(주)쎄트렉아이는 고해상도 전자광학카메라 시스템, EOS-D Ver.1.0의 개발을 성공적으로 완료하였다. EOS-D Ver.1.0은 DubaiSat-2와 Deimos-2의 주 탑재체(main payload)로, 이 두 위성은 동사의 지구관측 위성 플랫폼(platform)인 SI-300을 기반으로 개발되었다. 두 위성의 발사 및 초기운용 후, 수분 발산에 의한 EOS-D Ver.1.0 광학계의 변형을 보상하기 위해 초점 조절(refocusing)을 수행하였다. EOS-D Ver.1.0 열제어계의 성능을 평가하고 신뢰성을 확인하는 동시에 설계 개선요소를 파악하기 위해, 초점 조절 전후 궤도상 비행 데이터를 수집, 분석하였다. 비행 데이터의 분석 결과, EOS-D Ver.1.0 열제어계가 설계 요구사항을 모두 만족하는 것을 확인하였다.
인공위성 카메라는 발사 시 발생하는 하중조건(진동, 충격 등)과 우주 환경(무중력, 진공, 복사 등)하에서 카메라 내부의 각종 광학부품과 그를 지지하는 구조물의 변형으로 인해 광학적 성능 전반에 큰 영향을 받는다. 특히 높은 신뢰성이 요구되는 고해상도 지구관측용 광학카메라의 경우 광학적 현상과 기계적 현상을 동시에 체계적으로 고려하는 광기계 해석 및 설계(opto-mechanical analysis and design)가 필수적이다. 그 중에서도 목표로 하는 광학적 성능을 얻기 위한 위성용 카메라 주반사경의 설계기술이 가장 중요한 부분에 속한다. (중략)
위성체에 대한 오염의 측정과 관리는 매우 정밀한 광학계나 기타 오염 민감 표면에 큰 영향을 미치기 때문에 위성이 발사되기 전까지 주의 깊게 수행되어야 한다. 대부분의 기간동안 위성은 청정실(clean class 10,000)에서 보관 및 운용되기 때문에 측정 및 분석이 쉽게 이루어질 수 있으나 위성의 궤도환경모사를 위한 열진공시험시의 오염 측정 및 분석은 상압, 상온의 청정실 내부에서의 그것과는 차이가 있다. (중략)
본 논문은 광학 탑재체 성능의 MTF 예측에 있어, 광학 해석 프로그램인 ZEMAX와 MATLAB으로 구현된 기본 광학계 성능 해석 모델을 하나의 통합적인 툴 체계로 구현하였다. 그 결과 광학 탑재체 성능 해석에 광학계 설계, 제작/조립 및 궤도 상에서의 오차를 직접 반영할 수 있게 되었고 광학 탑재체의 초기 설계 단계에서 주요 설계인자를 도출하고, 지배적인 영향을 미치는 입력변수와 설계 요소들을 활용하여 광학 탑재체의 성능 예측을 수행할 수 있는 효율적이고 체계적인 틀을 개발하였다.
미국, 일본, 독일을 중심으로 초대형 천체망원경, 고해상도 인공위성 카메라, 차세대 반도체 산업용 진공자외선 및 엑스선 노광기, 비구면 및 자유곡선 가공기와 측정기, 나노기술을 이용한 초소형 광학소자, 반도체 및 디스플레이 공정용 레이저 가공기술 등 첨단 산업용 원천 및 요소기술 개발에 집중하고 있다. 중국은 최근에 자국시장이 대폭 확대됨에 단순가공 수준이었던 광기술을 전략적으로 발전시키고 있으며, 자국시장을 기반으로 중급 광학소자 및 광학계 시장에서 고속성장이 기대된다.
국내 광학산업에서 필자가 아쉬워하는 분야는 초정밀 조립분야이다. 아무리 부품을 잘 만들어도 초정밀 조립을 통하지 않으면 총정밀 시스템이 완성되지 않는다. 이러한 시스템의 가격은 몇 억, 몇 십억, 몇 백억, 심지어 위성카메라와 같은 광학시스템은 몇 천억원을 호가한다. 불과 몇 백원,몇 천원,몇 만원짜리 렌즈를 대량생산하며 대한민국 광산업 기술을 논하는 시대는 가고 있다. 이제 수백만원, 수천만원을 논하는 광학계로 눈을 돌려야 한다.
1960년대부터 최고 2K까지의 극저온 냉각이 필요한 부품을 탑재하는 위성체의 개발에 극저온 냉각기술들이 채택되어왔다. 최근에는 과학용, 군사용 및 기상관측 임무용등 적외선 광학계를 탑재한 위성개발 프로그램 이 급격히 증가함에 따라 극저온 기술의 괄목할만한 성장을 이루고 있다. 일반적으로 극저온 냉각기술은 적외선 광학계 내에 존재하는 잡음을 최소화하기 위하여 광학 요소 및 검출기를 냉각하는데 사용되며, 요구온도, 열량 및 작동 수명에 따라 요구되는 냉각기술이 달라진다. 본 논문에서는 최근의 우주용 극저온 냉각기술의 동향에 대하여 기술하고자 한다.
(주)포로옵틱스(대표 정진호, www.prooptics.co.kr)가 지난 1월 19일 산학연 인사들을 초청하여 신사옥 준공식 행사를 가졌다. 2005년 12월 지금의 이천시 부발읍에 사옥 준공식을 가진 후 5년 만에 사세 확장과 함께 신사옥을 완공한 이 회사는 오는 3월 창립 10주년을 앞두고 10주년 기념식도 겸하여 더욱 뜻 깊은 자리가 되었다. 280여 평 규모로 지어진 신사옥에서는 3D 광학계를 비롯하여 초정밀 대구경 비구면 렌즈 가공을 통해 초고미세 노광광학계, 천체 망원경 및 인공위성 광학계를 생산할 수 있는 기반을 구축하게 됐다.
위성용 카메라의 경우 광학계의 초점을 제어하기 위한 포커싱 메커니즘이 필수적이다. 그러나 국내의 위성용 광학계 포커싱 메커니즘 관련 연구는 시작 단계이며, 관련 보유 기술 또한 열제어형에 국한되어있다. 따라서 본 논문에서는 소형위성용 광학계에 적용 가능한 모터 구동형 포커싱 메커니즘을 제안하였다. 제안된 메커니즘은 모터 구동에 의해 secondary mirror에 z축 변위를 발생시키도록 설계하였다. 또한 서포터에 flexure hinge를 설치하여 사전하중을 가하도록 하여 메커니즘내 부품간 제작공차 및 조립공차로 인한 정렬도 오차를 최소화하도록 하였다. 메커니즘 제작 후 LVDT 센서(linear variable differential transformer sensor)와 레이저 변위측정기로 정렬도(de-space, de-center, tilt)를 측정한 결과 소형위성광학계에 적용 가능한 수준의 정렬도를 갖는 것을 확인하였다.
(주)쎄트렉아이는 400kg 급 지구관측 위성의 주 탑재체로 사용될 고해상도 전자광학카메라, EOS-C 시스템을 개발 중이다. 이 시스템은 DubaiSat-1 위성의 주 탑재체 개발을 통해 획득한 경험을 토대로 보다 향상된 광기계 및 열적 성능을 갖도록 설계되었다. 민감한 광학부품의 운용상 성능을 유지하기 위해 히터를 이용한 능동 열제어 방식이 적용되었고, 이와 더불어 히터 소모 전력을 최소화하기 위해 열 코팅 및 다층박막단열재(MLI)를 사용한 수동 열제어 방식이 적용되었다. 열해석 모델을 이용해 임무궤도에 대한 열해석을 수행하였으며, 해석 결과를 바탕으로 이 시스템의 열제어계가 설계 요구조건을 만족하는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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