고해상도 우주카메라 반사경 우리 손으로

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미래창조과학부(장관 최문기) 산하 정부출연연구원들이 융합연구를 통해 인공위성의 카메라 핵심부품의 국내제작을 완료하였다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 강대임) 우주광학센터와 한국항공우주연구원(KARI, 원장 김승조) 위성탑재체실 공동연구팀은 인공위성 카메라에 들어가는 직경 800 mm 초경량 반사거울을 국내기술로 제작했다.

위성카메라를 제작함에 있어 눈의 역할을 하는 광학부품 제작은 핵심기술로 여겨진다. 광학부품 중에서도 반사거울은 촬영하는 영상의 해상도를 결정하는 핵심부품이며, 반사거울의 직경이 크고 정밀한 비구면을 가질 때 더욱 선명한 영상을 얻을 수 있다.

※ 비구면 거울에 반사된 빛은 중심부위와 가장자리를 지나는 빛의 초점이 일치하여 반사된 상이 구면과 평면거울에 비해 선명하게 나타난다.

하지만 가공이 쉽지 않은 비구면 특성상 이를 실제로 구현하는 것은 매우 어려운 작업으로 알려져 있다.

KRISS 연구팀은 직경 800 mm 비구면 반사거울을 10 nm(1 nm는 10억분의 1 m)의 정밀도로 가공하는데 성공했으며, 이는 머리카락을 1/1,000으로 쪼개는 수준의 가공난이도를 의미한다.

또한 KRISS 연구팀은 대형 비구면 반사거울을 우주산업에 활용하기 위해 무게를 줄이는 경량화 작업도 성공적으로 수행했다.

경량화 작업을 위해 깨지기 쉬운 거울의 뒷면을 미세한 벌집형태로 가공하였으며, 이 과정을 통해 반사거울의 무게를 70% 이상 줄여 위성 발사비용의 절감과 위성 움직임의 용이함에 도움 될 것으로 기대된다.

그러나 이렇게 무게를 많이 줄이게 되면 구조적으로 약해져서 중력과 같은 외부의 힘에 의해 쉽게 반사거울의 형상이 바뀌게 되고 광학 성능이 떨어지게 된다. 이를 방지하기 위해서는 수 마이크로미터 이내의 정밀도로 반사거울을 기계구조물에 설치하여야 한다.

KARI 위성탑재체실 연구진은 고해상도위성카메라 시스템 및 광학계 설계를 수행하면서 경량화 설계 및 광구조분석을 실시하였고, 완성된 반사거울 조립체에 대한 우주환경시험을 수행하였다.

KARI 이승훈 박사는 “공동연구팀의 긴밀한 협력으로 선진국에서도 만들기 어려운 직경 800 mm 우주용 대형 광학거울의 국산화에 성공하였다”고 밝혔다.

본 사업 책임자인 KRISS 이윤우 산업측정표준본부장은 “고해상도 우주용 카메라 광학부품을 세계 최고 수준으로 국산화함에 따라 수입대체효과는 물론 세계 위성영상 시장에서도 더욱 주도적인 개발활동이 가능하다”며,

“해당기술은 거대마젤란망원경(GMT)등 천체망원경 제작에도 활용되어 우리나라의 광학 기술수준을 한 단계 높일 수 있는 의미 있는 성과가 될 것”이라고 소감을 밝혔다.

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