직경 2 m급 광학거울 우리 손으로 만든다
KRISS(한국표준과학연구원, 원장 정광화) 우주광학연구단(단장 이윤우 박사)이 기초기술연구회·항공우주연구원·국방과학연구소 지원으로 직경 2 m급 광학거울 제작기술을 개발했다. 이 성과는 최근 구축한 직경 2 m급 연마기, 높이 8 m의 측정탑과 광학박막증착기로 구성된 가공시설 구축을 통해 가능했다.
이 가공시설로 우주용 망원경의 거울을 제작할 경우, 해상도 0.1 m 이하의 초고해상도 영상(해상도 0.1 m는 우주에서 자동차 번호판을 구분할 수 있는 정도)을 얻을 수 있다.
우주광학연구단은 지난해 9월 직경 1 m급 비구면 자동 연마기, 높이 5 m의 측정탑과 자동정렬시스템을 이용한 비구면 자동 가공장치 개발에 성공한 바 있다.
직경 1 m급에 비해 직경 2 m급의 가공 면적은 4배 이상 늘어난다. 따라서 사람의 손이 전체 영역에 접근하기 어려워 100% 자동 가공장치로 가공이 이루어진다.
직경 2 m급(무게 약 600 kg 이상) 우주용 또는 지상용 대형 비구면 거울을 정밀가공하기 위해서는 가공과 측정 과정이 수백 번 이상 이루어진다. 보통 가공 과정은 일반 공장과 같은 환경에서 이루어지기 때문에 정밀한 측정을 위해서는 거울을 별도의 측정실로 이동해야 한다. 가공이 끝난 후에는 광학박막증착기가 있는 장소로 이동한다. 이러한 과정을 반복해 완성단계에 이르기 위해서는 최소 6개월 이상의 많은 시간과 노력이 필요하다.
하지만 육중한 무게와 부피를 가진 거울을 자주 이동할 경우, 예민한 거울면에 손상이 생길 수 있어 제작비 수 십 억 원 이상의 경제적 손실이 발생할 수 있다. 이번에 구축한 KRISS 대형광학가공동에는 직경 2 m급 연마기, 형상측정장비, 광학박막증착기, 광학계 조립 및 성능평가장치를 모두 한곳에 구비했다. 이에 따라 광학 망원경 제작 과정 시 이동을 최소화해 안전하고 신속하게 제작할 수 있다.
대형 비구면 거울은 우주용 망원경 및 지상용 천체망원경에 필수적인 부품이며, 특히 우주용 망원경 부품은 군사용으로 사용할 수 있다. 이러한 이유로 선진국에서는 해당 부품에 대한 수출이 엄격히 통제되고 있다. 이번에 증축된 대형광학가공동는 기존의 직경 1 m급 광학거울 제작에 이어 직경 2 m급 광학거울과 이를 이용한 대형 망원경 제작이 가능하다. 따라서 수입이 어려운 직경 1 - 2 m 급 망원경을 연간 4~5개 이상 직접 제작해 수 백 억 원 이상의 수입대체효과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다.
이윤우 박사는 “대형광학가공동에는 지난 10여년에 걸쳐 구축해온 직경 1 m급 광학거울 개발 관련 시설들뿐만 아니라 직경 2 m급 가공설비를 추가로 구축했다”며 “직경 1 m급에서 2 m급에 이르는 광학거울과 망원경의 국내 수요를 충분히 대비할 수 있는 수준”이라고 말했다. 특히 광학박막증착시설은 국내에 설치된 광학코팅장비 중 가장 무거운 유리에 가장 정밀하게 코팅할 수 있도록 제작되었다. 이러한 시설들은 미국, 러시아, 프랑스 등 일부 선진국에서만 보유하고 있으며, 향후 직경 2 m급 이상의 광학거울제작에도 응용할 수 있다.
앞으로 이러한 시설과 기술을 이용해 우주광학연구단은 고해상도 위성 카메라와 대형 천체 망원경의 국산화에 기여할 계획이다. 또한 반도체 및 평판디스플레이 노광기 제작에도 활용한다.
미국, 호주 등이 공동으로 추진하고 있는 직경 25 m급 GMT(Giant Magellan Telescope)사업에도 참여해 공동연구를 수행할 예정이다. 이를 통해 우리나라의 수준 높은 광학가동능력을 보여줌과 동시에 대형 광학거울의 해외수출도 기대해 볼 수 있어 광(光)관련 산업의 부가가치 창출에 기여할 것으로 전망된다.
한국표준과학연구원 개요
국가측정표준 정점이며 가장 앞서가는 측정을 연구하는 대덕연구단지내의 출연연구기관입니다.
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