근접신관 - Wikiwand

근접신관(近接信管, proximity fuse, VT 신관^[1]^[2]^[3] 또는 "가변시한신관")은 목표물에 일정 거리 이내로 접근했을 때 자동으로 폭발 장치를 터뜨리는 신관이다. 근접신관은 항공기, 미사일과 같은 피하기 어려운 군사 목표물뿐만 아니라 해상의 함선 및 지상군을 위해 설계되었다. 이 정교한 격발 메커니즘은 일반적인 접촉 신관이나 시한 신관에 비해 살상력을 5~10배 증가시킬 수 있다.^[4]^[5]

배경

근접신관 발명 이전에는 직접 접촉, 발사 시 설정된 타이머 또는 고도계에 의해 폭발이 유도되었다. 이 모든 이전 방법에는 단점이 있었다. 작고 움직이는 목표물에 직접 명중할 확률은 낮았으며, 목표물을 약간 빗나간 포탄은 폭발하지 않았다. 시간 또는 고도에 의해 작동되는 신관은 포수의 정확한 예측과 신관의 정확한 타이밍을 요구했다. 둘 중 하나라도 틀리면 정확하게 조준된 포탄도 목표물에 도달하기 전이나 지나친 후에 무해하게 폭발할 수 있었다. 영국 대공습 초기에는 항공기 한 대를 격추하는 데 20,000발이 필요하다고 추정되었다.^[6] 다른 추정치로는 100,000발^[7] 또는 2,500발까지 낮게 보기도 한다.^[8] 근접신관을 사용하면 포탄이나 미사일이 비행 중 어느 시점에 목표물 가까이를 지나치기만 하면 된다. 근접신관은 이전 방법보다 문제를 더 간단하게 만들었다.

근접신관은 지상 목표물에 대한 공중 폭발을 일으키는 데도 유용하다. 접촉신관은 지면에 부딪히면 폭발하여 파편을 흩뿌리는 데는 그다지 효과적이지 않다. 시한신관은 지상 몇 미터 위에서 폭발하도록 설정할 수 있지만, 타이밍이 매우 중요하며, 보통 관측병이 타이밍 조정을 위한 정보를 제공해야 한다. 관측병은 많은 상황에서 현실적이지 않을 수 있으며, 지형이 고르지 않을 수 있고, 어쨌든 이 방법은 느리다. 포병 및 박격포 포탄과 같은 무기에 장착된 근접신관은 지상 몇 미터 위(예: 2, 4 or 10 m (7, 13 or 33 ft))의 설정된 폭발 고도 범위를 포병대가 선택하도록 하여 이 문제를 해결한다. 포탄은 지상에서 적절한 높이에서 폭발한다.

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제2차 세계 대전

요약

관점

근접신관의 아이디어는 오랫동안 군사적으로 유용하다고 여겨졌다. 광선을 비추고 반사광이 특정 임계값에 도달하면 작동하는 광학 시스템, 무선 신호를 이용하는 다양한 지상 작동 방식, 금속 탐지기와 유사한 정전식 또는 유도식 방법 등 여러 아이디어가 고려되었다. 이 모든 방법은 제2차 세계 대전 이전 전자장치의 큰 크기와 취약성, 그리고 필요한 회로의 복잡성으로 인해 어려움을 겪었다.

제2차 세계 대전 초기, 영국 군사 연구자 새뮤얼 커런, 윌리엄 뷰테멘트, 에드워드 샤이어, 그리고 암허스트 톰슨은 통신 연구소 (TRE)에서 근접신관의 아이디어를 구상했다.^[9] 그들의 시스템은 작고 짧은 거리의 도플러 레이더를 포함했다. 영국은 이후 "비회전 발사체"(당시 영국에서 무유도 로켓을 지칭하는 용어)를 이용한 테스트를 수행했다. 그러나 영국 과학자들은 로켓보다 훨씬 높은 가속도를 견뎌야 하는 대공포탄용 신관을 개발할 수 있을지 확신하지 못했다. 영국은 1940년 티자드 임무 기간 동안 광전 신관과 무선 신관을 포함한 다양한 신관 설계 아이디어를 미국과 공유했다. 포탄에 사용하려면 신관은 소형화되어야 하고, 대포 발사의 높은 가속도를 견뎌야 하며, 신뢰성이 있어야 했다.^[10]

국방연구위원회는 이 임무를 지구 자기학과 소속 물리학자 멀 트루브에게 맡겼다. 또한 국립표준국의 연구원들도 참여하게 되었다(NBS의 이 연구 부서는 나중에 육군 연구소의 일부가 되었다). 1942년 연구는 분할되어, 트루브의 그룹은 포탄용 근접신관을 연구하고, 국립표준국 연구원들은 기술적으로 더 쉬운 폭탄 및 로켓 연구에 집중했다. 무선 포탄 신관 연구는 존스 홉킨스 대학교 응용물리학 연구소 (APL)의 섹션 T로 알려진 트루브 그룹에 의해 완료되었다.^[11]^[12] 100개 이상의 미국 기업이 약 2천만 개의 포탄 신관을 제작하기 위해 동원되었다.^[13]

근접신관은 제2차 세계 대전의 가장 중요한 기술 혁신 중 하나였다. 이것이 너무 중요하여 원자폭탄 프로젝트나 노르망디 상륙작전 침공과 유사한 수준으로 비밀이 보호되었다.^[14]^[15]^[16] 루이스 스트로스 제독은 다음과 같이 썼다.

제2차 세계 대전에서 가장 독창적이고 효과적인 군사 개발 중 하나는 근접신관, 즉 'VT' 신관이었다. 이것은 육군과 해군 모두에서 사용되었고, 런던 방어에 고용되었다. 단 한 가지 발명품이 전쟁에서 이긴 것은 아니지만, 근접신관은 레이더와 같이 승리가 크게 의존했던 매우 작은 개발 그룹에 포함되어야 한다.^[17]

신관은 나중에 포탄을 공중 폭발시키는 데 사용될 수 있음이 밝혀져 대인 효과를 크게 높였다.^[18]

독일에서는 대공용으로 30가지 이상(최대 50가지)^[19]의 다양한 근접신관 설계가 개발되거나 연구되었지만, 어떤 것도 실전에서 사용되지는 않았다.^[10] 여기에는 엔진 소리로 작동하는 음향신관, 라인메탈-보르지히가 개발한 정전기장 기반 신관, 그리고 무선신관이 포함되었다. 1939년 11월 중순, 독일 네온 램프 튜브와 정전 용량 효과 기반의 시제품 근접신관 설계가 오슬로 보고서의 일부로 영국 정보부에 입수되었다.

제2차 세계 대전 이후, 무선, 광학 및 기타 감지 방법을 사용하는 여러 새로운 근접신관 시스템이 개발되었다. 현대 공대공 무기에 사용되는 일반적인 형태는 레이저를 광원으로 사용하고, 비행 시간을 이용하여 거리를 측정한다.^[20]

영국에서의 개발

영국에서 레이더 개념에 대한 최초 언급은 1931년 작은 브레드보드 방식의 펄스 레이더 모델을 제작한 윌리엄 뷰테멘트와 P. E. 폴라드가 했다. 그들은 이 시스템이 해안포 부대에서 야간에도 선박과의 거리를 정확하게 측정하는 데 유용할 것이라고 제안했다. 육군성은 이 개념에 관심이 없었고, 두 사람에게 다른 문제에 집중하라고 지시했다.^[21]^[22]

1936년, 공군성은 서퍽주의 바우드시 매너를 인수하여 이듬해 체인 홈으로 등장한 프로토타입 레이더 시스템을 더욱 발전시켰다. 육군은 갑자기 레이더 주제에 극도로 관심을 갖게 되었고, 뷰테멘트와 폴라드를 바우드시로 보내 "육군 셀"로 알려진 조직을 구성하게 했다. 그들의 첫 번째 프로젝트는 해안 방어에 대한 원래 작업의 재개였지만, 곧 대공포를 돕기 위한 거리 측정 전용 레이더를 개발하는 두 번째 프로젝트를 시작하라는 지시를 받았다.^[23]

1930년대 후반에 이러한 프로젝트들이 개발 단계에서 시제품 형태로 전환되면서, 뷰테멘트는 다른 개념들에 주목하기 시작했으며, 그 중 하나가 근접신관의 아이디어였다.

...이때 CD/CHL 및 GL 레이더 세트의 설계자인 윌리엄 뷰테멘트가 1939년 10월 30일 두 가지 종류의 무선 신관을 제안했다. (1) 레이더 세트가 발사체를 추적하고, 포병이 결정하기 어려운 거리, 즉 목표물과 같은 거리가 되면 조작자가 신관의 무선 수신기로 신호를 전송하는 방식, (2) 신관이 고주파 무선파를 방출하여 목표물과 상호작용하고, 목표물과 발사체의 높은 상대 속도의 결과로 발진기에서 감지되는 도플러 주파수 신호를 생성하는 방식.^[24]

1940년 5월, 뷰테멘트, 에드워드 샤이어, 그리고 암허스트 톰슨의 공식 제안이 이 두 개념 중 두 번째를 기반으로 하여 영국 방공기관에 전달되었다.^[9] 브레드보드 회로가 제작되었고, 다양한 거리에서 주석판을 움직여 실험실에서 개념이 테스트되었다. 초기 현장 테스트에서는 회로를 사이리스터 트리거에 연결하여 타워에 장착된 카메라를 작동시켜 지나가는 항공기를 촬영하여 신관 기능의 거리를 측정했다.

1940년 6월, 시제품 신관들이 제작되어 영국에서 고체 연료 로켓의 암호명이었던 "비회전 발사체"에 설치되었고, 풍선으로 지지된 목표물을 향해 발사되었다.^[9] 로켓은 가속도가 비교적 낮고 원심력을 발생시키는 회전이 없으므로, 섬세한 전자 신관에 가해지는 스트레스는 비교적 적다. 제한된 적용이 이상적이지 않다는 것은 이해되었다. 근접신관은 모든 유형의 포병, 특히 대공포에 유용할 것이지만, 이러한 포는 가속도가 매우 높았다.

1939년 9월 초, 존 콕크로프트는 파이 유한회사에서 이러한 훨씬 더 큰 힘을 견딜 수 있는 열전자관 (전자관)을 개발하기 위한 노력을 시작했다.^[25] 파이의 연구는 미국이 전쟁에 참전하면서 티자드 임무를 통해 전달된 기술 패키지의 일부로 미국으로 이전되었다. 파이 그룹은 1941년 8월 6일까지 높은 압력 하에서 견고한 5극 진공관을 안정적으로 작동시키지 못했는데, 이는 미국 그룹의 성공적인 테스트 이후였다.^[26]^[27]

진공관 문제에 대한 단기적인 해결책을 찾기 위해, 1940년에 영국은 웨스턴 일렉트릭 컴퍼니와 미국 라디오 회사로부터 보청기에 사용될 20,000개의 소형 전자관을 주문했다. 해럴드 G. 보웬 시니어 제독이 이끄는 미국 팀은 이 전자관들이 폭탄과 로켓용 근접신관 실험을 위한 것이라고 정확히 추측했다.^[10]

1940년 9월, 티자드 임무는 여러 영국 개발 사항을 미국 연구자들에게 소개하기 위해 미국으로 향했고, 근접신관의 주제가 논의되었다. 영국 실험의 세부 사항은 미국 해군 연구소와 국방연구위원회 (NDRC)에 전달되었다.^[9] 정보는 1940년에 캐나다에도 공유되었고, 캐나다 국립연구위원회는 신관 개발 작업을 토론토 대학교의 한 팀에 위임했다.^[28]

미국에서의 개발

영국으로부터 회로 설계도를 받기 전과 후, 국방연구위원회(NDRC) 섹션 T 의장 멀 트루브의 지시 아래 리처드 B. 로버츠, 헨리 H. 포터, 로버트 B. 브로드가 다양한 실험을 수행했다.^[9] 트루브의 그룹은 섹션 T로 알려졌으며, 전쟁 내내 APL에 위치했다.^[29] 트루브는 나중에 인터뷰에서 이렇게 말했다. "영국에서 로켓에 사용하고 있다는 회로에 대한 소문을 들었고, 그들이 우리에게 회로를 주었지만, 나는 이미 로켓, 폭탄, 포탄에 그것을 적용했었다."^[27]^[30] 트루브가 이해했듯이, 신관의 회로는 기초적이었다. 그의 말에 따르면, "이 상황에서 가장 두드러진 특징은 이런 종류의 신관의 성공이 기본적인 기술 아이디어에 의존하지 않는다는 사실이다. 모든 아이디어는 간단하고 어디에서나 잘 알려져 있다."^[27] 대공포탄용 신관을 개조하는 중요한 작업은 영국이 아닌 미국에서 이루어졌다.^[31] 트루브는 뷰테멘트 외 대 배리안 특허 소송의 결과에 기뻐했음에도 불구하고, 이 소송은 신관이 영국의 발명품임을 확인시켜주어 미 해군이 특허 사용료를 면제받아 수백만 달러를 절약할 수 있게 했지만, 티자드 임무가 전달한 신관 설계는 "우리가 작동시킨 것이 아니다!"라고 말했다.^[32]

핵심적인 개선점은 로이드 버크너에 의해 도입되었는데, 그는 분리된 송신기 및 수신기 회로를 사용하는 시스템을 개발했다. 1940년 12월, 트루브는 미국 국립표준국 (NBS)의 해리 다이아몬드 (엔지니어)와 윌버 S. 힌먼 주니어를 초청하여 버크너의 개선된 신관을 조사하고 루프트바페 항공기에 대항하기 위한 로켓 및 폭탄용 근접신관을 개발하도록 했다.^[9]^[33]^[34]

불과 이틀 만에 다이아몬드는 새로운 신관 설계를 내놓았고, 버지니아주 달그렌에 있는 해군 시험장에서 광범위한 테스트를 통해 그 타당성을 입증했다.^[35]^[36] 1941년 5월 6일, NBS 팀은 6개의 신관을 제작하여 공중 투하 폭탄에 장착하고 수면 위에서 성공적으로 테스트했다.^[9]

NBS에서 이전에 라디오 및 라디오존데 연구를 바탕으로 다이아몬드와 힌먼은 반사된 무선파의 도플러 효과를 이용한 근접신관을 개발했다.^[34]^[37]^[38] 이 그룹이 개발한 도플러 효과의 사용은 나중에 폭탄, 로켓, 박격포 적용을 위한 모든 무선 근접신관에 통합되었다.^[33] 나중에 국립표준국의 군수 개발 부서(나중에 전임 국장의 이름을 따서 해리 다이아몬드 연구소가 되었고, 이후 육군 연구소에 통합됨)는 무선 근접신관을 저비용으로 제조하기 위한 최초의 자동 생산 기술을 개발했다.^[38]

1940년대 중반 국방 계약업체에서 일하던 소련 스파이 줄리어스 로젠버그는 미국 근접신관의 작동 모델을 훔쳐 소련 정보부에 넘겨주었다.^[39] 그것은 가장 가치 있는 유형인 대공포탄용 신관이 아니었다.^[40]

미국에서는 NDRC가 대공포에 사용될 무선 신관에 중점을 두었는데, 로켓의 약 100 $g$ 와 투하 폭탄의 훨씬 적은 가속도에 비해 가속도가 최대 20,000 $g$ 에 달했다.^[41] 극심한 가속도 외에도, 포탄은 총열의 강선에 의해 거의 30,000 rpm으로 회전하여 엄청난 원심력을 발생시켰다. 웨스턴 일렉트릭 컴퍼니와 레이시온 컴퍼니와 협력하여 소형 보청기용 진공관이 이러한 극심한 스트레스를 견디도록 수정되었다. T-3 신관은 1942년 1월 시험에서 수중 목표물에 대해 52%의 성공률을 보였다. 미국 해군은 이 실패율을 받아들였다. 1942년 8월 12일, 모의 전투 조건 시험이 시작되었다. 순양함 USS 클리블랜드 (CL-55)에 탑재된 포대는 체서피크만 상공에서 무선조종 무인기 목표물에 근접신관 포탄을 시험 발사했다. 이 시험은 이틀에 걸쳐 진행될 예정이었으나, 첫날 일찍 무인기가 파괴되면서 중단되었다. 3대의 무인기는 단 4발의 발사체로 파괴되었다.^[9]^[42]

특히 성공적인 적용은 SCR-584 자동 추적 레이더 및 M9 포 통제기 사격 통제 컴퓨터와 함께 VT 신관을 장착한 90mm 포탄이었다. 이 세 가지 발명품의 조합은 런던과 안트베르펜을 목표로 한 수많은 V-1 비행폭탄을 격추하는 데 성공했는데, 이들은 작은 크기와 빠른 속도 때문에 대공포로서는 어려운 목표물이었다.

VT (가변 시한)

연합군 신관은 목표물을 감지하기 위해 건설적 및 파괴적 간섭을 사용했다.^[43] 이 설계에는 4개 또는 5개의 전자관이 있었다.^[44] 한 개의 튜브는 안테나에 연결된 발진기였는데, 송신기와 오토다인 검출기(수신기)의 역할을 모두 수행했다. 목표물이 멀리 있을 때는 발진기에서 송신된 에너지 중 신관으로 반사되는 양이 적었다. 목표물이 가까이 있을 때는 발진기 신호의 상당 부분을 반사했다. 반사된 신호의 진폭은 목표물과의 거리에 비례했다.^{[notes 1]} 이 반사된 신호는 발진기의 플레이트 전류에 영향을 미쳐 감지를 가능하게 했다.

그러나 발진기의 송신 신호와 목표물에서 반사된 신호 사이의 위상 관계는 신관과 목표물 사이의 왕복 거리에 따라 달라졌다. 반사된 신호가 위상 동기화될 때 발진기 진폭은 증가하고 발진기 플레이트 전류도 증가했다. 그러나 반사된 신호가 위상 비동기화될 때 결합된 무선 신호 진폭은 감소하여 플레이트 전류가 감소했다. 따라서 발진기 신호와 반사 신호 사이의 변화하는 위상 관계는 작은 반사 신호의 진폭 측정을 복잡하게 만들었다.

이 문제는 반사 신호의 주파수 변화를 활용하여 해결되었다. 신관과 목표물 사이의 거리는 일정하지 않고, 신관의 빠른 속도와 목표물의 움직임으로 인해 계속 변하고 있었다. 신관과 목표물 사이의 거리가 빠르게 변할 때, 위상 관계도 빠르게 변했다. 신호는 한 순간에는 동위상이었고, 수백 마이크로초 후에는 역위상이었다. 그 결과 속도 차이에 해당하는 헤테로다인 비트 주파수가 발생했다. 다른 관점에서 보면, 수신된 신호 주파수는 신관과 목표물의 상대적인 움직임에 의해 발진기 주파수에서 도플러 이동되었다. 결과적으로, 발진기와 수신 신호 사이의 주파수 차이에 해당하는 저주파 신호가 발진기의 플레이트 단자에서 발생했다. VT 신관의 네 개의 진공관 중 두 개는 이 저주파 신호를 감지, 필터링 및 증폭하는 데 사용되었다. 여기서 이 저주파 '비트' 신호의 진폭은 목표물에서 반사된 신호의 진폭에 해당한다는 점에 유의해야 한다. 증폭된 비트 주파수 신호의 진폭이 충분히 커서 근처 물체를 나타내면, 네 번째 진공관인 가스 충전 사이리스터를 작동시켰다. 사이리스터가 작동되면, 큰 전류가 흘러 전기 뇌관을 터뜨렸다.

극심한 가속도와 원심력을 겪는 총포 발사체에 사용하기 위해서는 신관 설계에 많은 충격 경화 기술도 활용해야 했다. 여기에는 평면 전극과 스트레스를 균등하게 분배하기 위해 구성 요소를 왁스와 오일에 포장하는 것이 포함되었다. 조기 폭발을 방지하기 위해 포탄을 무장시키는 내장 배터리는 전해액이 활성화되기 전에 수 밀리초의 지연 시간을 두어 발사체가 총포 지역을 벗어날 시간을 주었다.^[45]

지정 VT는 '가변 시한'(variable time)을 의미한다.^[46] 해군 군수국의 연구 개발 부서장인 S. R. 슈메이커 대령이 기술을 암시하지 않으면서도 설명적인 용어를 만들었다.^[47]

개발

커틀랜드 공군기지의 대공포 사격장은 근접신관 시험 시설 중 하나로 사용되었으며, 1942년부터 1945년까지 거의 50,000발의 시험 발사가 이루어졌다.^[48] 또한 메릴랜드주 애버딘 시험장에서도 시험이 진행되어 약 15,000개의 폭탄이 투하되었다.^[37] 다른 장소로는 노스캐롤라이나주의 포트 피셔와 메릴랜드주의 블로섬 포인트가 있다.

미국 해군의 개발 및 초기 생산은 월리처 회사에 위탁되었으며, 그들의 배럴 오르간 공장은 노스 토너원다에 위치해 있었다.^[49]

생산

새로운 신관용 진공관의 첫 대규모 생산^[9]은 이전에 크리스마스 트리 램프 제조에 사용되었던 제너럴 일렉트릭 클리블랜드 공장에서 이루어졌다. 신관 조립은 스커넥터디와 브리지포트에 있는 제너럴 일렉트릭 공장에서 완료되었다.^[50] 완제품 검사가 완료되면 각 로트에서 생산된 신관 샘플이 국립표준국으로 보내져 특별히 건설된 통제 시험 연구소에서 일련의 엄격한 테스트를 거쳤다.^[37] 이 테스트에는 저온 및 고온 테스트, 습도 테스트, 갑작스러운 충격 테스트가 포함되었다.

1944년까지 미국 전자공업의 상당 부분이 신관 제작에 집중되었다. 조달 계약은 1942년 6천만 미국 달러에서 1943년 2억 달러, 1944년 3억 달러로 증가했으며, 1945년에는 4억 5천만 달러에 달했다. 물량이 증가하면서 효율성이 중요해졌고, 신관당 비용은 1942년 732달러에서 1945년 18달러로 하락했다. 이는 약 10억 달러(2021년 기준 146억 달러^[51])에 2천2백만 개 이상의 신관을 구매할 수 있게 했다. 주요 공급업체는 크로슬리, RCA, 이스트먼 코닥, 맥퀘이-노리스 및 실바니아였다. 또한 화약 제조업체부터 기계 공장에 이르기까지 2천 개 이상의 공급업체와 하위 공급업체가 있었다.^[52]^[53] 이것은 인쇄 회로의 최초 대량 생산 적용 중 하나였다.^[54]

배치

전쟁 중 과학 연구 개발국 (OSRD) 국장이었던 버니바 부시는 근접신관이 세 가지 중요한 영향을 미쳤다고 평가했다.^[55]

태평양에서 일본의 가미카제 공격으로부터 방어하는 데 중요했다. 부시는 이 혁신으로 5인치 대공포의 효율성이 7배 증가했다고 추정했다.^[56]
독일의 V-1 비행폭탄이 영국을 공격하는 것을 최종적으로 무력화시킨 레이더 유도 대공포대의 중요한 부분이었다.^[56]
유럽에서는 벌지 전투에서 시작하여 독일 보병 대형에 발사된 포탄에 매우 효과적이었으며, 지상전의 전술을 변화시켰다.

처음에는 이 신관들이 독일군에게 노획될 수 없는 상황에서만 사용되었다. 1944년 남태평양의 육상 포병에서 사용되었다. 또한 1944년에 신관들은 영국 육군의 대공 사령부에 할당되었는데, 이 부대는 V-1 비행폭탄으로부터 영국을 방어하는 데 참여하고 있었다. 대부분의 영국 중대공포는 길고 얇은 해안 지대에 배치되었고(내륙은 전투기 요격기를 위해 비워두었다), 불발탄은 바다에 떨어져 안전하게 노획될 수 없었다. 독일군의 V-1 공습 작전 기간 동안 해안포 벨트를 통과하여 파괴된 비행폭탄의 비율은 17%에서 74%로 증가했으며, 하루 동안 82%에 달하기도 했다. 영국군이 겪었던 사소한 문제는 신관이 너무 민감하여 해조류에 너무 가까이 지나가도 포탄을 폭발시킬 수 있었다는 점이며, 여러 건의 해조류 "격추" 사례가 기록되었다.^[57]

펜타곤은 1944년에 연합군 야전 포병이 신관을 사용하는 것을 허용하지 않았다. 하지만 미국 해군은 1943년 7월 시칠리아 침공 중 젤라 전투에서 근접신관 대공포탄을 발사했다.^[58] 드와이트 D. 아이젠하워 장군이 신관 사용을 허용해달라고 요구한 후, 1944년 12월 벌지 전투에서 VT 신관(암호명 "POZIT"^[59])을 장착한 200,000발의 포탄이 사용되었다. 이 포탄들은 모든 포탄이 지면에 도달하기 직전에 폭발함으로써 연합군 중포병의 파괴력을 훨씬 더 크게 만들었다.^[60] 독일군 사단은 악천후로 정확한 관측이 불가능할 것으로 생각하여 시한 폭발로부터 안전하다고 느꼈기에 개활지에서 기습을 당했다. 미군 조지 S. 패튼 장군은 근접신관의 도입이 리에주를 구했다고 평가했으며, 이 신관의 사용이 지상전 전술의 개정을 필요로 했다고 말했다.^[61]

미국 육군 항공대와 미국 해군 모두 제2차 세계 대전 말에는 무선 근접신관을 장착한 폭탄과 로켓을 제한적으로 운용했다. 이 근접신관으로 폭발하는 폭탄과 로켓의 주요 목표는 대공 진지와 비행장이었다.^[62]

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센서 유형

요약

관점

무선

무선 주파수 감지 (레이더)는 포탄의 주요 감지 원리이다.

제2차 세계 대전 특허^[63]에 설명된 장치는 다음과 같이 작동한다. 포탄에는 포탄 본체를 안테나로 사용하여 약 180~220MHz의 연속파를 방출하는 마이크로 송신기가 들어 있다. 포탄이 반사 물체에 접근하면 간섭 패턴이 생성된다. 이 패턴은 거리가 줄어들면서 변한다. 거리에서 반파장마다(이 주파수에서 반파장은 약 0.7미터), 송신기는 공진 상태이거나 공진 상태가 아니다. 이는 약 200~800Hz의 도플러 주파수를 가진 복사 전력과 결과적으로 발진기 공급 전류의 작은 주기를 발생시킨다. 이 신호는 대역 필터를 통과하여 증폭된 후 주어진 진폭을 초과할 때 폭발을 유발한다.

광학

광학 감지는 1935년에 개발되었고, 1936년에 영국에서 스웨덴 발명가(아마도 에드워드 W. 브란트)에 의해 페토스코프를 사용하여 특허를 받았다. 이는 폭격기 항공기 위에 투하될 폭탄의 폭발 장치 일부로 처음 테스트되었는데, 이는 영국 공군성의 "폭격기에 폭탄" 개념의 일부였다. 지상에서 발사되는 대공 미사일에 사용될 것으로 고려되었으며(나중에 브란트에 의해 특허를 받았다), 당시에는 미사일 주축에 수직인 평면에서 오는 모든 빛을 광전지에 집중시키는 도넛형 렌즈를 사용했다. 셀 전류가 일정 시간 간격으로 일정량 변화하면 폭발이 유발되었다.

일부 현대 공대공 미사일 (예: AIM-132 아스람 및 AA-12 Adder)은 레이저를 사용하여 폭발을 유발한다. 이 미사일들은 미사일 비행 방향에 수직으로 좁은 레이저 광선을 투사한다. 미사일이 목표물을 향해 순항할 때 레이저 에너지는 단순히 우주로 방출된다. 미사일이 목표물을 지나치면 에너지의 일부가 목표물에 부딪혀 미사일로 반사되며, 미사일 내의 감지기가 이를 감지하고 탄두를 폭발시킨다.

음향

음향 근접신관은 목표물(예: 항공기 엔진 또는 선박 프로펠러)에서 발생하는 음향 방출에 의해 작동된다. 작동은 마이크로폰 또는 수중청음기와 연결된 전자 회로를 통해 이루어지거나, 다이어프램 톤 필터에 연결된 공진 진동 리드를 기계적으로 사용하여 이루어질 수 있다.^[64]^[65]

제2차 세계 대전 중 독일은 대공전용으로 5가지 이상(어쩌면 50가지까지)의 음향 신관을 개발했지만, 어떤 것도 실전에서 사용되지 않았다. 독일 음향 신관 설계 중 가장 개발이 진전된 것은 라인메탈-보르지히 크라니히(독일어로 두루미)였는데, 이는 140~500Hz 주파수에 민감한 다이어프램 톤 필터를 사용하여 전기 점화기를 발사하는 공진 진동 리드 스위치에 연결된 기계 장치였다. 슈메터링, 엔치안, 라인토히터 및 X4 유도 미사일은 모두 크라니히 음향 근접신관과 함께 사용하도록 설계되었다.^[64]^[66]

제2차 세계 대전 중, 국방연구위원회 (NDRC)는 대공전 무기용 음향 근접신관의 사용을 조사했지만, 더 유망한 기술적 접근법이 있다고 결론 내렸다. NDRC 연구는 음향신관의 설계 및 사용, 특히 미사일 및 고속 항공기와 관련하여 음속이 주요 제약임을 강조했다.^[65]

수중음향 영향은 기뢰와 어뢰의 폭발 메커니즘으로 널리 사용된다. 선박의 프로펠러가 물속에서 회전하면 강력한 수중음향 소음이 발생하며, 이는 수중청음기를 사용하여 감지하고 호밍 및 폭발에 사용될 수 있다. 영향 발사 메커니즘은 종종 음향 및 자기 유도 수신기의 조합을 사용한다.^[67]^[68]

자기

자기 감지는 함선과 같은 거대한 철 덩어리를 감지하는 데만 적용할 수 있다. 기뢰와 어뢰에 사용된다. 이 유형의 신관은 디가우싱, 선박(특히 소해정)의 비금속 선체 사용 또는 항공기에 장착되거나 견인되는 부표의 자기 유도 루프를 통해 무력화될 수 있다.

압력

일부 기뢰는 머리 위를 지나는 선박의 압력파를 감지할 수 있는 압력 신관을 사용한다. 압력 센서는 일반적으로 음향 및 자기 유도와 같은 다른 신관 폭발 기술과 함께 사용된다.^[68]

제2차 세계 대전 중, 지상 공중 폭발을 일으키기 위해 폭탄 묶음(또는 열)용 압력 활성화 신관이 개발되었다. 묶음의 첫 번째 폭탄에는 충격 신관이 장착되었고, 다른 폭탄에는 압력 감지 다이어프램 작동식 뇌관이 장착되었다. 첫 번째 폭탄의 폭발은 두 번째 폭탄의 신관을 작동시켜 지상에서 폭발하게 했고, 이는 다시 세 번째 폭탄을 폭발시키며 이 과정은 묶음의 마지막 폭탄까지 반복되었다. 폭격기의 전방 속도로 인해 압력 뇌관이 장착된 폭탄들은 모두 수평 궤적을 따라 지상에서 거의 같은 높이에서 폭발했다. 이 설계는 영국 No.44 "피스톨"과 독일 라인메탈-보르지히 BAZ 55A 신관 모두에서 사용되었다.^[64]^[65]