^^^▲ 가공기^^^

- 대형 비구면 가공·평가 공정 자동화 : 직경 최대 1 m에 이르는 비구면을 자동 연마할 수 있도록 측정탑 설치 및 장비 자동정렬 시스템 개발

- 장점 : 제작 기간 절반으로 단축(약 3개월)/측정결과가 즉시 연마기에 자동 입력되어 특정부분만 선택적 가공(15 nm 수준의 정밀한 가공 가능)/이동시 발생할 수 있는 예민한 거울면의 손상 방지

- 기대효과 : 수출이 엄격히 통제되고 있는 정밀 비구면 거울의 국산화

향후 계획

- 최첨단 광학부품의 국산화 실현 : 고해상도 위성 카메라용 비구면 광학거울, 지상용 대형 천체 망원경, 반도체 및 FPD용 노광기 등(수입대체 효과, 국내 광(光)관련 산업의 부가가치 창출)

<전 문>

미국이 이라크 사담 후세인을 체포하기 위해 가장 큰 역할을 한 것은 바로 정찰위성이었다. 미국은 위성을 이용해 이라크 내부를 손바닥 보듯이 볼 수 있었고, 핵심 군사시설 및 병력배치 등과 같은 고급 정보를 수집할 수 있었다. 이를 통해 선택적이면서도 효과적인 공격이 가능했다. 직경 2.4 m 급 허블망원경은 지상망원경으로는 보지 못했던 아주 희미한 별들까지도 관찰할 수 있어 생명 및 우주의 기원에 대해 연구를 가능하게 했다.

이처럼 망원경은 군사적인 목적뿐만 아니라 과학적인 연구 활동에도 필수적인 장비로 활용된다. 장비의 핵심 부품은 직경 1 m급 이상의 대형 비구면 거울인데 대형 거울을 정밀하게 가공하기 위해서는 많은 시간이 필요하다. 이것은 전체 위성사업의 진행에 치명적인 장애요인으로 작용한다. 이를 해결하기 위해 한국표준과학연구원 우주광학연구단 양호순 박사가 나섰다. 미국, 러시아, 독일 등 일부 선진국에서만 보유하고 있던 가공·평가 공정 자동화 기술을 우리 기술로 이루어낸 것이다.

기술개요

한국표준과학연구원 우주광학연구단(단장 이윤우) 양호순 박사가 공공기술연구회·한국항공우주연구원 지원으로 직경 1 m급 연마기, 높이 5 m의 측정탑과 자동정렬시스템을 이용한 비구면 자동 가공장치를 개발했다.

이번에 개발한 비구면 자동 가공장치는 직경 최대 1 m의 비구면을 자동 연마할 수 있다. 이를 이용해 우주용 망원경의 거울을 제작할 경우, 해상도 0.3 m 이하의 초고해상도 영상을 얻을 수 있다.(해상도 0.3 m는 우주에서 남자·여자가 구분될 수 있는 정도)

직경 1 m급(무게 약 400 kg 이상) 우주용 또는 지상용 대형 비구면 거울을 정밀가공하기 위해서는 가공과 측정 과정이 수백 번 이상 이루어진다. 보통 연마 과정은 일반 공장과 같은 환경에서 이루어지기 때문에 정밀한 측정을 위해 거울을 측정실로 이동해야 한다.

하지만 육중한 무게와 부피를 가진 거울을 이동할 경우, 예민한 거울면에 손상이 생기기 쉽다. 또한 거울을 설치하고 측정하기 위해서는 정렬하는 작업이 하루이상 소요돼 일주일에 3~4회 정도의 가공 작업만이 가능하다. 거울면을 완성하기 위해 수많은 가공과 측정과정이 반복되어야 한다는 점을 감안한다면 완성되기 까지 6개월 이상의 많은 시간과 노력이 필요하다.

최근 국내 대형 비구면 거울의 수요가 늘면서 연간 3~4개 이상의 직경 1 m 급 거울의 가공, 공급이 필요하다. 하지만 기존에 수행하던 연마방식으로는 현재 거울의 수요를 충족시키기 어렵다.

양 박사는 대형 비구면 거울 가공과정에서 측정에 많은 시간이 소요되는 문제를 해결하기 위해 측정탑을 설치하고 장비를 자동정렬 시키는 방법을 활용했다. 측정탑을 가공기 옆에 설치해 장비를 가공한 후 측정탑 바로 아래로 이동 시킨다. 이동한 장비는 측정탑 꼭대기에 설치된 장비로 정렬시켜 측정함으로서 무거운 거울을 다른 장소로 이동하지 않고도 작업이 가능하다.

이를 통해 이동시 발생하는 위험요소를 제거하고, 측정시간도 획기적으로 단축했다. 또한 측정결과가 즉시 연마기에 입력되어 특정부분만 선택적으로 가공할 수 있다. 이를 통해 직경 1 m 급 거울 가공 소요기간이 절반이하로 줄었고, 15 nm (1 nm 는 10억분의 1 m 임) 정도로 정밀하게 가공하는 것이 가능해졌다.

기대효과 및 향후 계획

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. 따라서 이번 자동 가공시스템을 이용하면 수입이 어려운 정밀 비구면 거울의 국산화가 가능할 뿐만 아니라 효율적인 가공을 통해 연간 4~5개 이상의 직경 1 m 급 거울을 직접 제작해 수입대체효과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다.

또한 이번에 개발한 시스템은 직경 1 m 이상의 거울 제작에도 적용할 수 있다. 최근 국내외에서 직경 2 m 급 거울에 대한 수요가 증가함에 따라 연구진은 올해 안에 표준연 내에 직경 2 m까지 가공할 수 있는 가공기와 자동가공시스템을 함께 설치할 계획이다.

앞으로 이러한 시설과 기술을 이용해 양박사는 고해상도 위성 카메라용 비구면 광학 거울과 대형 천체 망원경용 대형 광학 거울을 국산화하고 반도체 및 평판디스플레이 노광기용 광학부품을 제작할 예정이다. 이를 통해 수입대체 효과 및 국내 광(光)관련 산업의 부가가치 창출에 기여할 것으로 전망된다.