E D R , A S I H C RSS

협차

last modified: 2015-10-28 19:01:33 by Contributors

Contents

1. 개요
2. 유사품
3. 원인
4. 과정
4.1. 탄도 계산법
4.2. 거리측정기
4.3. 각종 데이터
4.4. 방위반
4.5. 착탄점과 살포계
4.6. 협차와 명중
5. 일본의 경우
6. 미국과 유럽의 경우

1. 개요

협차(夾叉), 영어로는 straddle

전함 포술에서 일제사격의 탄착이 표적의 전후 및 좌우에 걸쳐있는 상태, 혹은 그런 상태를 만들어가는 과정을 말한다. 전함 시대 일본 해군 용어로서 국군의 경우 전함시대 이후에 건군되었으므로 해당되는 용어는 없다.

표적이 협차되었다는 것은 표적이 자함 포탄의 탄착군 내부에 위치해있다는 것을 의미하므로 표적과 자함의 상대위치가 변화하지 않는 한 동일 제원으로 계속 일제사격을 하면 확률적으로 적함이 포탄에 명중하게 된다는 것을 의미한다. 반대로 맞는 쪽 입장에서 협차되었다는 것은 곧 적탄에 명중될 것이라는 의미가 된다. 따라서 상대에게 먼저 협차될 경우 회피기동을 하게 된다.

2. 유사품

육군 포병포술에서 협차란 개념이 언급되긴 하는데, 이건 목표에 대해서 근탄과 원탄을 반복적으로 내면서 점점 목표를 향해서 좁혀들어가는 개념으로 본 항목에서 말하는 협차와는 약간 다르다. 다만 영어 철자도 straddle이라고 똑같이 쓴다.

양군의 협차라는 용어의 차이점은 육군은 개별 화포의 명중률을 세밀하게 조정하는 것이고, 해군의 협차는 각 주포의 탄착은 감안하지 않고 일제사격을 통한 탄착군을 조정해서 적함에 맞춘다는 개념이다.

3. 원인

얼핏 보면 협차라는 것은 "값비싼 전함의 주포탄을 일정 면적 내에 흩뿌려서 1-2발 명중하는 것을 노린다"는 상당히 우매한 개념으로 보일 수 있다. 게다가 협차란 말은 명중하지 않고 목표물의 근처에 포탄이 낙하해도 일단 성공한 것으로 보므로 현실성도 없어보인다.

하지만 협차란 것이 만들어진 원인은 바다 표면에서 흔들거리면서 고속으로 항진하는 배에서 수십km 떨어져 있으며 역시 고속으로 항진하는 배라는 물건을 정확하게 맞추기가 어렵기 때문에 만들어진 전술이다. 즉 확률에 의한 타격을 점치는 것이라고 보면 된다.

4. 과정

이 항목에서는 전통적인 광학측거의를 포격관제에 주로 사용하는 야마토급 전함의 예를 들어서 설명한다.

4.1. 탄도 계산법

일단 야마토급 전함의 주포 최대 사거리는 42km다. 등산을 좋아하는 사람이라면 이 거리를 실감할 수 있을 것이다. 40km의 거리는 지평선 자체도 아득히 작고 희미하게 보이는 정도며, 장소에 따라서는 아예 보이지 않을수도 있다.[1] 그런 거리에서 목표를 정확하게 겨냥하고 대포를 쏘는 것을 상상해 보면 장거리 사격이 얼마나 곤란한가를 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 게다가 전함의 주포가 표적으로 하는 것은 겨우 길이가 200m 정도의 고속으로 움직이는 함선인데, 땅 위에 단단히 고정한 상태에서 사격하는 것이 아니라 파도에 흔들리는 배에서 사격하는 것이므로 난이도가 더 올라간다.

이걸 좀 더 알기 쉽게 설명하자면 40km 거리에서 길이 200m, 너비 30m 내외의 목표를 맞추는 것은 40m 거리에서 길이 20cm, 너비 3cm의 목표를 맞추는 것과 비율상으론 같지만, 어라 별로 어렵지 않네? 탄이 수백m/s의 탄속으로 1~2분간 포물선으로 날아가며 그동안 타겟은 0.5~1km 가량 이동하는데다가 이동방향도 사격한 쪽이 예측하기 어렵다는 점이다. 게다가 실전에서는 사격하는 쪽도 본질적으로는 흔들리는 배인데다가 30노트 근방의 고속으로 움직이면서 사격하기 때문에 정확히 조준해도 명중률이 크게 떨어진다.

여기서 대포와 총의 차이가 극명하게 드러난다. 대포와 총의 차이는 크기라고 말하면 일반적인 분류에서는 대체로 옳은 말이지만 사격통제방식에서 대포와 총은 큰 차이를 보이므로 단순히 크기만으로는 구분하지 않는 것이 좋다. 총기류는 미약한 포물선을 그리나 대체로 직선 비슷하게 총알이 날아가고 목표 조준도 직선으로 하지만, 대포의 포탄은 포물선을 확실하게 그리면서 날아가므로 간접조준방식이 필요하다. 물론 전차의 주포는 일반적인 야포와는 달리 직선포격이 주 임무며 조준기도 이에 맞춰진다. 그러나 전차의 경우에도 일정거리 이상의 포격은 직선조준이 아닌 편차를 고려하게 되며 야포가 담당하는 장거리 포격의 경우는 포물선 궤도 자체가 매우 크게 그려지면서 날아가기 때문에 탄도계산이 매우 요구된다.

따라서 일반적인 대포는 복잡한 포물선의 탄도 계산을 빠른 시간에 계산해야 정확한 명중을 기대할 수 있다. 대포의 초창기 시대에는 사람이 감각적으로 거리와 각도를 잡고 사격을 하였다. 초창기 대포에는 의외로 숙련된 포병이 '감'으로 쏘는 것도 상당히 명중률이 좋았다고 하지만, 근대에는 포병 장교는 수학을 배워서 도학을 필수적으로 익혀야 했다. 그리고 도저히 눈으로 관측하기 어려워진 근대 함포전에 있어서는 과학적 근거로 기초를 둔 탄도 계산법이 필수적으로 활용되었다.수학을 잘해야 함대전에서 이길 수 있습니다!

4.2. 거리측정기

우선은 표적까지의 거리의 측정이 가장 중요한 요소이다. 측정하는 방법은 인간의 눈의 원리와 같게 좌우에 떨어진 두 눈의 시차에 의해서 대상물의 원근을 파악하는 것. 야먀토(大和)의 경우는 각 포탑에도 예비용 측정기가 있지만, 쌍안의 거리가 15.5미터에 이르는 거리측정기(測距儀, 마이크로미터)로 불리는 장치가 함교의 꼭대기에 설치되어 있다. 이 물건으로 측정한 수치에 의거해서 전체 주포탑이 일제사격을 하는 것이다.

해당 거리측정기의 원리는 좌우의 창으로부터 빛을 도입해 각각 프리즘으로 반사시켜 한가운데의 중앙 프리즘으로 모은다. 이 때 왼쪽에서 들어간 화상은 상반이 보이고 오른쪽에서 들어간 화상은 하반으로 보인다. 그런데 여기서 위와 아래의 화상은 일치하지 않는데 이는 위상차이라고 하는 현상이다. 이 위상차이를 눈금이 붙은 프리즘으로 이동시켜 화상을 일치시킨다. 이때 읽은 눈금이 목표물과의 거리이다. 현실의 오토포커스를 떠올리면 된다.

4.3. 각종 데이터

하지만 거리를 측정했다고 문제가 끝난 것은 아니고. 보통 전투중에 고정된 데이터와 전투중에도 변동이 되는 데이터를 모두 감안해야 한다.

일단 (완전하지는 않지만) 고정된 데이터는 대기의 온도, 습도, 풍속, 풍향(고도에서의 바람은 풍선을 날려 측정), 각 포탑의 높이의 수정치, 조준 장치와 포탑과의 거리, 포탄의 종류, 장약의 종류, 양, 온도, 경년 변화의 계수 등이 있고, 좀더 섬세하게 들어가면 사격시 해면에 있어서의 지구의 자전 속도, 포신의 노후화 등도 고려가 된다. 포신의 노후화의 정도는 지금까지 몇 발을 발사하였는가로 측정되는데, 포신은 사격을 반복할 때마다 고압, 고온, 마모에 의해 손상되며 탄도에 미묘한 영향을 미치기 때문이다. 그래서 포신 역시 정해진 수명이 있었기에 수명이 다하면 새 포신으로 교체하며, 사용중에는 몇 발의 사격을 했는가에 따라서 포신의 마모도를 예상해서 정해진 수치를 넣어줘야 한다.

변동 데이터는 자함의 속도, 방향, 표적의 속도, 방향, 자함의 상하 좌우의 움직이는 각도가 있다.

4.4. 방위반

고정된 데이터는 보통 전투전에 미리 측정해서 전투시 참고하지만, 변동 데이터는 거리측정기의 상부, 함의 가장 높은 곳에 위치한 사격 지휘소에 놓여진 방위반(方位盤) 등의 장치로 측정한다.

방위(方位盤)이라고 하면 평평한 판 모양의 장치를 연상하기 쉽지만 실제의 방위반은 한 변이 60cm 정도인 장방형의 기둥과 그 외부에 부착된 잠망경과 같이 생긴 3개의 조준기로 구성되어 있다. 각각의 조준경에는 사수(射手), 선회수(旋回手), 동요수(動揺手)의 3명이 매달리며 각각의 역할은 사수가 상하 조준, 선회수가 좌우조준, 동요수는 자함의 흔들림 각도를 수정하며 각자 자신 옆의 핸들을 조작하면서 십자 형태의 눈금자를 중심으로 표적을 맞추는 것이다. 사냥꾼이 움직이는 짐승을 조준하는 감각으로 비유하면 알기 쉽다. 단지 사냥꾼 혼자서 조준하는 과정을 세 명이 분담한다는 것이 다를 뿐이다.

이렇게 많은 데이터는 한 곳으로 모아져 계산된다. 당시는 현대처럼 계산이 빠른 사격통제용 컴퓨터가 없었기에 정밀한 치차(톱니바퀴)를 조합한 기계식 계산기로 연산을 처리했다. 함내발령소(艦内発令所)라는 사격통제실에 있는 사격반(射撃盤)이라고 불리는 것으로 계산의 결과는 각 포탑 내에 설치된 본침(本針)이라고 불리는 시침(示針)으로 전달된다. 그리고 포탑내에 있는 포수는 핸들을 회전시켜 거기에 연동해 움직이는 추침(追針)을 본침(本針)에 맞추도록 한다. 포탑과 포신은 이 핸들 조작에 의해서 방향을 바꾼다. 본침과 추침이 합치되면 그 시점에서 포신은 표적을 정확히 향한 것이 되는 것이다.

동시에 사수는 측정된 거리로부터 계산된 각도를 조준하고 함선이 흔들리는 각도에 따른 오차를 동요수가 보정을 하여 조준점이 표적에 합치한 그 순간을 포착해 방아쇠를 당기는데, 조준이 조금이라도 엇나가면 발사용의 전기 회로는 작동되지 않는다. 모든 회로가 닫혀있는 순간에만 약실에 전기 스파크가 발생하고 장약이 점화되며 합계 9문의 포신은 거대한 검은 연기와 함께 약 1.5t의 중량을 가진 포탄을 날려보내기 시작하는 것이다. 이것이 일제사격이다.

4.5. 착탄점과 살포계

이처럼 면밀한 계산에 의해서 발사되는 포탄이지만 실제로는 일격에 목표물을 가격하는 것은 드물었다. 20km ~ 30km의 장거리 사격에서는 어느 정도의 오차는 생기게 마련이다. 이를 해결하기 위해 1차 포격후 탄착점으로 부터 얻을 수 있는 오차 수정치를 보정하여 2차 포격 실시, 2차 보정 그리고 3차 사격...식으로 반복되는데, 바로 이 과정이 협차로 나아가는 과정이며, 일단 협차가 발생하면 그 다음에는 확률적으로 명중탄이 난다고 보면 된다. 물론 서너번만에 명중시키면 그걸로도 좋겠지만 이 정도가 눈짐작에 의한 사격의 한계라고 할 수 있을 것이다.

그런데 야먀토(大和)의 주포 사격은 9문이 일제히 명중시켜야 하기 때문에 9개의 포탄이 동시에 목표를 겨냥해 날아 간다. 그러나 포탄끼리의 간섭등에 의해서 각각의 포탄이 착탄 하는 지점은 어느 정도의 범위 내에서 분산하게 되며, 이 범위를 살포계(散布界)라고 한다. 당연히 이것은 좁은 것이 좋은데, 예를 들어서 야마토의 초기 살포계는 30km의 거리에서 통상적으로 1km 정도였는다. 이렇게 되면 말이 살포계지 명중탄을 기대하기도 어려운 수준이다. 즉 협차를 하더라도 명중탄이 거의 안나온다는 이야기다. 그래서 일제사격이라고 하더라도 0.01초의 간격을 두고 발사하는 등의 방법을 사용해서 포탄끼리의 간섭현상을 줄여서 살포계를 최대한 좁힌다.

그리고 착탄점과 살포계의 관측은 장거리 사격에서는 불가능하기 때문에 함선에 적재한 수상기를 날려서 상공으로부터 관측하였다. 아군 함선 근방을 비행하는 수상기나 관측용 소형함정으로부터 약간 왼쪽이라든지 조금 가깝다는 식으로 보고되어 함측에서는 그에 대한 수정 동작을 실시해 보정 사격을 실시하게 된다. 수상기 자체는 실전에서 무방비이며 관측용 소형함정은 실전에서 목표에 접근하는 것 자체가 어렵기 때문에 운용이 어려웠다.

4.6. 협차와 명중

살포계의 범위내에 표적이 들어가고 있으면 탄착점으로부터 목표물에 대한 오차범위를 줄이기 위해 목표물 전후에 탄착시켜 오차거리를 좁히는 협차사격을 실시한다. 이때는 착색탄을 사용하여 탄착점의 물기둥(splash)의 색깔로써 9개의 포탄중 어떤 것이 목표에 도달할 것인지 판정한다. 협차판정이 나면 조준을 유지하면서 차탄을 날려서 확실하게 명중탄이 나도록 한다. 여기까지가 전통적인 협차와 명중과정이다.

5. 일본의 경우

일본은 일제사격 전술로 러일전쟁에서 러시아 해군을 격파하고 해전에서 승리하여 전쟁 전체를 간신히 승리로 이끌었지만 정작 일제사격과 협차를 제대로 고안한 것은 해당 해전을 지원하고 참관한 영국이었다. 오히려 일본은 일제사격방식이 실전에서 비효율적이라는 이유로 폐지한다. 이렇게 된 이유는 실제로 쓰시마 해전에서는 일제사격은 거의 효과가 없었고 오히려 전투가 진행되면서 상부의 명령을 제대로 전달받지 못하고 각 포탑별로 개별사격한 것이 오히려 명중률이 높았기 때문이다.

그래서 일본은 교호(交互)사격이라는 방식을 개발한다. 해당 방식은 한번의 사격에 발사가능한 함포중 절반만을 발사하고, 이 사격의 결과를 관측한 뒤 그 결과를 반영하여 나머지 절반의 함포를 발사하는 방식으로 협차에서의 맵병기적인 범위 공격보다는 명중률을 끌어올려서 직격탄을 맞추기 위한 사격 방식이었으며 적어도 연습전에서는 명중률이 좋게 나왔다. 그리고 헛갈리게도 태평양 전쟁당시 일본군의 '일제사격(斉射)'은 기본적으로 이 교호사격을 의미한다.

하지만 교호사격은 빠른 속사가 가능한 보조함의 소구경 주포같은 경우에는 유용한 사격방식이었으나, 주력함이 담당하는 장거리 포격전의 경우에는 실전에서는 수상기나 광학장치를 쓴 사격관측이 어려워서 목표에 대한 정확한 탄착수정이 힘들고, 한 번에 발사하는 포탄의 숫자가 절반으로 줄었기 때문에 협차가 발생하더라도 명중탄을 기대하기 어렵다는 부작용이 있었다. 실제로 일본을 비롯한 세계 열강들이 감안한 주력함의 주포 문수는 8문에서 12문 사이였는데, 이는 연구결과 협차가 발생하면 명중탄이 제대로 발생할 확률이 8발부터 시작하며 12발까지 확률이 상승하다가 12문을 넘으면 확률이 별로 늘어나지 않는다는 결과를 얻었기 때문이다. 문제는 교호사격을 하면 주포 12문을 탑재한 함선은 6발, 8문을 탑재한 함선은 4발만을 발사하게 되므로 명중탄을 기대하기 힘들게 된다는 것이다. 6발 정도라면 영국의 순양전함도 6문의 주포를 탑재한 경우가 있으므로 전혀 명중탄이 안나올 것으로 생각되지는 않으나, 4발이라면 사실상 전(前)드레드노트급 전함이 일제사격을 하는 것과 마찬가지인데 이들 구식함선들은 사격통제장치를 최신형으로 바꾸어도 일제사격이 사실상 불가능했다는 것을 감안한다면 답이 안나오게 된다.

위에서 언급한 야마토급 전함의 경우에는 일본의 주력함중 최초로 3연장 주포탑을 탑재한 관계로 일반적인 교호사격을 사용하기 어려웠기에 전통적인 일제사격 방식도 써보고 각 주포탑별로 1문의 주포만 사격하는 3발 사격과 2문의 주포를 사격하는 6발 사격방식을 선택한 후 상황에 맞춰서 조합해서 사용했다.

6. 미국과 유럽의 경우

미국이나 유럽의 경우 레이더를 도입해서 위의 전통적인 과정과 함께 사용해서 명중률을 높히고, 악천후에서도 의미있는 사격이 가능하게 했다.

미국이 당시에 운용하는 SG레이더는 대수상용 수색레이더로 이 물건으로 목표를 찾아낸 후 별도의 화기관제용 레이더를 이용해서 사격에 활용하게 된다. 이들 레이더의 경우에는 화면에 목표의 거리, 방위, 속도가 다 나오는데다 포탄이 바다에 낙하해서 떨어지는 물기둥까지 탐지가 가능하며, 대략적인 광점의 크기와 이동속도를 연속으로 표시하므로 이게 항공기인지 함선인지, 함선이면 대형인지 소형인지 알 수 있고, 주포탑의 사격제원컴퓨터와 연동이 가능한 물건이므로 앞서 설명한 사격의 각종 과정이 크게 단축된다. 아날로그디지털의 차이를 현격히 보여주는 예라고 할 수 있다.

여기에 더해서 원시적인 사격통제컴퓨터의 도입으로 인해 각종 데이터를 조합해서 사격제원을 빠르게 작성하므로 전통적인 사격통제 방식에 비해 포격의 속도와 정밀도가 크게 높아진다.

물론 그렇다고 해도 현대의 레이더 유도식 미사일과 같다고 보면 안 되는 것이, 당시의 레이더는 포탄을 직접 목표물에 유도하는 것까진 아니었기 때문이다. 레이더를 사용하더라도 전함은 협차 과정을 거쳐야 적함을 명중시킬 수 있다.

하지만 이런 변화는 당시에도 매우 중대한 이점을 제공했다. 일단 쾌청한 날씨에 바다가 잔잔한 이상적인 장거리 사격전 날씨 상황에서도 협차까지 가는 과정이 빨라지고 명중탄도 빠르게 발생한다. 그리고 바다라는 곳 자체가 날씨가 험악하고 수면이 거친 악천후인 경우가 일상다반사인데, 이런 경우에는 광학장치나 수상기를 사격관제에 사용하는 일반적인 주력함은 조준이 안되므로 사격 자체가 무의미해지지만 레이더와 사격관제장치 및 사격통제컴퓨터를 도입한 주력함은 사격 자체가 불가능할 정도로 엄청난 악천후가 아닌 이상 목표 추적 및 사격이 가능하고 적함에 의미있는 수준의 명중탄도 낼 수 있는 것이다. 이런 점은 광학장치가 사용불가능한 야간에도 적용된다. 따라서 레이더와 사격관제장치가 발달한 국가의 주력함이 그렇지 않은 주력함과의 전투에서 우위를 점할 수 있는 것이다.
----
  • [1] 지평선, 수평선 까지의 거리는 피타고라스의 정리와 지구의 반지름 6,370km를 이용해서 구하는 것이 가능하다. 수평선/지평선까지의 거리를 L, 눈 높이가 α라고 치면 L=√(6370000+αm)²- (6370000²)=√(12740000α+α²)으로 구할 수 있다.
Valid XHTML 1.0! Valid CSS! powered by MoniWiki
last modified 2015-10-28 19:01:33
Processing time 0.0963 sec