대형 비구면 광학거울 국산화 선도
우주ㆍ지상용 천체망원경 핵심부품
측정탑 설치 장비 자동정렬해 연마
0.3m이하 초고해상도 영상측정 가능
천체를 관측하기 위해서는 고정밀의 천체망원경이 사용된다. 또 천체망원경은 지상 망원경으로 보지 못하는 우주 공간에 존재하는 아주 희미한 별들을 관측할 수 있어 생명 및 우주의 기원을 연구하는데 필수적인 장비다.
이처럼 망원경은 과학적인 연구활동에 없어서는 안 될 핵심 장비로 활용되고 있다. 망원경의 성능을 좌우하는 핵심부품은 바로 직경 1m급 이상의 대형 비구면 거울. 그러나 대형 거울을 정밀하게 가공하기 위해서는 많은 시간과 노력을 필요로 한다.
한국표준과학연구원 우주광학연구단 양호순 박사는 대형 비구면 광학거울의 가공 및 평가공정 자동화 기술을 순수 국내 기술로 개발한 장본인이다.
양 박사는 최근 직영 1m급 연마기, 높이 5m의 측정탑과 자동정렬시스템을 이용해 비구면 자동가공장치를 개발했다. 이 기술을 통해 미국과 러시아, 독일 등 일부 선진국만이 보유한 직경 1m의 비구면을 자동 연마할 수 있는 시대를 열게 된 것이다. 이는 향후 고해상도 위성카메라용 비구면 광학거울과 대형 천체망원경용 대형 광학거울의 국산화를 앞당기는 기폭제로 작용할 것이라는 평가를 받고 있다.
양 박사가 개발한 기술을 이용해 우주용 망원경 거울을 제작할 경우 해상도 0.3m 이하의 초고해상도 영상을 얻을 수 있다. 해상도 0.3m는 우주에서 남자, 여자를 구분할 수 있는 정도다.
그동안 직경 1m급 우주용 또는 지상용 대형 비구면 거울을 정밀 가공하기 위해서는 수백 번에 달하는 가공과 측정과정을 거치게 된다. 보통 연마과정은 일반 공장과 유사한 환경에서 이뤄지기 때문에 정밀한 측정을 위해 거울을 측정실로 이동해야 한다.
하지만 육중한 무게와 부피를 가진 거울을 이동할 경우, 예민한 거울면에 손상을 입힐 우려가 있다. 또 거울을 설치하고 측정하기 위해 정렬해야 하는 작업이 하루 이상 소요돼 일주일에 3~4회 정도의 가공작업만이 가능하다. 즉 거울면을 완성하기 위해 수많은 가공과 측정과정이 반복돼야 한다는 점을 감안할 때 완성되기까지 6개월 이상의 시간과 노력이 든다는 것이다.
그는 "최근 국내 대형 비구면 거울의 수요가 증가하면서 연간 3~4개 이상의 직경 1m급 거울의 가공, 공급이 필요하지만 기존에 수행하던 연마방식으로는 현재 거울의 수요를 충족시키기 어려운 것이 현실"이라고 기술개발의 배경을 설명했다.
양 박사는 대형 비구면 거울의 가공과정에서 소요되는 시간문제를 해결키 위해 측정탑을 설치하고 장비를 자동정렬 시키는 방법을 활용했다. 측정탑을 가공기 옆에 설치해 장비를 가공한 후 측정탑 바로 아래로 이동시켜 측정탑 꼭대기에 설치된 장비로 정렬시켜 측정케 해 무거운 거울을 다른 장소로 이동하지 않고도 작업이 가능하게 한 것이다.
양 박사는 "이러한 과정을 통해 대형 비구면 거울의 이동시 발생하는 위험요소를 제거하고 측정시간도 획기적으로 단축할 수 있게 됐고 측정결과가 즉시 연마기에 입력돼 특정부분만 선택적으로 가공할 수 있다"고 말했다.
이를 통해 직경 1m급 거울 가공 소요기간을 절반 이하로 줄이게 됐고 15nm 정도로 정밀 가공할 수 있게 됐다.
대형 비구면 거울은 우주용 망원경 및 지상용 천체망원경에 필수적인 부품이며, 특히 우주용 망원경 부품은 군사용으로 사용할 수 있다. 때문에 선진국에서는 해당 부품에 대한 수출을 엄격히 통제하고 있다.
양 박사의 자동가공시스템을 이용하면 정밀 비구면 거울의 국산화는 물론 효율적인 가공을 통해 연간 4~5개 이상의 직경 1m급 거울을 직접 제작해 수입대체효과를 거둘 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
또 직경 1m 이상의 거울제작에도 적용할 수 있다.
양 박사는 "앞으로 연구원 내에 직경 2m의 거울을 직접 가공할 수 있는 가공기와 자동가공시스템을 설치할 계획으로 앞으로 고해상도 위성카메라용 비구면 광학거울과 천체망원경 대형 광학거울 제작, 반도체 및 평판디스플레이 노광기용 광학부품 등을 제작하는데 활용해 국내 광 관련 산업의 부가가치 창출에 나서겠다"고 말했다.
우주ㆍ지상용 천체망원경 핵심부품
측정탑 설치 장비 자동정렬해 연마
0.3m이하 초고해상도 영상측정 가능
천체를 관측하기 위해서는 고정밀의 천체망원경이 사용된다. 또 천체망원경은 지상 망원경으로 보지 못하는 우주 공간에 존재하는 아주 희미한 별들을 관측할 수 있어 생명 및 우주의 기원을 연구하는데 필수적인 장비다.
이처럼 망원경은 과학적인 연구활동에 없어서는 안 될 핵심 장비로 활용되고 있다. 망원경의 성능을 좌우하는 핵심부품은 바로 직경 1m급 이상의 대형 비구면 거울. 그러나 대형 거울을 정밀하게 가공하기 위해서는 많은 시간과 노력을 필요로 한다.
한국표준과학연구원 우주광학연구단 양호순 박사는 대형 비구면 광학거울의 가공 및 평가공정 자동화 기술을 순수 국내 기술로 개발한 장본인이다.
양 박사는 최근 직영 1m급 연마기, 높이 5m의 측정탑과 자동정렬시스템을 이용해 비구면 자동가공장치를 개발했다. 이 기술을 통해 미국과 러시아, 독일 등 일부 선진국만이 보유한 직경 1m의 비구면을 자동 연마할 수 있는 시대를 열게 된 것이다. 이는 향후 고해상도 위성카메라용 비구면 광학거울과 대형 천체망원경용 대형 광학거울의 국산화를 앞당기는 기폭제로 작용할 것이라는 평가를 받고 있다.
양 박사가 개발한 기술을 이용해 우주용 망원경 거울을 제작할 경우 해상도 0.3m 이하의 초고해상도 영상을 얻을 수 있다. 해상도 0.3m는 우주에서 남자, 여자를 구분할 수 있는 정도다.
그동안 직경 1m급 우주용 또는 지상용 대형 비구면 거울을 정밀 가공하기 위해서는 수백 번에 달하는 가공과 측정과정을 거치게 된다. 보통 연마과정은 일반 공장과 유사한 환경에서 이뤄지기 때문에 정밀한 측정을 위해 거울을 측정실로 이동해야 한다.
하지만 육중한 무게와 부피를 가진 거울을 이동할 경우, 예민한 거울면에 손상을 입힐 우려가 있다. 또 거울을 설치하고 측정하기 위해 정렬해야 하는 작업이 하루 이상 소요돼 일주일에 3~4회 정도의 가공작업만이 가능하다. 즉 거울면을 완성하기 위해 수많은 가공과 측정과정이 반복돼야 한다는 점을 감안할 때 완성되기까지 6개월 이상의 시간과 노력이 든다는 것이다.
그는 "최근 국내 대형 비구면 거울의 수요가 증가하면서 연간 3~4개 이상의 직경 1m급 거울의 가공, 공급이 필요하지만 기존에 수행하던 연마방식으로는 현재 거울의 수요를 충족시키기 어려운 것이 현실"이라고 기술개발의 배경을 설명했다.
양 박사는 대형 비구면 거울의 가공과정에서 소요되는 시간문제를 해결키 위해 측정탑을 설치하고 장비를 자동정렬 시키는 방법을 활용했다. 측정탑을 가공기 옆에 설치해 장비를 가공한 후 측정탑 바로 아래로 이동시켜 측정탑 꼭대기에 설치된 장비로 정렬시켜 측정케 해 무거운 거울을 다른 장소로 이동하지 않고도 작업이 가능하게 한 것이다.
양 박사는 "이러한 과정을 통해 대형 비구면 거울의 이동시 발생하는 위험요소를 제거하고 측정시간도 획기적으로 단축할 수 있게 됐고 측정결과가 즉시 연마기에 입력돼 특정부분만 선택적으로 가공할 수 있다"고 말했다.
이를 통해 직경 1m급 거울 가공 소요기간을 절반 이하로 줄이게 됐고 15nm 정도로 정밀 가공할 수 있게 됐다.
대형 비구면 거울은 우주용 망원경 및 지상용 천체망원경에 필수적인 부품이며, 특히 우주용 망원경 부품은 군사용으로 사용할 수 있다. 때문에 선진국에서는 해당 부품에 대한 수출을 엄격히 통제하고 있다.
양 박사의 자동가공시스템을 이용하면 정밀 비구면 거울의 국산화는 물론 효율적인 가공을 통해 연간 4~5개 이상의 직경 1m급 거울을 직접 제작해 수입대체효과를 거둘 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
또 직경 1m 이상의 거울제작에도 적용할 수 있다.
양 박사는 "앞으로 연구원 내에 직경 2m의 거울을 직접 가공할 수 있는 가공기와 자동가공시스템을 설치할 계획으로 앞으로 고해상도 위성카메라용 비구면 광학거울과 천체망원경 대형 광학거울 제작, 반도체 및 평판디스플레이 노광기용 광학부품 등을 제작하는데 활용해 국내 광 관련 산업의 부가가치 창출에 나서겠다"고 말했다.
