외계인과 우주전쟁을 한다면 #9 - 우주전함과 입자빔

이 글을 읽기전에 먼저 이런 잡담을 하게된 이전 글들을 읽어 보시면 좋을 것 같습니다.

• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #1 - 이야기의 발단
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #2 - 이야기의 가정
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #3 - 이야기의 시작
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #4 - 본격적인 이야기
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #5 - 초광속비행
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #6 - 광속엔진
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #7 - 우주전함의 무기체계
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #8 - 에너지 빔 무기
  

먼저 번 글에서 우주전함의 주포로는 입자빔이 가장 유력하다고 했다. 그럼 입자빔을 주포로 가지는 우주전함은 어떤 모습과 특징을 가지게 될까 살펴 보도록 하자.

입자빔에는 여러가지 종류가 존재 하게 되는데, 여기서 우주전함에 사용하려는 입자빔은 위력이 가장 강하다고 생각 되는 "반입자"를 사용하는 방식이다. 이 경우 대기중에서는 사용이 불가능 하고, 우주에서만 사용이 가능하며, 빔의 진행이 자기장등에 영향을 받을 수 있다는 단점을 가지게 된다.

일단 주포의 모양은 입자의 가속을 위한 충분한 길이의 가속장치가 필요하다. 입자빔의 가속에는 현재 100~500미터 정도의 가속 장치가 필요 하지만 현재보다 미래를 가정하기 때문에 50미터로 줄일 수 있을 것이다. 포신은 50미터가 된다. (그럼 900mm 함포 정도 된다. 현대 전함에서 쓰는 150~300mm 함포의 3~6배 이상 길이) 50미터의 포신으로 입자를 1초안에 광속에 가까운 속도로 가속하는 것이 가능하여야 충분하다. 그리고  입자빔을 발사할때의 반동이나 입자빔의 위력을 고려할때 한번 발사 할 때 333그람의 반입자를 사용하는 것이 좋겠다. 이 정도의 반입자를 만드는데 현재는 600억 와트의 전력과  4일 정도의 시간이 필요하지만, 획기적인 기술발전으로 상온 핵융합엔진을 사용하여 전력을 공급하고, 반입자를 만들어 두었다가 발사 하는 것이 가능해 진다고 생각 하자. 그렇게 되면 50미터의 포신을 가진 333그람의 반입자를 광속에 가까운 속도로 약 3초에 한번씩 발사 하는 주포의 모양이 그려진다.

자 이제 주포의 위력을 살펴보자. 1톤의 바위를 부수는데 10만쥴이 필요하다고 한다. 반입자 1그람이 통상의 소립자와 충돌하면, 180조 쥴의 감마선을 방사하며 소멸 한다고 한다. 그럼 반입자 1그람으로 180억톤의 바위를 부술 수 있고, 333그람의 반입자를 쏘는 주포 한방은 약 6경 쥴의 감마선으로 약 6조톤의 바위를 날려 버릴 수 있다. 미국이 비키니 군도에서 실험한 수소폭탄이 방출한 감마선의 약 20배의 양이다. 이 정도면 우주전함의 주포로써 손색이 없을 정도의 위력이다. (이런 주포 6문을 탑재한 우주전함의 위력은 대단할 것 이다) 그리고 속도 및 사정거리는 1초에 약 30만키로미터 거리의 목표를 맞출 수 있을 것이고, 5초에 150만키로미터의 목표를 맞출 수 있을 것이다.

입자빔을 사용하는 주포는 레이저와는 다르게 엄연히 무게를 가지는 입자를 가속하는 방식이기 때문에 발사시에 반작용이 생기게 된다. 이 반작용은 포탄의 무게와 가속도에 의하여 영향을 받는데, 아무런 지지대가 없는 우주에서 1초 안에 광속에 가까운 속도로 입자를 가속하는 방식을 쓸때는 꽤 문제가 되게 된다. (전함이나 전차가 함포나 전차포를 발사 하는 경우, 물이나 땅의 지지를 받을 수 있고 발사속도가 느리기 때문에 문제가 되지 않는다) 입자가 준비된 후에 발사 하는데 1초가 걸린다고 가정 하면 입자는 속도 0 에서 광속에 가까운 초속 30만 키로미터까지 1초동안 가속 된다는 이야기 이다. 이때 걸리는 힘을 계산해 보면 (뉴턴의 제 2법칙(운동의 법칙)에 따르면 힘=질량X가속도 이고, 가속도=속도의변화량/시간 으로 나타낼 수 있다) 힘=333그람X초속30만키로미터 의 값이 나오게 된다. 이 값은 10만톤X초속1미터의 힘과 동일한 값이다. 즉 우주전함의 무게가 10만톤 일때(세계 2차 대전 당시 독일의 비스마르크가 4만1천7백톤, 일본의 전함 야마토는 6만5천톤, 현재의 미 항공모함 니미츠는 10만톤 이상 무게가 나간다) 주포를 한번 발사 할 때마다 초속 1미터(시속 3.6 키로미터)로 뒤로 밀린다는 뜻이다. 이 정도 반동은 감당할 수 있지 않을까 한다.

어느 미래에 50미터의 길이 주포로 10초 안에 150만 키로미터 위치의 목표를 수소폭탄보다 센 위력으로 타격 할 수 있는 10만톤 무게의 우주전함이 나타나는 것은 충분히 가능 할 것 같다. ^^