1. 개요
지향성 에너지 무기(directed-energy weapon, DEW)란, 광자(전자기파), 중력자(중력파), 하전입자(전기) 등 에너지(소립자)를 한쪽 방향으로 발사하는 무기다. 하전입자·중성입자·반입자 등을 발사하는 입자병기와 광자를 발사하는 광학병기, 중력자를 발사하는 중력파 병기, 마이크로파 파장의 전파를 발사하는 마이크로파 병기, 음파를 발사하는 음파병기 등으로 세분화된다.2. 특징
2.1. 원리
무엇을 발사하냐에 따라 그 작동 원리는 각각 천차만별이다. 예를 들어 광학 병기의 경우 레이저 광선을 발사하며 마이크로파 병기는 마이크로파 파장의 전파를 발사하고 음파 병기는 음파를 발사하지만, 입자병기의 경우에는 실탄 화기처럼 탄체를 발사하며 단지 그 탄체가 총탄이나 포탄이 아닌 입자 덩어리라는 점이 다르다.하전입자·중성입자·반입자 등을 발사하는 입자병기의 경우 입자가속기로 가속된 입자의 운동에너지를 전달하는 원리로 작동하지만, 미시계에서는 열에너지와 운동에너지의 구분이 무의미하기에 결과적으로는 입자의 운동에너지 전달로 인한 가열 반응으로 공격한다. 단, 입자병기 중에서도 반입자 병기는 예외적으로 물질과 반물질의 쌍소멸을 이용한다.
2.2. 장점
- 속도
고에너지를 띤 입자를 발사하기 때문에 탄속이 아광속이다.
- 잔탄
광학 병기의 경우 화학 레이저처럼 작동 원리상 발사 횟수가 제한되는 경우도 있지만 반대로 발사 횟수의 제한이 없어 전력만 공급되면 무한정 쏠 수 있는 경우도 있다. 반면 입자병기는 질량 병기처럼 가속할 입자가 필요하므로 입자가 떨어지면 더이상 발사할 수 없다. 하전/중성입자 병기는 전력을 공급하는 동력원이자 입자를 공급하는 탄창으로써 핵융합로를 사용할 수 있다.
- 다른 병기와의 관계
속도는 질량 병기 < 입자 병기 < 광학병기 순으로 빠르고, 파괴력은 광학병기 < 입자 병기 < 질량 병기 순으로 높기에 입자 병기는 질량 병기와 광학병기 사이의 갭을 메우는 데 적합한 면이 있다. 여기에 입자 병기와 질량 병기는 파괴 효과를 발휘하는 방식에 있어 다소 차이가 있기에 입자 병기와 질량 병기, 광학병기는 상호보완 관계이다.
2.3. 단점
- 내열성 방어 수단
하전입자 병기나 중성입자 병기, 광학 병기에 대한 장갑방어 수단으로서는 내열성이 높은 특수 소재로 만들어진 장갑판이나, 장갑 대신 증발하나 기화해서 애블레이션 쿨링(ablation cooling, 소작 냉각)을 통해 빔의 위력을 저하하는 특수한 화학 물질을 장갑의 표면에 코팅하는 빔 코팅 기술 등이 고안되고 있다.
- 자기장
무기 특성상 곡사가 불가능하지만 하전입자 병기와 반입자 병기처럼 발사하는 입자가 전하가 있으면 자기장에 휜다. 실제로 미군의 연구에 따르면 자기장의 영향이 생각보다 커서 하전입자빔은 조준이 어렵다고 한다. 이를 이용해서 자기장으로 이루어진 방어막으로 방어할 수 있다. 다만 소립자의 질량은 매우 작아서 지구 정도의 중력에는 미세한 영향만 받는다.
- 진공 외의 환경
수중에서는 어떤 입자병기라도 물과의 반응으로 인한 연쇄폭발의 가능성이 생기기에 연쇄폭발에 대한 특별한 방지책이 없는 한 입자병기를 기본적으로 사용할 수 없으며, 대기권은 공기 분자가 너무 많아서 에너지가 확산하거나 회전할 수 있다. 반입자 병기는 공기와 반응으로 연쇄폭발을 일으킬 수 있기에 수중만이 아니라 대기권에서도 기본적으로 사용할 수 없다.
- 낮은 사거리
픽션에서는 무한한 거리로 뻗어나가는 무기로 그려지나, 현실에서는 대기의 존재로 인해 발사병기보다 사거리가 낮은 편이다. 입자선이나 광선이 대기를 통과하면서 에너지가 흡수되거나 대기와 반응해버리기 때문이다. 비가 오거나 구름이 많은 악기상이라면 더 사거리가 낮아진다.
- 개발의 어려움
현재 개발이 활발한 광학 무기나 음파 무기 정도를 제외하면 아직까지는 전부 사이언스 픽션 수준의 무기들이다.
3. 종류
3.1. 광자(전자기파)
전자기파/광자를 사용하는 병기. 쉽게 말해 레이저다.3.1.1. 방사선
방사능 물질이 붕괴하면서 나오는 전자기파인 방사선을 발사한다.3.1.2. 마이크로파
파장 1mm~1m의 전파인 마이크로파를 발사한다. 쉽게 말해 전자레인지의 원리를 응용한 것. 통칭 HPM(High Power Microwave) 고출력 마이크로파무기라고 알려져 있는데 지향성이나 방사형 말고도 지뢰형식을 통하여 시가전에서 적의 통신장비나 보병장구류중에 배터리등의 전자장비를 불능으로 만드는 형태도 개발되고 있다.기본적으로 2000년대 초반 폭동적 시위에 대응하기 위한 목적으로 시위대를 해산시키기 위해서 만들어진 무기가 ADS(Active Denial System)이 개발되기 시작하더니 이라크전-아프간전을 통하여 IED와 같은 매복형 폭탄과 같은 지뢰형 무기들에 대한 제거 및 대응이 요구됨에 따라 HPM 재머의 발전이 대대적으로 이루어지기 시작했다. 특히 소형화된 것이 바로 안티 드론건이다.
재머와 별개로 드론의 자폭공격화와 소형 드론에 의한 공격이 IED를 대체함과 동시에 드론정찰등의 치안 및 보안유지 문제등이 대두되었고 심지어 드론을 통한 벌떼 공격도 예측되기 시작하자 HPM무기는 지향성 보다는 방사형의 요구가 강해졌는데 결국 2017년부터 실용화된 아이템들이 등장하면서 2023년부터 본격적으로 운용이 나오기 시작했다.#
2022년 본격적인 전면전으로 확대된 러우전쟁에서 드론의 대규모 활동이 이루어지기 시작하자 이를 대응하기 위해서 임시방편의 방사형 HPM장비들이 대거 등장하여 드론의 자폭공격이나 정찰을 방어하는 실정에 이르고 있다.# / #
차후 육군 기갑차량들에서 능동방어시스템으로서도 장착이 예고되고 있을뿐만 아니라 무인기 장착을 통하여 갱도화 혹은 땅굴화의 지하화된 적의 기지나 장소의 유폭이나 전자장비등을 다운 및 훼손시킬 목적등으로도 개발이 되고 있는 상황이다.
3.2. 하전입자
하전입자란 전하(電荷)를 띄는 소립자이다. 이를 탄체로 발사하는 무기가 '이온 캐논' 또는 '하전입자포'라 불리는 무기로서 대표적인 입자병기로 꼽힌다.3.3. 중성입자
전하(電荷)가 없는 중성입자를 사용하는 병기. 보통 '중성자포'라고 불린다. 하전입자를 탄체로 발사하는 이온 캐논과 더불어 대표적인 입자병기 중 하나로 꼽힌다.탄체로는 중성자나 중성자를 지닌 수소입자가 고려된다. 수소의 동위원소 중에서는 중성자와 양성자를 각각 1개씩 지닌 중수소나 2개의 중성자와 1개의 양성자를 지닌 원소인 삼중수소를 중성자를 지니고 있는 대표적인 예로써 들 수 있다. 원리는 이온 캐논과 비슷하지만 자기장에 영향을 받지 않아 직사로 발사된다. [1] 입자의 크기가 비교적 커서 대기권에서의 사용은 매우 곤란하다. 공기 입자와 부딪히면서 생기는 에너지 손실이 막대할 것이기 때문이다. 진공에서의 파괴력은 레이저나 이온 캐논 이상이지만, 같은 수준의 에너지를 사용하는 질량 병기보다는 낮다.
3.4. 반입자
반물질 소립자를 사용하는 병기이다.3.5. 중력자(중력파)
중력자(중력파)를 사용한다. 다만 아직 중력자는 발견되지도 않았고 중력파도 겨우 발견만 한 상태라 현재로서는 공상과학 수준의 무기이다.3.6. 음파
음파를 사용하는 병기이다.4. 가상의 입자병기
| 해당 항목은 가상의 입자병기나 종류가 밝혀지지 않은 입자병기만 작성한다. 종류가 정해진 입자병기는 해당 문서나 항목에 적는다. |
대단히 강력하고 정밀한 무기로 묘사되며 현실의 입자 말고도 가상의 입자를 사용하는 입자병기도 존재한다.
공기 중에서 입자병기의 사용하면 공기의 영향으로 에너지가 확산하거나 회전기에 위력이 저하되고 조준이 뒤틀리는 것을 표현하는 경우가 일반적이지만 연쇄폭발의 가능성을 표현하는 매체는 어디에서도 없다. 이는 창작물에 나오는 대부분의 입자병기가 공기와의 반응으로 인한 연쇄폭발의 가능성이 상대적으로 적은 하전입자를 발사하는 하전입자 병기나 가상의 입자병기이기 때문이다. 그러면 입자병기의 종류에 따른 효과와 단점을 재대로 보여줘야 하지만 그것이 잘 이뤄지지 않는다.
한편 수중에 한해서는 종류를 불문하고 어떤 종류의 입자병기라도 연쇄폭발의 가능성이 있기에 수중에서는 입자병기의 사용 자체가 봉쇄된다는 묘사 역시 많다. 수중에서의 입자병기의 사용의 어려움을 묘사하는 것의 시초는 기동전사 건담으로, 빔 사벨을 물 속에서 꺼내면 물방울이 일어난다.
- 아머드 코어 4, 아머드 코어 포 앤서
코지마 입자를 바탕으로 한 코지마 병기로 위력이 매우 높아 풀차지를 하면 어지간한 AC는 한방에 파괴된다. 다만 탄속이 느리기에 맞추는데는 요령이 필요하다. 또한 설정상으로는 코지마 입자의 특성으로 인해 상당한 규모의 환경오염을 유발한다.
- 시도니아의 기사
헤이그스 입자를 사용한 병기로 대표적으로 헤이그스 입자포가 있으며 입자 사출구 크기와 사용 입자량에 따라 위력이 결정되는듯 하다. TVA 1기 11~12화 가우나 542(소행성) 전투를 보면 파종선 시도니아에 장착되어있는 초고출력 헤이그스 입자포는 약 100만 킬로미터정도 떨어진 목표를 입자 사출후 10초정도 뒤에 목표에 명중시킬 수 있는 능력을 가지고 있다.
- 소닉 더 헤지혹 시리즈
GUN이 사용하는 일부 병기에 입자를 방출하는 무기가 탑재되어있다. 소닉 어드벤처 2 ~ 섀도우 더 헤지혹(게임)의 작중 시점을 기준으로 50년 전에 개발된 '입자방사포(Particle Beam Cannon)' 여기에 해당한다. 일정 시간 동안 에너지를 충전하고 발사하면 전방향을 동시에 공격한다. 다만 정해진 사정거리에서 벗어난 대상은 아무런 영향을 받지 않는다. 입자방사포는 헤비 도그와 블루 팔콘에 각각 탑재되어있다.
- 소녀전선
적대 세력 철혈공조와 니토를 제외한 패러데우스의 전술 인형들의 주 무장이지만 무슨 입자인지는 자세히 밝혀진 바가 없다. 두 세력이 운용하는 무인병기인 스카웃, 네메움, 맨티코어와 패러데우스의 도펠죌트너, 패트롤러 역시 입자 병기가 탑재돼있다.
- 헤일로 시리즈
선조의 함선 대부분에 탑재되어 있으며 본편에서 많이 나오진 않으나 헤일로4 브로드소드 미션에서 맥건 발사를 위해 파괴하는 전진하는 수호자의 의무의 포탑이 입자병기다.
- R-TYPE 시리즈
"파동 입자"라는 정체불명의 물질을 모아다 날리는 파동포가 있다. 규모와 화력, 모양새와 용도까지 전부 다르지만, 전투기부터 전함까지 두루두루 탑재하고 다닌다.
- 메탈 블랙
"뉴얼론 입자" 라는 물질이 주인공 기체의 주 무기로, 여기서 에너지를 모아 기총을 쏘지만, 번개처럼 사방에 퍼뜨려 넓은 범위를 공격하기도 하고, 굵은 빔으로도 쏜다.
- Warhammer 40,000
SF판타지답게 다양한 지향성 에너지 무기들이 존재하며 레이저 무기와 플라즈마 무기를 제외한 지향성 에너지 무기는 다음과 같다.
4.1. 건담
기동전사 건담 SEED의 미라쥬 콜로이드가 있으며, W,G,X에서의 빔병기는 무슨 입자인지는 자세히 밝혀진 바가 없다.4.1.1. 메가입자 병기
기동전사 건담을 필두로 하는 우주세기의 모든 입자 병기가 메가 입자를 이용한 입자병기다. 함포로서 군함에 다는 메가입자 병기는 주로 메가입자포, 모빌슈트 등이 들고다니는 병기는 주로 빔 라이플이다. 발사 원리는 같은데 왜 지온과 연방의 빔색이 다른건지는 원인불명. 메가입자포와 빔라이플의 간단한 차이점은 메가입자포는 제네레이터로부터 직접 에너지를 끌어서 쓰고, 빔 라이플은 E-CAP 등의 저장소를 통해서 에너지를 끌어 쓰는 차이다. 메가 입자 자체는 미노프스키 입자를 축퇴시킨 입자다. 메가 입자는 발사된 이후 에너지가 보존되지 않고, 소멸한다. 의외로 안전한? 모양4.1.2. GN입자 병기
기동전사 건담 OO에 나온 GN입자를 무기로 하는 병기. 유사 태양로는 입자와 빔의 색이 모두 동일한데 왜 오리지널 태양로는 입자색은 녹색이고 빔은 분홍빛인지 불명. 추측하자면 퍼스트 건담의 빔을 오마쥬한 것이라 볼수도 있다. 작중 처음 등장한 건담도 빔은 분홍색이었고, 이후 지온계 빔 라이플 탑재 기체들은 초록색이나 노란색이었으니 오리지널 태양로를 퍼스트 건담의 지구연방에 비유하면 유사 태양로 탑재 기체는 지온에 비유를 할 수 있다. 트란잠을 생각하면 오리지널 태양로의 입자는 과부하시 붉은 빛을 띄는 설정일 수도 있다. 살상력을 띄도록 방출하는 것도 일종의 과부하일 수 있다는 것. 추진을 위해 태양로에서 방출하는 입자는 여전히 녹색인 것, 입자 방출량이 기체 추진력에 영향을 주는 것, 트란잠이 콘덴서로부터 일제히 입자를 끌어와 출력을 높이는 것임을 보면 입자 자체가 가속 될 때 붉은 색을 띄는 것으로 보인다.특이하게도 광학병기와 유사하게 주로 열량으로 위력을 내는 보통의 입자병기와는 달리 운동에너지가 매우 부각된다. 방패로 막을 때 단단한 물체끼리 격돌하는 충격음이 들리며 빔이 매우 두꺼운 포격은 대상을 녹인다기보단 마치 태풍이 쓸어버리는 듯한 느낌으로 부숴버린다. 사격음도 광선총하면 생각나는 뿅뿅거리는 효과음보단 실탄화기의 화약이 팍팍 터지는 듯한 느낌을 가미한 중간적인 효과음들이 나오곤 한다. 건담 엑시아의 라이플과 벌컨을 예시로 들자면 라이플은 마치 실제 총기 사격 효과음의 피치를 높여 변조한것과 비슷하고 벌컨은 그냥 분홍색 섬광의 기관총이다. 모두 GN입자 병기다. 다시 말해 표적에 도달한 입자가 열에너지를 전달해 손상시키는게 아니라 가속된 입자의 충격량이 표적을 직접 파괴하는 병기다. gn입자는 설정상 광자의 아종이며, 동력원인 gn드라이브는 총(總)입자, 모든 물질을 질량붕괴시켜 엄청난 량의 전하와 GN 입자를 생산하는 기관이다. 광자는 질량이 없는데, gn입자는 아종이라서 질량이 있거나 아니면 쌍생성 반응으로 착탄시 질량을 가지는 것일 수도 있다.
5. 현실
폭탄과 총탄/포탄의 효과와 효율성이 너무 좋아 지향성 에너지 무기는 현실에서 나설 자리가 거의 없다.탄도미사일 요격용 레이저 무기, 비살상 음파 무기 정도가 연구 중이나 실용화될 수준에는 이르지 못했다.
때문에 현실에서 지향성 에너지는 탐지/탐색용으로만 쓰이고 있다. 레이다(전자기파), 소나(음파)가 대표적이다.
여담으로, 지향성 에너지 장비를 활발히 이용하는 분야가 의료 분야다. 본 문서에서 논한 다양한 지향성 에너지를 사용하는 의료기기가 여럿 있다.
- 엑스선: 역사와 전통을 자랑하는 영상의학 장비. 대부분의 생체 조직을 통과하는 방사선을 이용해 체내 영상을 촬영한다.
- CT: 전산화 단층촬영 역시 엑스선을 이용한다. 일반 엑스선과 달리 특정한 깊이의 단면 영상이나 3D 영상을 얻을 수 있다.
- 양전자방출단층촬영: 양전자, 즉 반물질 입자를 이용한다. 체내 대사를 검출하는 검사 장비다. 반물질이라고 하니 굉장히 파괴력이 있을 것 같지만 방사하는 양전자가 정말 극미량이라 엑스선보다도 위력(?)이 낮다.
- 울트라사운드: 초음파를 이용한다. 이 초음파는 의외로 위력이 있다. 태아에게 해로울 수 있으니 산부인과의 초음파 검사를 필요 이상으로 자주 하지 말아야 한다는 주장이 계속 제기될 정도다.
- 감마 나이프: 감마선을 이용해 종양을 제거하는 기기. 이건 진단기기가 아니라 치료기기다. 이 감마선은 실제로 파괴력이 있다. 다만 그 빔의 초점 부분에만 파괴력이 집중되므로 주변 조직에는 해를 입히지 않고 암 종괴만 파괴하는 방식이다.
무기에 관한 문서에서 의료 분야에 대해 언급하는 이유는 현대식 의료기기에 적용되는 원리가 지향성 에너지 무기에도 적용되는 것이 많기 때문이다. 위에 나온 의료기기를 모두 개발, 제조, 판매하는 업계 큰손인 독일 지멘스는 군사 분야에서도 활동하고 있으며 지멘스 엑셀러레이터라는 방위항공 전문 계열사를 갖고 있다.
[1] 다만 양성자가 껴있어 전기적으로 양성을 띠는 중수소와 삼중수소는 자기장의 세기와 전하의 속도, 전하량의 곱만큼의 힘을 받으므로 완전한 직사 발사는 불가능하다.