The Revolution in Space-Based Optics

The Revolution in Space-Based Optics

우주 광학의 발전

이전 게시물에서는 Synopsys 소프트웨어와 엔지니어링 컨설팅 서비스 팀이 참여한 여러 우주 관련 프로젝트와 시스템에 대해 설명했습니다. 이번에는 더 작고 가벼우며 고성능의 우주 광학 시스템을 제작을 가능하게 하는 기술 혁명에 대해 설명하겠습니다.

우주는 극한의 환경이기 때문에 광학 시스템을 설치하는 데는 큰 어려움이 있습니다. 우주에 설치되어질 광학 시스템 및 어셈블리는 로켓 발사의 힘을 견딜 수 있을 만큼 충분히 강해야 하며, 동시에 비용을 절감하기 위해 최대한 가볍고 컴팩트해야 합니다. 종종 전체 광학 기계 어셈블리를 발사 하기 위해 시스템을 "접은" 다음 우주에서 정렬된 구성으로 안정적으로 배치해야 하는 경우가 있습니다. 방사선 영향, 진공 상태에서의 작동, 큰 열 변화의 가능성도 고려해야 합니다. 재질, 광학 시스템 제작 및 테스트, 능동 보정 분야의 기술 발전으로 더 작은 부피에 더 저렴하고 더 가벼운 무게, 더 높은 성능의 시스템의 제작이 가능해졌습니다. 향후 센서의 발전은 더 많은 가능성을 제시합니다.

강하면서도 가벼운 소재는 우주 시스템을 구현하는 핵심 기술입니다. 10년 전만 해도 NASA는 1파운드(0.45Kg)의 장비를 궤도에 올리는 데 약 10,000달러의 비용이 들었습니다. 오늘날 우주 발사체 상용 공급업체 중 한 곳은 이를 파운드당 약 2,500달러로 낮췄습니다. 놀라운 발전이지만 여전히 비싼 가격이죠! 

구조물용 허니콤 알루미늄 (Honeycomb Aluminum), 다이아몬드 밀링 글라스 세라믹 (Diamond-milled Glass Ceramics), 광학 거울용으로 많이 사용되는 탄화 규소 (Silicon Carbide) 또는 베릴륨 (Beryllium)과 같은 경량 소재는 수년 동안 사용되어 왔습니다. 현재 탄소 나노튜브 (Carbon Nanotubes)와 같이 '디자이너' 특성으로 제조할 수 있는 나노 복합재 (Nanocomposites) 에 대한 연구는 추가적인 무게 감소에 대한 많은 가능성을 제시하고 있습니다. 

보다 컴팩트한 우주 광학 시스템을 위한 큰 혁신 중 하나는 자유형 광학 면 (Freeform surface)을 사용하는 것입니다. 자유형 면은 회전 대칭이 아니며 단순한 원통 (Cylinder)이나 토로이드 (Toroid) 보다 프로파일이 더 복잡한 것으로 정의합니다. 소프트웨어는 수년 동안 자유형 형태의 설계를 처리할 수 있었지만, 제작 및 계측의 발전에 따라 자유형 형상의 사용이 실용화되었습니다. Synopsys가 회원으로 가입되어 있는 Center for Freeform Optics (CeFO)는 자유형 면을 효과적으로 사용하기 위한 이론적 설계 고려 사항에 대한 이해를 높이고 자유형에 대한 제작 및 계측 접근법을 발전시키고 있습니다. 자유형 광학 면은 Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI-NG,  차세대 적외선 대기 음향 간섭계) 및 기타 시스템과 함께 발사 될 예정입니다.