총 설
고폭화약 연구의 기술 분야
김 현 수
국방과학연구소고폭화약연구팀
305-600 대전시유성구조치원길 462 (2006년 8월 18일접수, 2006년 9월 14일채택)
Basic Technologies for the Development of High Explosives
Hyoun-Soo Kim
High Explosives Team, Agency for Defense Development, 462, Jochiwon-gil, Yuseong-gu, Daejeon 305-600, Korea (Received 18 August 2006; accepted 14 September 2006)
요 약
이논문은화약연구종사자는물론화학공학자들에게고폭화약에대한기본적인정보를제공하는데그목적이있다.
고폭화약연구를기술분야별로 (1) 신규에너지물질의합성, (2) 기능성화약제조, (3) 복합화약조성개발, (4) 무기체
계적용성연구, (5) 군용물질해체공정등으로대별하여, 고폭화약연구의이해를위해필요한기본적인기술분야에
대해소개한다.
Abstract− The objective of this paper is to provide fundamental information on the subject of high explosives not only to the explosive scientist but also to the chemical engineer. Technologies for the development of high explosives are divided into 5 areas: (1) synthesis of new energetics, (2) preparation of functional explosives, (3) formulation study of plastic bonded explosives, (4) application of high explosives to munitions, (5) demilitarization process. This paper out- lines the basic technologies need to understand the high explosives.
Key words: High Explosives, Energetic Materials, Munitions
1. 서 론
고폭화약(high explosives)이란, 극히짧은시간(~10-6 s)의화학반 응에서생성된고온(~103oK)과고압(~105 bar)의기체가팽창할때 발생하는에너지(팽창에너지와운동에너지)를이용하는물질이다.
고폭화약의가장중요한요구특성은성능(performance)과감도
(sensitivity)라고할수있다. 성능과감도는상반되는개념으로서,
일반적으로성능이높은화약은민감한특성(외부의자극에쉽게반 응하는특성)을지니며, 반대로둔감한특성을지닌화약은성능이 다소떨어진다. 따라서성능이우수하면서도둔감한특성을나타내
는화약을개발하는것이이분야에종사하는과학자들이추구하는 최종목표이다.
고폭화약 연구의기술분야는매우다양하다. 에너지물질(분 자화약과에너지화결합제)의설계및합성으로부터시작하여기
능성화약제조연구, 복합화약(PBX, plastic bonded explosive)
의조성과공정개발, 반응전후화약의물리적-화학적현상에대 한실험 및정량적평가, 무기체계의적용성 연구, 성능/안전도
평가기법개발, 수명이지났거나용도폐기된탄약의환경친화적 처리방법등최종제품또는무기체계의성능및안정성에영향 을줄수있는모든분야가연구대상이되기때문에관련되는학 문/기술분야가화학공학의전체분야를망라할만큼다양하다고 할수있다.
이논문에서는고폭화약연구를기술분야별로 Fig. 1에나타낸
것과같이 (1) 신규에너지물질의합성, (2) 기능성화약의제조,
(3) 복합화약조성개발, (4) 무기체계적용성연구, (5) 군용물질해
체(demilitarization) 등으로대별하여, 각분야에대해개략적으로고 찰함으로써고폭화약개발의전체과정을설명하고자한다.
†To whom correspondence should be addressed.
E-mail: [email protected] Fig. 1. Steps in the development of high explosives.
2. 고폭화약 연구의 기술 분야 2-1.신규 에너지물질의합성
대부분의군용고폭화약은한개이상의원료화약을혼합하여제 조한다. 이논문에서는원료화약과고폭화약을구별하기위해원료 화약을‘분자화약’또는‘에너지물질’칭하고, 혼합화약(composite)
을‘고폭화약’이라명기한다. 현재군용고폭화약의주성분으로널리
사용되는분자화약은 TNT(tri-nitro-toluene), RDX(research development explosive, cyclotrimethylenetrinitramine), HMX(high melting explosive, cyclotetramethylenetetranitramine) 등이며, 이들물질의구조식은 Fig. 2
와같다. 실제로현재실전배치된모든탄(munition)에는이세종류
의물질이원료로사용된고폭화약이들어있다고보아도무방하다.
TNT는작은조각이나덩어리형태이고, RDX와 HMX는분말형태
로제조된다. 이세가지화약중 TNT가성능(폭발속도및폭발압력)
면에서위력이가장약한화약이다(Table 1 참조). 그대신가격이저
렴하므로생산단가가무기개발에주요인자로작용하는대량생산무
기체계에주로사용된다. 녹는점이낮아서(80.8 oC) 용융충전이가능
하다는장점을갖고있지만, 반면에그러한특성때문에열적, 기계 적안정성과저장성이떨어지는단점을함께갖고있다. 한편, 고성
능의탄에서는 RDX나 HMX를사용한다. RDX나 HMX는폭발성능
은뛰어나지만민감한화약이기때문에둔감화를시키지않은순수 한상태로는주장약(main charge explosive)이나보조장약(booster charge explosive)으로사용할수없다. 이러한이유로 RDX나 HMX
에고무성질의플라스틱결합제등을사용하여복합화약을제조함으 로써둔감화시켜서사용한다(2-3절참조).
이외에도최근 HNIW(hexanitrohexaazaisowurtzitane)와같은고 밀도고성능분자화약이합성되어연구목적으로소량씩사용되고 있으며, NTO(3-nitro-1,2,4-triazole-5-one), ADNBF(7-amino-4,6- dinitrobenzofuroxan), FOX-7(1,1-diamino-2,2-dinitroethylene) 등분 자화약에대한합성연구가활발하게진행되고있다.
새로운분자화약에대한요구사항은크게네가지로요약할수있다. (1) 에너지밀도(energy density)가 HMX보다 5％이상높을것, (2) 감
도(충격, 마찰, 정전기감도)가 HMX보다둔감할것, (3) 열적, 화학적
으로안정할것, (4) 합성공정이다섯단계를넘지않을것등이다[2].
에너지밀도를예측하는데필요한비중, 반응생성물, 반응열등은 분자구조와열역학자료로부터계산할수있다. 최근에는성능및 감도등에영향을미치는분자특성들과화약분자구조간의정량 적인상관관계를찾아내고, 이를모델화하여실험전에미리결과
들을예측함으로써적절한화약분자를찾아내는연구가활발히수 행중이다. 이러한연구를효과적으로수행하기위해서는기존의화 약분자자료들을수집, 저장, 검색하는작업이중요하므로화약분 자들의특성정보를웹기반에서검색할수있는데이터베이스시 스템이개발되어사용중이다. 또한, 분자화약설계단계에서필수
적으로실험해야하는충격감도(impact sensitivity)를예측하기위
하여, 유전자알고리즘및인공신경망방법을이용한정량적구조-
물성상관관계(QSPR, quantitative structure property relationship) 모
델을구현하는연구가국방과학연구소와학계의공동연구를통해 성공적으로진행중이다. Fig. 3은설계중인에너지물질의폭발성
능을예측한결과의예이고[3], Fig. 4는충격감도를예측한예이다[4].
이러한예측모델의개발은합성실험전에미리예상물질의성질 을어느정도예측할수있어서, 화약분자의효과적인설계는물론,
위험한합성실험의횟수를크게줄일수있다. Fig. 2. Structure of common molecular explosives.
Table 1. Characteristics of common molecular explosives[1]
TNT RDX HMX
Crystal density (g/cm2) 1.6 1.8 1.9
Detonation velocity (m/s) 6,640 8,950 9,150
Detonation pressure (kbar) 210 350 390
Temperature of detonation (°K) 2740 2,600~4,000 2,400~3,800
Fig. 3. Prediction of explosive performance[3].
Fig. 4. Prediction of impact sensitivity by QSPR method[4].
2-2.기능성 화약의제조
합성공정으로부터제조된에너지물질(원료화약)은대부분불순물 을함유하고있고, 그형상및입도가불규칙적이며, 표면이거칠고,
균질성이보장되지않으며, 더구나이러한특성들은합성공정과정 에서는제어하기가어렵다.
기능성화약이란합성에성공한에너지물질을이용하여특별한 중간공정을한단계거침으로써화약입자의크기, 입도분포, 형상,
표면특성, 결정내부결함, 균질도, 강도및순도등을제어하여원 료화약의특성을임의로조절한물질로정의한다. 화약입자의미세
구조특성은연소또는폭발거동에큰영향을미치는데이는열이 나물질전달속도들이에너지생성속도를지배하며이들전달속 도는주로입자의크기, 형상, 결함정도나최종제품의균질성등에 의하여결정되기때문이다. 최근나노크기의화약초미립자제조
연구가진행되고있는데, 나노입자를적용할경우전체반응속도 를지배하는율속단계를열또는물질전달과정으로부터화학반 응단계로변환시킬수있게되기때문에, 기존의큰화약입자들과 비교하여훨씬높은연소속도, 낮은충격감도그리고최대에너지 를발생시키는온도또한낮은것으로보고되고있다[5].
기능성화약제조를위한기존의방법으로는분쇄(milling), 용액 재결정(recrystallization from solution), 유화재결정(emulsion crystalliza- tion), 분무 재결정(spray crystallization), 증발재결정(evaporation crystallization), 초음파공정(ultra-sonification process), 유체에너지
밀(fluid energy mill) 등이유용한공정이다. 이와더불어최근에각 광을받는연구로는정밀결정화공정을이용한구형(spherical shape)
의화약제조, 초임계유체를이용한나노크기의미세입자제조공 정, 복층막화약개발, 결정내부결함을완전히제거한둔감분자화
약의개발등을들수있다.
대부분화약의결정특성은 cubic, tetragonal, orthorhombic 이 어서합성공정에서제조한결정은대부분침상이다. 표면의상태 는거칠고, 응집체이며, 불순물이내포되어있어성능이매우낮고
불안정하여비의도적인폭발이일어나기쉽다. 이들문제점은결 정의크기및형상을변화시키는결정화공정으로해결할수있다. Fig. 5에정밀결정화공정을이용한구형(spherical shape)의화약
(NTO) 제조결과를제시하였고, 입자의형상조절에따른충격감
도는 Table 2에제시한바와같이거의 3배정도둔감화되었음을
알수있다[6](주: 충격감도값이클수록외부로부터의기계적충 격에둔감함을의미함).
최근초임계유체를이용한화약제조연구가화약선진국중심으 로꾸준하게수행되고있다. 국내에서는국방과학연구소의기초연
구과제를통해 GAS(gas anti-solvent)공정을응용한초임계유체의
화약제조공정적용가능성을확인한바있다[7, 8]. Fig. 6은 Stepanov
등[9]이 RESS(rapid expansion of supercritical solution) 공정을이
용하여 RDX 나노결정을제조한결과인데, 110~220 nm의평균입
경을가지며, 입도분포또한좁은범위를얻어내었음을알수있다.
화약입자의내부공극(internal cavity) 또는결함은화약의성능
및감도에지대한영향을미친다. 일반적으로합성반응에의해생
성된 RDX 입자는아세톤에용해시킨후, 차가운물로서석출시켜
정제한다. 석출된 RDX 입자는결정내에미세한내부공극을갖는
다. Fig. 7(a)는합성에의해제조된 RDX를아세톤으로세척한뒤
건조하여얻어낸결정의 SEM 사진인데, 매끄러운표면을가진결
정임을알수있다. 그러나결정의내부는겉보기와는엄청난차이
가있다. Fig. 7(b)는 image analyzer를사용하여관찰한동일한물 질의결정내부사진이다. 결정내에포함된수많은내부공극구조 를관찰할수있는데, 내부공극은재결정에사용한용매, 물, 공기,
염등으로채워져있다. 이러한결정내의내부공극및내부결함
(internal defect)은이들을원료로사용하여제조한고폭화약조성
(explosive formulation)이비의도성충격에의해폭발할가능성을
크게 하는 역할을 한다(내부 기공이 hot spot으로 작용하여
adiabatic compression을유도함). 따라서화약조성의안정성을높
이기위해서는이들결정성물질의고유특성의조절이필수적이 다. 프랑스의화약제조회사인 SNPE(SME)사는새로운재결정화 공정으로둔감 RDX(reduced sensitivity RDX, RS-RDX)의제조 에성공하였다고 발표하였다. SNPE사의 RS-RDX의상품명은 IRDX®이다[10]. Image analyzer를이용하여 RS-RDX의결정내
부를관찰한결과, Fig. 7(c)에나타난바와같이내부결함이현저
히감소되었음을알수있다. 이처럼내부결함이현저히감소된 분자화약의효과는복합화약에적용하여시험하였을때분명하게
나타나게된다. 외부에서가해지는충격에너지(shock energy)에
대한둔감도를측정하는 시험기법인 large scale gap test(LSGT)
결과 Fig. 8에나타난것과같이둔감 RDX를원료로사용한복
합화약은일반 RDX를사용한복합화약보다훨씬둔감한특성을 나타내는것으로보고되었다[10](주: LSGT 결과는압력이클수록
둔감한특성을나타내는것임). 이러한결과가보고된이후전세
Fig. 5. SEM image of explosive crystals[6].
Table 2. Impact sensitivity of explosives[6]
General shape of NTO Spherical shape of NTO
Impact sensitivity (J) 16.9 46.5
Fig. 6. RDX particles produced by RESS process (mean size : 115±
35 nm)[9].
계적으로내부결함을최소화시킨둔감분자화약제조연구가경 쟁적으로활발히수행되고있다.
2-3. 복합화약조성 개발
대부분의원료화약이나기능성화약은분말상태로는물론, 높은 밀도로압축한경우에도군용화약으로사용하기에는너무나민감하 여주장약이나보조장약으로직접사용할수가없다. 설사화약분 말을압축한상태에서민감도가허용치범위내에있다고할지라도,
이들압축된화약은오랜기간(무기체계의수명기간)에걸쳐서물 리적으로견고하게결합된상태를유지할수있을만큼안정적으로 고품질을유지하지를못한다. 따라서분말형태의원료화약이나기 능성화약은다른물질과혼합하여둔감하게만들고, 고체상태의단 단한물리적특성을갖도록하여야한다.
복합화약(PBX)이란이처럼분말형태의원료화약에고분자물질
을결합재로사용하여혼합(주조형복합화약)하거나피복-응집시킨
(압축형복합화약) 복합체(composite) 형태의물질로써, 재래식화약
(TNT를주성분으로하는 Comp-B나 Octol 등과같은용융충전계열의 화약)의열적, 기계적취약성을개선하고성능및안전도의조절이가
능하도록만든화약을의미한다. Table 3에용융충전화약인 Comp-B
와고성능화약인압축형복합화약의주요특성을비교하였다. Fig. 7. Microscopic observations of different qualities of RDX crystals with refractive index matching[10].
Fig. 8. LSGT results for different RDX qualities used in PBXN-109 [10].
Table 3. Characteristics of conventional explosive and plastic bonded explosive
Comp-B (Composition B) High performance PBX
기본물질 TNT를기반으로함 플라스틱결합화약(PBX)
제조방법 용융충전화약 압축형복합화약
제조원리 TNT는분말또는작은조각형태인데, 비교적낮은온도(80 oC)로
가열하면녹일수있고, 녹은 TNT는점도가낮아흐름성이좋으
며, 이를다시냉각시키면결정성고체가되는성질이있음.
이러한특성을이용해 RDX와같은고성능화약분말과혼합하고,
가열시켜녹인후(용융) 탄체에충전시킴.
분말형태의원료화약(HMX, RDX) 표면에고분자플라스틱결합
제를피복-응집시켜성형분말(molding powder) 형태로만들고, 이
를탄체에직접압축충전하거나또는 cylinder 형태로압축한다음
원하는탄의모양으로기계가공하여사용함.
조성 RDX + TNT + Wax HMX + 고무성질의고분자결합제
성능 폭발속도 : 7,900 m/s 폭발속도 : 8,700 m/s
장점 -가격이저렴
-대규모생산이용이함 -성능이우수하면서도안전함
-동조폭발가능성낮음
-열적안정성유지
-물성이좋아, 균열이발생하지않음
-화재노출시반응이격렬하게진행될가능성이낮음(연소반응)
단점 -저장시동조폭발가능성
-물리적인견고성취약함
-장기간보관시균열이나, 액체상태의화약용출가능성 (낮은용융점)
-화재노출시격렬한반응발생 (폭발반응)
-고가임
-생산성이낮음
복합화약을제조방법에따라분류하면 (1) 주조형(cast) 복합화
약, (2) 압축형(pressed) 복합화약, (3) 압출형(extrudable) 복합화약, (4) 사출성형(injection molding) 복합화약등으로나눌수있다. 생산 량측면에서보면대부분의화약은주조형복합화약이고, 그다음으 로압축형복합화약이많다. 사실이두방법으로제조된화약이거
의전부를차지한다고보아도무방할것이다. 압출이나사출성형복
합화약은아주특별한용도로쓰이고, 그양도극히적다[1, 2].
주조형복합화약은고분자망상구조속에 RDX나 HMX 등과같 은결정성화약을분산혼화시킨것으로고무와같은탄성을지니 기때문에외부자극에매우둔감한특성을나타내며, 그대표적인
조성은 Table 4와같다. 주조형복합화약은사용하는원료화약, 금
속성분, 산화제와고분자물질에따라서기계적성질은물론, 화약의 성능및안전도특성을임의로조절할수있어서무기체계의요구 조건에맞추어광범위하게이용할수있다.
압축형복합화약은원료화약또는기능성화약의표면에열가소 성수지를피복시킨후, 압축하여특수형태로가공하여사용하는 것으로서, 화약함량을최대 98％(중량비)까지높일수있는고성 능화약이다. 따라서소형화, 경량화, 고성능을요구하는정밀유도
무기체계의주장약이나보조장약으로사용한다[11]. Fig. 9는고
분자결합제(Estane)로원료화약(HMX)을피복-응집시켜제조한
압축형복합화약분말, 고온고압(25,000 psi 수준)으로압축성형
시킨제품, NC machine을사용하여원하는형상으로기계가공
하는사진이다.
근래들어무기체계의저장, 수송, 운용등과관련하여둔감무기 체계(IM, Insensitive Munitions)를규정하는필요성이대두되고있 다. 이는화약및탄두/탄약의저장, 수송및운용과정에서불의의
사고로부터인적, 물적손실을최소화하고실제전장에서적의모 든위협요소(열, 화재, 충격, 탄자및파편피격)로부터안전성을확 보하고자하는데그목적이있다. 실제로미해군에서운용하는
Oriskany, Forrestal, Enterprise 항공모함화재폭발사고, 1991년걸
프전당시미육군의 Camp Doha에서의탄약보급차량의폭발사고
등을통하여둔감탄약에대한필요성이증대되었다(Fig. 10).
둔감화약규정은유엔폭발물위원회에서규정한 ‘UN Test Series 7 (substance)’이국제적으로공인된규정이다. 화약및탄약의저장, 운
송및전장운용과정에서조우할수있는모든위험요소의종류와 위험수준을모사한 6종의시험항목(기폭관시험, 충격감도시험, 비
Table 4. Typical example of cast-PBX formulation
Ingredient Function
RDX (HMX) HTPBPAPI FeAADOA Aluminum
AP
Molecular Explosives Prepolymer
Curative Plasticizer
Catalyst Metal fuel
Oxidizer
Fig. 9. Pressed PBX.
Fig. 10. Pictures of unexpected detonating accident with warheads and ammunitions.
행충격시험, 급속가열시험, 완속가열시험, 탄자/파편충격시험)으로 구성되어있으며, 이모든시험항목을통과한화약을 EIDS(extremely insensitive detonating substance) 둔감화약이라칭한다[12]. 실제둔 감화약은인위적인기폭이아닌외부의웬만한자극요소에는폭발
하지않는매우둔감한특성을지닌다. Fig. 11에는둔감화약평가
시험중의하나인비행충격시험(SUSAN Test)의시험장구조와결 과를보였다. 개발한복합화약을시험용탄자에충전하여 76 mm 무 강선해군포로견고표적에발사시켜충돌시화약의반응정도를측 정하는시험이다. 시험탄의발사속도에따른충격속도별반응압력 의측정결과로부터둔감정도를판단한다. 신규개발한복합화약의
시험결과는재래식화약(Comp-B 또는 TNT)보다훨씬둔감함은
물론, EIDS로표기된기호(■)보다압력이낮아둔감기준을만족하
고있다[13].
2-4.무기체계적용성연구
개발한 화약의무기체계적용은화약에의해 발휘되는탄두
(warhead) 효과에바탕을두고결정된다. 대부분의탄두는무기체
계에서요구하는특성및효과가최적화되도록설계한다. 탄두효 과또는폭발효과는최대의성능이발휘될수있도록설계한다.
무기체계의특성에따라요구되는탄두효과(또는폭발효과)는 다음과같이분류할수있다[2]. (1) 금속가속(metal acceleration), (2) 공기중폭풍파(air blast), (3) 일반목적(general purpose, GP), (4) 수중무기용(under water - bubble energy, shock energy), (5)
내폭풍(internal blast), (6) 화구생성(cratering) 등이다.
적용목적(탄두효과)에따른화약의유형을도시하면 Fig. 12
와같다. 금속가속용화약은극히짧은시간에높은폭발압력을 생성하도록설계된화약이다. 금속과접촉된화약이기폭되면이
금속이무수한파편으로변하여(fragmentation) 고속으로가속되
어목표물을파괴시키거나, 성형작약라이너(shaped charge liner)
를빠르게압축붕괴시켜금속의제트(jet)가표적에최대한의깊 이로관통될수있도록설계된다. 반면내폭풍파나화구생성용화약 은벙커나함정내부와같은막힌공간, 또는지하암반내부에서고 폭화약이폭발하여폭발에너지는다소작더라도비교적오랜시간
동안과압(overpressure)이유지되도록설계된화약이다.
탄두효과는 M&S(modeling and simulation)를통해물리적인현
상설명과거동특성분석이가능하다. Fig. 13은상용수치해석프
로그램인 AUTODYN-2D/3D을이용하여파편의형성을분석한결
과이다[14]. Fig. 14는성형작약탄두의제트형성및관통현상을해
석하기위하여탄두의구성요소별재질과상태방정식및구성방정 식을이용, 제트가형성되는현상및목표물에대한관통해석진행
형태를해석한결과이다[14].
무기체계에서요구하는최적의탄두효과를낼수있는고폭화약 이선정되면, 이화약을충전시킨탄두/탄약의각종성능평가, 안전도 평가, 노화도평가, 환경평가시험등을수행하게되는데, 이부분에 대한내용은보안등의이유로본논문에서제외하기로한다.
Fig. 15는이러한모든시험규정에합격하여최종무기체계로확
정된정밀유도무기의발사장면이다. 국방과학연구소의독자기술로
개발한복합화약조성이충전된탄두가장착되어있다. Fig. 15(a)
는단거리지대공유도무기로서고성능압축형복합화약이충전되
어있으며, Fig. 15(b)는함대함유도무기인데둔감주조형복합화
약이충전되어있다. Fig. 11. SUSAN test[13].
Fig. 12. Selection of useful explosives according to the detonating effect.
2-5.군용물질 해체기술
군용물질해체(demilitarization)란수명이지났거나용도폐기된
탄약을효과적이고안전한방법으로처리하는기술을의미한다. 지 금까지의폐탄약은야외소각이나기폭처리방식으로폐기하였으나,
환경오염등의문제로새로운처리방법의개발이필요하다는인식 이전세계적으로확산되고있다. 또폐탄약의증가와처리능력부 족으로저장공간이부족한문제를합리적으로해결하는방안도강 구하여야한다. 나아가폐탄약의자원화개념을도입하여환경기준 을만족시킴은물론폐탄약으로부터자원의회수, 재활용및재사
용(3R: resource recovery, recycle, and reuse)율을제고하려는연구 가선진국을중심으로활발히진행되고있다. 국내에서도군과국 방과학연구소의공동노력으로재래식탄약의효율적처리시설을 확보하는사업을진행하고있다. 탄약의군용물질해체연구가일
반폐기물처리공정과다른점은탄에충전된폭발물질(고폭화약,
기폭장치, 추진제등)의취급안전성확보와환경오염방지두가지 조건을효율적으로만족시켜야하는처리공정상의어려움에있다고 하겠다.
군용물질해체공정은크게 (1) 탄분해공정, (2) 회수공정, (3) 재활
용및재사용공정, (4) 폐기공정으로분류할수있다. Fig. 16에나
타낸다연장로켓(multiple launching rocket system, 이하 MLRS)의 예를들어군용물질해체주요공정을설명한다[15,16]. 먼저 MLRS
의발사관은알루미늄과유리섬유튜브로되어있어재활용이가능 하다. 하나의 pod에들어있는여섯발의로켓은탄두와추진기관으로
분리되며, 탄두부분은성형된발포체내에총 644개의 M77 자탄
이충전되어있다. 이자탄의경우에는분리하는것은용이하나, 자 탄을분해하면장전상태로되는위험한탄종도있다. 분리된 M77
자탄은비록충전된화약량은소량이지만성형작약탄두이어서공 정중에반응기구가작동하게된다면 10 cm 정도의철판도관통시 킬수있는제트기류를형성한다. 따라서자탄은냉동파쇄방법으
로화약과구리라이너(copper liner cone)를분리시켜작동기구를
차단시킨후소각처리하고금속재는재활용한다. 추진기관에는복
합추진제(composite propellant)가충전되어있어고압수를사용하
여추진제를절단하고, 충전물을회수한다. 회수된추진제는상용
(산업용화약원료)으로쓰이거나, 군용으로재사용하기위하여추 Fig. 13. Modeling and simulation of fragmentation[14].
Fig. 14. Penetrating phenomena by shaped charge jets[14].
Fig. 15. Precision guided missile warhead filled with PBX.
진제조성의주요화합물(산화제및화약)을재생한다. 화약과접 촉해있던탄체는소각하여화약성분을모두제거한후금속물질은 수거하여재활용할수있다. 이외에자탄을분산시키기위한장약,
신관, 발포체및날개부분등은회수하여재활용하거나소각처리
한다.
탄분해공정에는냉동파쇄, 고압유체에너지에의한절단등의 기술이적용되며, 회수공정에는스팀또는마이크로파를이용한용 융방법, 고압유체에너지에의한채굴등의기술이필요하다. 회수
물질의재활용또는재사용공정에는고부가화합물로전환기술,
재결정에의한고순도물질제조, 초임계유체를이용한추출등의 기술이적용될수있다. 마지막으로폐기공정에는내열형또는내 압형소각방법, 초임계산화, 플라스마열분해및용융, 용융염산
화, 가수분해및산화, 생물학적처리방법등이연구대상이다.
국내의군용물질해체기술일부는선진국의핵심기술수준에 근접하지만, 전체적으로는이제시작단계이다. 더구나처리대상탄 약의종류가다양하고그특성이모두서로다르기때문에모든처 리대상탄약을처리할수있는범용의기술은존재하지않지만추 후확보되어야할기술은안정성이확보되고재활용자원의회수율 을극대화시킬수있으며, 운영상의효율성을갖춘환경친화적인방 법이어야함에는논의의여지가없을것이다.
3. 결 론
고려말최무선의화통도감으로시작한우리나라의화약역사는 결코짧다고할수없으나, 그이후화약분야에대한연구및발
전은오랫동안단절되었던것이역사적사실이다. 일례로군수용
으로사용가능한 TNT, RDX 등의원료화약이국내에서처음생
산된것이겨우 30여년전의일이다. 그러한열악한기반에서출 발하였지만국방과학연구소탄두탄약부에서는용융충전화약의탄 두정밀충전공정개발, 주조형복합화약및압축형복합화약의개 발, 둔감화약의개발, 개발화약의성능및안전도평가기법개발,
무기체계적용성연구, 신에너지물질의합성그리고분자화약설 계및성능/감도예측프로그램의개발등세계적인화약개발추세
에맞추어고폭화약연구를성공적으로추진하고있다. 개발된핵 심기술은방위산업체에기술이전하여국산화및양산화에크게 기여하고있다.
또한, 미래무기체계및핵심기술을연구하는데필요한기반기술
을확보하기위하여대학및관련연구기관에기초연구와특화연구
센터과제를수행하도록적극지원하고있으며, 이를통해화약관
련연구의활성화와연구인력저변의확대및산-학-연공동연구체 계의구축등의발전적인효과를기대하고있다.
앞에서살펴보았듯이고폭화약연구의기술분야는실로화학공 학의전체분야를망라할만큼다양하다고할수있으며, 앞으로도
전하고확보해야할기술분야또한무궁하다고할수있다. 이총 설을통해, 현재진행중인고폭화약관련연구는물론추후확보해 야할기반기술에대하여학계, 산업체그리고관련기관의깊은관 심을촉구한다.
감 사
고폭화약연구는국방부와방위사업청의방위력개선사업(핵심기술,
시험개발, 특화연구센터)으로수행되고있습니다.
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![Table 1. Characteristics of common molecular explosives[1]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/5408269.220508/2.892.65.429.113.264/table-characteristics-of-common-molecular-explosives.webp)
![Table 2. Impact sensitivity of explosives[6]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/5408269.220508/3.892.463.831.373.618/table-impact-sensitivity-of-explosives.webp)
![Fig. 8. LSGT results for different RDX qualities used in PBXN-109 [10].](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/5408269.220508/4.892.71.823.137.333/fig-lsgt-results-different-rdx-qualities-used-pbxn.webp)
