(연재) 하늘의 과학

제11강 핵 폭탄과 투발 수단

Editor! 2019.04.23 16:38

11강에서는 핵 폭탄과 투발 수단에 대하여 알아보겠습니다. 핵 폭탄하면 흔히 아인슈타인(Albert Einstein, 1879~1955년)을 떠올리곤 합니다. 하지만 핵 폭탄은 어떤 한 개인이 만들 수 있는 폭탄이 아닙니다. 굳이 한사람을 지목해야 한다면 미국의 맨해튼 프로젝트(Manhattan Project, 1942~1946년)를 기획하고 과학자들을 진두 지휘한 오펜하이머(Julius Robert Oppenheimer, 1904~1967년)라고 할 수 있습니다. 물론 비행기처럼 핵 폭탄 역시 복잡한 과학과 수학이 필요한 분야인 만큼 개인이 만들 수 있는 것이 아니었습니다. 핵 폭탄 개발을 위한 시뮬레이션을 수행하기 위해서는 확률이라는 수학적 지식이 필요합니다. 실제로 맨해튼 프로젝트에서 몬테카를로 방법(Monte Carlo method, 임의의 수를 발생시켜 함수의 값을 확률적으로 계산하는 알고리즘)이 핵 폭탄의 확률을 계산하는 데 사용되었습니다. 핵 폭탄을 일본 히로시마와 나가사키에 투하해 제2차 세계 대전을 종료할 수 있었지만 여전히 원폭 실험은 세계에 큰 위협으로 남아 있습니다.

핵 폭탄을 투발하는 수단으로는 비행기나 미사일이 있습니다. 북한은 핵 폭탄 투발 이 가능한 비행기로 구형 폭격기인 일류신(Ilyushin) IL-28과 안토노프(Antonov) An-2 등을 보유하고 있으며, 로켓 엔진의 추진력으로 탄도를 그리면서 날아가는 탄도 미사일(ballistic missile)로는 노동(Nodong) 미사일을 비롯하여 중거리 탄도 미사일인 무수단, 잠수함 발사 탄도 미사일(SLBM)인 북극성, 대륙 간 탄도 미사일인 대포동 등을 보유하고 있습니다. 또 핵 탄두는 장착할 수 없지만 장거리 사격이 가능한 장사정포(Long Range Artillery)로 170밀리미터 자주포와 240밀리미터 방사포 등을 보유하고 있습니다. 로켓 엔진이 없는 자주포로 쏜 포탄은 초기 속도와 중력만으로 간단하게 수학을 이용하여 그 궤적을 계산할 수 있습니다. 그러나 로켓 엔진을 장착한 탄도 미사일의 궤적은 추력이 없어질 때의 속도, 공기력 및 중력 등을 고려해야 합니다. 포탄의 포물체 운동을 함수와 벡터, 미분 등 비교적 쉬운 수학으로 어떻게 계산하는지 살펴보겠습니다.

 

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