조를 유지하는 특수 강철 합금(에글린 강철 또는 USAF-96)으로 제작되었으며, 핵에는 AFX-757과 같은 고폭탄 약 2,400kg이 들어 있습니다.
정확도가 높은 GPS/INS 항법 시스템의 안내를 받고 심도 폭발형 스마트 퓨즈를 사용하는 MOP는 핵 시설이나 전략적 사령부와 같이 엄중히 보호되는 지하 시설을 정밀하게 타격할 수 있습니다.
수십 미터 두께의 암석이나 철근 콘크리트를 관통할 수 있는 MOP와 기타 벙커버스터는 강화된 표적에 대한 최고의 해결책으로 여겨집니다. 하지만 재료 전문가들은 오늘날의 표적이 예전처럼 취약하지 않다고 말합니다.
군사 전문가 그레고리 바르타노프 박사는 "오늘날에는 MOP조차도 현대식 벙커를 관통할 수 없습니다."라고 경고했습니다.
방어 소재의 획기적인 발전으로 공격 "방어"
2000년대 후반에 보고된 한 사건에서, 이란의 지하 시설을 공격한 벙커버스터 폭탄이 실제로는 폭발하지 않고 콘크리트에 박혀 버렸습니다. 마치 보이지 않는 방패에 부딪힌 듯 갑자기 멈췄습니다.
그 이유는 UHPC( 초고성능 콘크리트, Ultra-High Performance Concrete 의 약자) 또는 "초고성능 콘크리트" 때문입니다. 이는 건설 기술, 특히 지하 구조물을 폭발과 관통력으로부터 보호하는 분야에서 획기적인 발전입니다.
초고성능 강철 섬유 강화 콘크리트 샘플(사진: 위키미디어 커먼즈).
전문가에 따르면, 기존 콘크리트의 압축 강도가 약 5,000psi인 반면, UHPC는 초미립자 구조와 강철 또는 폴리머 미세섬유로 된 보강 시스템 덕분에 40,000psi를 초과할 수 있습니다.
특별한 점은 UHPC가 일반 콘크리트보다 더 강할 뿐만 아니라 유연성도 뛰어나다는 것입니다. 미세섬유는 균열 방지 네트워크 역할을 하여 균열이 더 커져 구조물을 약화시키는 것을 방지합니다.
포츠머스 대학의 스테파니 바넷 박사에 따르면, UHPC는 충격으로 인해 깨지는 대신, 작고 조절된 균열을 만들어 충격 에너지를 흡수하고 분산시킨다고 합니다.
즉, 폭탄이 콘크리트를 관통할 만큼 강력하더라도, 충돌 후 남은 에너지로는 내부 구조물을 파괴할 수 없습니다. 또한, 기폭 장치가 작동하기 전에 폭탄 케이스가 손상되면 완전히 무력화될 수 있습니다.
실험 결과, UHPC는 관통탄두가 튀어나오거나 폭발할 만큼의 힘이 없어져 "쓸모없는 철 덩어리"로 변하는 데 놀라울 정도로 효과적인 것으로 나타났습니다.
여기서 멈추지 않고, 동일한 목표를 가진 새로운 세대의 재료인 FGCC( 기능성 등급 시멘트 복합재 )도 탄생했습니다. 이는 각 층이 초기 충격 저항성부터 에너지 흡수 및 구조적 안정성까지 고유한 기능을 수행하는 기능 등급 콘크리트의 한 유형입니다.
재료에 작용하는 힘을 설명합니다.
일반적인 FGCC 구조는 탄두를 파괴할 수 있는 초경도 UHPC로 만든 바깥층, 운동 에너지를 소산시키는 두껍고 탄성이 뛰어난 중간층, 그리고 날아오는 파편이 보호 구역으로 들어오지 못하도록 강철 섬유로 강화된 안쪽 층으로 구성됩니다.
2021년 중국 시멘트 재료 저널에 발표된 연구에 따르면 FGCC는 단일층 UHPC에 비해 침투 깊이를 최대 70%까지 줄이고 손상 영역을 크게 제한할 수 있는 것으로 나타났습니다.
이러한 겹겹이 쌓인 디자인은 실제로 거북이 껍질, 조개 껍질 등 자연에서 발견되는 생물학적 껍질에서 영감을 얻었습니다. 보호 층의 공통적인 특징은 서로 다른 정도의 단단함과 부드러움을 가지고 있어 외부 공격을 막아낸다는 것입니다.
리즈 대학의 콘크리트 전문가인 필 퍼넬 박사는 적층 기술은 충격 에너지를 더 잘 흡수할 뿐만 아니라 균열 확산을 상당히 늦추는데, 이는 구조물의 무결성을 유지하는 데 중요하다고 말했습니다.
재료 과학 : 21세기의 "침묵의 경기장"
현대사에서 방어용 무기는 군사 기술에 의해 반복적으로 위협받아 왔습니다. 1991년 걸프전 당시 이라크의 지하 지휘 벙커는 두꺼운 철근 콘크리트 층으로 인해 난공불락으로 여겨졌습니다.
2,000파운드 폭탄이 효과가 없다는 것이 증명되자, 미국은 단 6주 만에 새로운 폭탄을 만들어야 했는데, 낡은 총신을 케이싱으로 사용하여 현장 테스트에서 6m가 넘는 콘크리트를 성공적으로 관통했습니다.
그러나 UHPC와 FGCC의 등장으로 상황이 바뀌었습니다. 한때 침투의 정점이었던 것이 이제는 무기나 전술의 획기적인 개선 없이는 무력화될 수 있습니다.
주요 시설의 벙커가 더욱 견고해지면서 기존 폭탄에 대한 대응 능력도 향상되고 있다(사진: Popular Mechanics).
폭탄의 크기와 무게가 항공기가 운반할 수 있는 최대치에 가까워지면서, 많은 전문가들은 지하전쟁이 더 이상 거대한 폭탄에 관한 이야기가 아닐 것이라고 믿고 있습니다.
대신, 문, 통신 시스템, 환기구 등과 같은 약점을 노리는 전술이 새로운 우선순위가 될 것입니다. 군은 또한 마하 5 이상의 속도로 비행할 수 있고 비폭발성 텅스텐 관통자를 탑재한 극초음속 무기를 검토하고 있으며, 이는 "철갑탄"처럼 여러 겹의 물질을 관통하는 것을 목표로 합니다.
영국 RUSI 연구소의 저스틴 브롱크 박사는 많은 경우 벙커의 물리적 구조가 그대로 유지되더라도 단순히 통신을 끊거나 운영 능력을 무력화하는 것만으로도 전략적 목표를 달성하기에 충분하다고 말했습니다.
무기 기술과 방어 물자 간의 경쟁은 파괴와 보호에 관한 것일 뿐만 아니라 현대 과학의 진보를 상징하기도 합니다.
그곳에서는 전선이 땅이나 하늘에서만 존재하는 것이 아니라, 시멘트나 강철 섬유의 모든 입자가 미래 전쟁의 결과를 결정하는 데 기여할 수 있는 재료 연구실에서도 존재합니다.
출처: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/be-tong-doi-dau-bom-xuyen-pha-bai-toan-hoc-bua-trong-chien-tranh-hien-dai-20250702145508267.htm
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