1. 개요
미국에서 1991년에 개발을 시작한 신형 활강포. 프로젝트명은 XM291 ATAC(Advanced TAnk Cannon).2. 제원
| XM291 제원 | |
| 개발사 | |
| 개발 연도 | 1991년~ |
| 생산 연도 | |
| 중량 | 120mm: 1451kg (포미 861kg, 몸체 590kg) |
| 길이 | 120mm: 6.731m (L/55)) |
| 구경 | 120mm/140mm |
| 탄약 | × |
| 구경장 | |
| 장약 | 일체형 장약 (120mm], 분리 장약 (140mm) |
| 장전 | 자동 장전 장치 사용 |
| 포구 운동 에너지 | 20MJ (140mm) |
| 최대 사정 거리 | - |
3. 역사
3.1. 배경
1983년, NATO는 바르샤바 조약군에 신형 T-80이 도입되었다는 것이 보고되었고, 그 설계가 알려지자 예상 위협에 비해 성능이 뛰어난 전차는 아니라고 평가받았다. 그런 상황에서 전시상황을 더 잘 평가하기 위해 T-80을 능가하는 성능일 것을 가정한 소련 차세대 주력 전차를 기준으로 삼았고, 이개념은 미래 소련 전차(Future Soviet Tank , 줄여서 FST)로 지정되었다.- FST-1: T-80U와 T-72B 같은 기존 전차 개량형.
- FST-2: 차체 내 승무원 2~3명이 탑승하고 무인포탑을 쓰는 설계의 차기 주력 전차로, 시야 방해용 레이저 무기를 장착하고 당대 NATO 대전차 무기를 완전 방호할 수 있는 차량. 해당 잠재적 위협에 대응하기 위해 열화우라늄 장갑을 도입한 M1A1HA가 배치되었다.
- FST-3: M1 에이브람스, 레오파르트 2 같은 당대 주력 전차를 압도하는 위협. FST-3를 파괴하려면 최소 18 MJ의 포구 에너지를 가진 고위력 전차포가 필요하다고 여겨졌다.
미국 육군은 1980년대 중반에 운영 비용 절감을 목표로 24종의 전투 차량을 통합하여 동시에 개발 및 생산할 계획을 세웠다. 이 장갑차 제품군(AFV) 프로그램을 통해 부품 표준화를 통해 비용 절감 효과를 기대했지만, 곧 예산 초과가 예상되어 1985년 3월 중장갑 플랫폼 1종(4대)과 중형 플랫폼 1종(2대)에 집중하기로 결정했다. 1990년 2월에는 AGS 프로그램의 입찰이 진행되었고, M8 AGS가 최종 선정되었다. ASM 프로그램으로 알려진 이 개발 프로그램의 핵심은 FST-3에 대응하기 위한 블록 III 전차였다. 미래 보병전투차(FIFV) 또한 중형 플랫폼을 기반으로 개발될 예정이었기에, 중형 차체를 전륜구동과 후륜구동으로 나누는 방안도 검토되었다. 그러나 최종적으로는 전방 엔진 장착형 단일 중형 차체를 사용하는 것으로 결정되었다.
3.2. 개발
1980년대부터 소련제 차기 전차들에 대응할 목적으로 개발이 시작되었다. 본래 1980년대부터 M1 에이브람스의 후속 모델로 계획된 차기 전차(Block III Tank)의 주포로 사용할 예정이었으나 해당 프로젝트는 먼저 중단되었다. 이후 XM921의 개발은 이어져서 에이브람스 기반의 CATTB와 썸퍼 시험차량에서 테스트되었다.1985년에는 FST-3 격파에 요구되는 전차포 성능을 달성하기 위한 XM291 개발이 시작되었다. 같은 시기에 미 육군은 주력 전차 무기 체계 개발 프로그램을 시작하여 TTB(Tank Test Bed)와 CATTB(Component Advanced Technology Test Bed) 프로토타입을 제작했다. CATTB는 1987년부터 1988년까지 시험되었으며 140mm XM291 포와 XM91 자동 장전 장치의 사용을 성공적으로 입증했다. 한 대는 현재까지도 애버딘 시험장에 있다.
그러나 140mm 버전의 추가 개발은 냉전 종식 이후인 1992년에 중단되었으며, 대신 전열화학포 기술을 적용한 120mm 버전만 지속적으로 연구가 이어졌다. 2000년 1월에는 120mm L/55 XM291로 17MJ의 포구 에너지를 달성하여 중요한 이정표를 세웠다. 2004년 8월에는 "Lightning Bolt"라는 별명을 가진 직렬 하이브리드 추진 시스템을 장착한 M8 AGS가 ETC 포에서 개량된 M829A2 APFSDS 7발을 발사하면서 추가 테스트가 수행되었다. M129 추진제 점화기는 동축 플라즈마 주입기로 교체되었다.
전열화학포 기술이 적용되었으며, 120mm와 140mm 포신 두 가지가 존재하며 필요에 따라 포신을 간편히 교환할 수 있다. 포구에는 포신을 흔드는 진동에 반대되는 위상의 진동을 만들어 상쇄시켜 사격 정확도를 증가시키는 동적 진동 감쇠 장치 기술(Dynamically Tuned Shroud, DTS)이 최초로 사용된 포이기도 하다.
140mm 날탄의 경우 운동에너지는 20메가줄대이고 RHA 관통력은 대략 1000mm다. 이는 야마토급 전함의 1톤이 넘는 460mm 철갑탄의 영거리 사격보다 더 높은 관통력이다. 120mm 날탄 역시 성능이 비슷하다.
4. 특징
XM291 ATAC는 XM35 105mm 강선포의 개발에서 얻은 경험을 바탕으로 베넷 연구소와 워터블리트 병기창(WVA)에서 개발되었다. 특히 포미, 주퇴복좌기, 배연기 설계에서 영향을 받았다.M1 에이브람스에 장착하기 위해 포 본체의 크기는 M256과 비슷하게 설계되었다. 폐쇄기, 주포 반동 레일, 트러니언, 주퇴복좌기를 포함하여 모든 버전에서 동일하다. 포미부는 40인치(1016mm) 길이의 반동 레일 위에서 움직여 반동력을 흡수할 수 있다. 이를 통해 최대 1,200kN의 제동력을 얻을 수 있다. 포미 자체의 무게는 1,300파운드(590kg)다. 폐쇄기 설계는 EX35로 명명된 XM35에서 채택되었다. 단순 수직 가동식 폐쇄기를 사용하는 M256과 달리 XM291은 수직으로 열리는 나사산이 있는 나사식 폐쇄기를 사용한다. 이는 기존의 폐쇄기에 비해 폐쇄부와 튜브 수용부 사이의 접촉점에서 재료에 가해지는 응력을 줄여 수명을 연장하는 작용을 한다.
약실과 포미를 포함하는 포신은 140mm 또는 120mm 탄약을 사용할 수 있으며, 포신 교체에는 1~2시간이 소요된다. 55구경장의 120mm 포신은 3200파운드(1452kg)의 무게를 가지며, 포신 후방에서 125~160인치(3175~4064mm) 떨어진 곳에 30파운드(13.6kg)의 배연기가 있다. 12.4파운드(5.6kg)의 포신 보정장치는 포신 후방에서 259인치(6579mm) 떨어진 곳에 있다. 더 긴 길이에도 불구하고 경량화가 이루어진 덕에 중량은 M256포보다 91kg 가벼워진 3689kg였다. 4160kg의 무게를 지닌 라인메탈 120mm L/55 (또는 M256E1) 활강포와 비교하면 경량화가 상당한 수준이다. 한편, 47구경장이의 140mm 포신의 중량 공개되지 않았지만 120mm보다 약 40% 더 높을 것으로 예상된다.
포신은 무게를 줄이고 균형을 개선하기 위해 복합 재료를 적극적으로 도입해 만들어졌다. 1987년과 1988년에는 비스말레이미드를 구조재료로 사용하는 탄소 섬유 강화 폴리머 외피가 있는 강철 포신이 Benet Laboratories와 Watervliet Arsenal에서 테스트되었다. 이후에는 MMC 외피가 있는 강철 포신이 사용되었다. 이 공정에서는 0.14mm 두께의 탄화규소 섬유가 단조 포신 주위에 감겨 있고 플라즈마 스프레이를 사용하여 알루미늄 6061로 코팅된다. 최종 SiC 부피 분율은 약 47 %다. 완성된 제품은 단계별로 인쇄된 후 최종적으로 오토프레티지 공정을 거친다. 잔류 응력을 줄이기 위해 가열공정도 거치며, 부식 방지 및 더 나은 접착력을 보장하기 위해 중간층, 즉 강관의 외층은 먼저 0.25~0.5µm 두께의 니켈, 은, 은 함량이 10%인 알루미늄-은 합금층으로 코팅처리된다.
포신에는 바람과 날씨가 조준에 미치는 영향을 줄이기 위해 서멀 슬리브도 장착된다. 여기에 더해 시험된 특별한 기능은, 무기의 고유 진동을 줄이기 위해 설계된 "동적 튜닝 덮개(DTS)"다. 특허에 따르면 얇은 알루미늄으로 만들어진 열 차폐막의 앞부분은 클램핑 링을 통해 연기 추출기에 부착된다. 앞부분은 방사형 코일 스프링으로 포신에 연결된다. 이 스프링은 나사로 열 차폐막에 고정되어 스프링 강성, 즉 진동 특성을 조절할 수 있습다. 스프링과 열 차폐막 링 사이의 연결 지점에는 감쇠를 위해 얇은 고무층이 포함되어 있다. 이 시스템을 사용하여 2001년 애버딘 시험장에서 M1A1의 주행 시험이 수행되었다. 그러나 내구성이 충분하지 않아 시험 사격은 실시되지 않았다. M256E1을 사용한 후속 테스트에서는 야전 보정 시스템의 시야를 방해하지 않도록 코일 스프링을 리프 스프링으로 교체했다. 테스트 사격 후 조정 나사가 없는 더욱 개선된 버전이 개발되었다.
XM291의 정밀도와 진동 특성을 조사하기 위해 1990년 이전에 새로 개발된 XM866 운동 에너지탄(KE)과 XM831 고폭탄(HEAT)을 사용하여 사격 시험도 실시했다. 요구 조건은 전체 포신 곡률이 0.05인치(1.27mm)를 초과하지 않아야 하거나, 포신 길이 25인치(635mm) 구간에서는 0.01인치(0.25mm)를 초과하지 않아야 한다는 것이었다. 포 자체 무게로 인한 처짐은 고려하지 않았다. 이러한 정밀도 사양은 기존 전차포에 적용되던 일반적인 기준치를 훨씬 뛰어넘는 것이었다. 시험 사격 중 포구는 XM321 고폭탄 발사 시 0.005인치(0.127mm), XM866 운동 에너지탄 발사 시 0.0015인치(0.038mm)만큼 진동했다. 이는 0.05 밀리라디안 (0.0028°) 의 편차에 해당하며 전차포에 대해 허용되는 값인 0.25 밀 (0.014°)에 비해 무시할 수 있다. 그러나 이는 포신의 부정확성만을 고려한 것이며 안정화 시스템 및 이동으로 인한 동적 하중과 같은 다른 요소는 포함되지 않는다.
140mm 포탄은 두 부분으로 나뉘어 있어 장전수가 약실에 넣기가 어렵고, 특히 고속 야지 주행 시 수동 장전 작업은 상당히 어려워지기 때문에 XM291 ATAC는 처음부터 자동 장전 장치 와 함께 사용하도록 계획되었다 . 이후 개발이 본격화된 120mm 버전은 이론적으로는 오늘날 일반적인 방식처럼 수동 장전도 가능하다. CATTB와 블록 III 주력 전차용으로 설계된 자동 장전 장치에 대한 간략한 설명은 다음과 같다.
CATTB(Component Advanced Technology Test Bed)는 블록 III 주력 전차에 적용될 일부 기술을 시험하기 위해 설계되었다. 또한 M1 전차의 성능 향상 방안을 시연하는 목적도 있었다. 이를 위해 첨단 통합 동력장치(AIPS)가 차체에 장착되었고, 측면 스커트에 추가적인 방진 스커트가 장착되었다. 포탑 전면, 측면 및 상단 장갑은 크게 강화되었으며, XM91 자동 장전 장치를 갖춘 140mm XM291 화약포가 장착되었다. 개선된 사격 통제 장치도 계획되었으나 예산 문제로 취소되었다. XM91 자동 장전 장치는 더 길어진 140mm 포탄을 수용하기 위해 확장되어야 했던 포탑 후면 탄약고를 포함하여 좌우에 각각 2개의 FASTDRAW 리볼버 탄창 드럼을 사용하는 설계였고, 드럼은 장갑 칸막이로 분리되어 포탑 후면의 탄약고를 효과적으로 두 부분으로 나뉘었다. 각 드럼에는 포탑 지붕에 2개의 블로우 오프 패널도 장착되어 있었다. 드럼의 허니콤 구조는 높은 적재 밀도와 낮은 무게를 가능하게 했다. 각 드럼은 탄약 17발 또는 18발(출처에 따라 다름)을 적재할 수 있어 34~36발의 준비탄을 제공했다. 장전 과정에는 로봇을 사용하였는데, 이 로봇은 장전 트레이를 두 개의 배출구 중 하나에 위치시키고, 그리퍼를 탄약 용기에 삽입하여 탄창에서 탄약을 장전 트레이로 끌어올린 다음 측면으로 이동하여 XM291의 약실 뒤에서 체인 급탄기로 탄약을 약실에 밀어 넣고 장전을 마쳤다. 이후 장전 로봇이 측면으로 이동하고 발사 후 사이클이 다시 시작되는 방식이었다. 이 시스템은 분당 8~12발의 발사 속도를 달성할 수 있었다.
블록 III 전차는 1990년 12월, 제너럴 다이내믹스 랜드 시스템즈(GDLS)가 미 육군으로부터 차세대 주력 전차 개발 계약을 수주하면서 구상되었다. 판처 2000 과는 달리 이 전차는 LV100 가스 터빈 엔진을 장착한 전륜구동 방식이며, 승무원은 3명이고, 차체 상단에는 140mm XM291 화약포가 탑재되었다. 동력 장치를 위한 공간을 확보하면서도 충분한 전면 방호력을 유지하기 위해 차체 전면은 경사각을 크게 하여 유효 장갑 두께를 증가시켰다. 운전병은 기존 방식대로 차체 전면에 위치했고, 전차장과 포수는 포탑 상단에 배치되었다. 자동 장전 장치의 정확한 설계는 여전히 기밀로 분류되어 있어 여러 가지 오해가 생겨나고 있다. 예를 들어, 미군 잡지 ARMOR의 한 보고서에서는 전차의 포탑이 완벽하게 작동하는 모습을 묘사하거나, 차체 후방의 벨트 장전 장치 외에도 포탑 아래에 탄약 회전 장치가 있어 승무원 공간이 없다고 주장하기도 했다. 하지만 해당 잡지에 실린 그림과 같이, 다음과 같은 설계가 가장 유력하다. 차체 후방에 다단식 벨트 장전 장치가 장착되어 있고, 포탑이 12시 방향으로 회전하면 벨트 장전 장치가 포탑 중앙의 두 병사 사이에 위치한 이송 장치로 탄약을 공급하는 방식이다. 보고서에는 레버가 두 개만 나와 있는데, 이는 비현실적이며 스트라이커 MGS에 사용된 것과 유사한 드럼식 탄약 시스템이 더 가능성이 높다. 포탑의 어떤 위치에서도 드럼이 회전하여 원하는 탄약이 장전대에 자동으로 공급되는 방식이다. 장전하려면 카세트의 뒷부분을 들어 올린 다음 장전 암을 이용하여 포탑 마운트 뒤쪽으로 축 방향으로 당겨 넣는다. 그러면 카세트의 앞부분이 위쪽으로 회전하여 무기의 총열과 정렬된다. 그런 다음 카트리지와 추진제를 약실에 밀어 넣고 무기를 고정한다. 이제 과정이 역순으로 진행된다. 빈 카세트가 앞으로 기울어진 다음 장전 암을 이용하여 실린더에 축 방향으로 삽입되고, 이때 카세트 끝부분도 회전한다. 이제 실린더가 다음 카트리지로 회전할 수 있고 사이클이 다시 시작된다. 105mm 포를 장착한 스트라이커 MGS블록 III 전차의 상단 장착 포탑은 GDLS에서 제조한 모든 제품인 원정 전차와 M1128 MGS의 저상 포탑과 매우 유사하다. M256 활강포가 에이브람스 전차의 M68 강선포와 호환되고 XM291이 M256의 장착 치수를 수용해야 했기 때문에 마운트에는 거의 동일한 설계가 사용되었을 것으로 추정된다. 스트라이커 MGS는 차체 후방의 벨트 장전기 대신 메깃 디펜스 시스템즈(Meggitt Defense Systems)의 10발들이 탄창을 사용한다. 이 탄창은 포탑이 12시 방향에 있을 때 이송 드럼에 탄약을 장전할 수 있다. 더 작은 탄약을 제외한 나머지는 거의 동일할 것으로 보인다.
5. 탄종
140mm 탄약은 총 길이가 약 1.5미터이고 탄자와 장약이 분리된 구성이다. 탄피는 길이가 약 1미터이고 이송 신관이 들어 있는 연소 케이스가 장착되어 있다. 2차 추진 장약은 길이가 약 0.5미터이고 실제 신관이 들어 있는 강철 스터드가 있는 연소 케이스가 있다. 두 부분을 함께 밀면 딸깍 소리가 나면서 결합되어 점화 장약의 이송도 가능해진다. 140mm 탄약은 다국적 FTMA 프로그램에 따라 개발되었기 때문에 독일의 NPzK-140을 포함한 모든 구상중이던 140mm NATO 표준 활강포에서 발사할 수 있었다. 이 탄약은 이미 표준화되어 XM 번호가 부여되었다.- XM964 140mm APFSDS: M829A1과 동시에 나온 날탄. 따라서 구조는 비슷할 가능성이 높다. 포구 에너지는 약 23MJ.
- XM965 140mm HEAT: 성형작약과 파편용 껍데기를 갖춘 다목적 고폭탄.
- XM966 훈련탄: 두 가지 유형의 포탄 모두 대응할 수 있는 연습용 탄약.
- XM866 120mm APFSDS
중량 5.4kg, 탄속 1675m/s - XM831 120mm HEAT
중량 13.6kg, 탄속 1145m/s
이 외에도 120mm 사양은 STANAG 4385를 따라서 M256 활강포의 탄종들도 사용 가능했다.