[논문 리뷰] The B61-based "Robust Nuclear Earth Penetrator:" Clever retrofit or headway towards fourth-generation nuclear weapons?

André Gsponer|ArXiv.org|2005. 10. 06.

High-Velocity Impact and Material Behavior참고 문헌 21인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 B61 기반의 내구성 있는 핵 지하 투입 폭탄(RNEP)의 실현 가능성과 전략적 함의를 평가하며, 지반 내 최대 150미터까지 관통할 수는 있지만 장치는 크고 불편하다고 결론을 내린다. 주요 동기는 군사적 필요성보다는 제4세대 핵무기와 관련된 기술 발전일 수 있다.

ABSTRACT

It is scientifically and technically possible to build an earth penetrating device that could bury a B61-7 warhead 30 meters into concrete, or 150 meters into earth, before detonating it. The device (based on knowledge and technology that are available since 50 years) would however be large and cumbersome. Better penetrator materials, components able to withstand larger stresses, higher impact velocities, and/or high-explosive driven penetration aids, can only marginally improve the device. It is concluded that the robust nuclear earth penetrator (RNEP) program may be as much motivated by the development of new technology directly applicable to next generation nuclear weapons, and by the political necessity to periodically reassess the role and utility of nuclear weapons, than by the perceived military need for a weapon able to destroy deeply buried targets.

연구 동기 및 목표

• B61-11 투격폭탄을 내구성 있는 지하 투입 핵 warhead로 수정하는 데 있어 기술적 실현 가능성을 평가하기 위해.
• RNEP 프로그램이 실제 군사적 필요성에 의해 추진되는지, 아니면 향후 핵무기용 고급 기술 개발이 필요하기 때문인지 평가하기 위해.
• 제4세대 핵무기의 출현과 새로운 핵보유국의 출현을 배경으로, 지하 투입 핵무기 도입의 전략적 및 政치적 함의를 검토하기 위해.
• 이론적 관입 모델을 미국 무기 연구에서 사용되는 경험적 방정식(예: Young/Sandia 관입 방정식)과 비교하기 위해.
• 지하 핵 폭발 사용과 관련된 환경적 위험과 핵확산 위험을 탐색하기 위해.

제안 방법

• 에너지 결합 및 압력파 전파 원리를 바탕으로, 콘크리트 및 토양에 대한 B61 기반 전술탄의 관입 깊이를 추정하기 위해 이론적 모델링을 사용한다.
• 단순화된 물리 모델(Eq. 17)을 적용하여 관입 깊이를 추정하고, 경험적으로 유도된 Young/Sandia 관입 방정식(Eq. 26)과 비교한다.
• 지하 핵 폭발의 에너지 결합 효율성을 분석하며, 공기 폭발 대비 지반에 대한 에너지 전달 효율이 몇 미터의 깊이에서 최대 100%에 이를 수 있으며, 이는 폭발 필요 에너지를 10~15배 감소시킬 수 있음을 보여준다.
• 재료 과학, 마이크로 전기 기계 시스템, 나노기술이 더 깊은 관입과 고속 충격을 가능하게 하는 데서의 역할을 평가한다.
• 역사적 배경을 검토하며, B61-11의 1997년 서비스 착수와 1993년 신규 핵무기 개발 금지 법(스프랫-퍼즈 법)을 포함한다.
• 극한 조건(예: 매우 높은 속도 또는 비표준 재료)으로 확장할 경우 기존 관입 모델의 한계를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B61 기반의 지하 투입 전술탄은 깊이 묻힌 지하실과 같은 단단한 목표물에 효과적으로 관입할 수 있는가?
• RQ2 RNEP 프로그램은 군사적 필수성보다는 차세대 핵무기용 기술 개발을 위한 필요성에 의해 주로 추진되는가?
• RQ3 지하 핵 폭발의 에너지 결합 효율은 대기 또는 표면 폭발과 비교해 어떻게 다를까?
• RQ4 Young/Sandia 방정식과 같은 기존 경험적 관입 모델은 새로운 또는 극단적인 구성에 적용했을 때 어떤 한계를 가질까?
• RQ5 지하 투입 핵무기 사용과 관련된 환경적 위험과 핵확산 위험은 무엇인가?

주요 결과

• B61-11 전술탄은 이론적으로 콘크리트에는 최대 30미터, 지반에는 최대 150미터 깊이까지 폭발 전에 관입할 수 있지만, 그 결과로 나올 장치는 크고 다루기 어려울 것이다.
• 폭탄이 지하에 묻힐 경우 지반에 대한 에너지 결합 효율이 크게 증가하며, 몇 미터의 깊이에서 최대 100%의 결합 효율을 달성할 수 있어 공기 폭발 대비 필요 폭발 에너지를 10~15배 감소시킬 수 있다.
• 이론적 모델링(Eq. 17)과 경험적 방정식(Young/Sandia, Eq. 26)은 일반적인 투구체 및 재료에 대해 유사한 결과를 도출하지만, 비표준 구성에 대해서는 Eq. (17)이 더 신뢰할 만할 수 있다.
• RNEP 프로그램은 주로 고급 재료, 마이크로 전기 기계 시스템, 나노기술 개발을 위한 동기로 작용할 수 있으며, 이는 직접적으로 제4세대 핵무기 개발에 응용 가능한 기술이다.
• 지하 핵 폭발이 완전히 봉인되어 있다고 해도 장기적인 환경 오염과 fissile 물질 회수 위험으로 인해 핵확산 및 청소 문제에 심각한 도전 과제를 안긴다.
• RNEP의 사용은 복잡하거나 이질적인 지하 목표물에 대해 관입 예측 가능성과 피해 평가의 해결되지 않은 문제를 야기한다.