KRISS 우주광학센 터 양호순 박사(우)가 SiC 소재 우주용 반사경에 대하여 설명하고 있다
국내에서 처음으로 실리콘 카바이드(이하 SiC) 소재의 직경 700 mm 비구면 반사경이 개발됐다.
한국표준과학연구원(KRISS) 우주광학센터 양호순 박사 연구팀이 개발한 SiC 소재 반사경은 극저온 상태의 우주에서 변형이 거의 일어나지 않고 무게가 가벼워 기존 유리 소재 반사경을 대체할 것으로 예상된다.
'실리콘 카바이드(SiC)'은, 단단하고 열에 강한 소재로 금속을 가공하는 공구나 항공기용 타이어 브레이크 등 기계 산업에서 폭넓게 사용되고 있다.
기존 우주용 반사경은 유리소재가 많이 사용되었다. 유리 소재는 적당한 수준의 온도 변화에서는 변형 없이 가공 당시의 모양을 유지한다. 따라서 그동안 미국, 프랑스 등 많은 나라에서 지구 궤도상에 위치하는 인공위성 반사경 소재로 많이 사용했다.
하지만 우주용 카메라가 지구를 돌지 않고 심우주로 나갈 경우 더 큰 온도 차에 노출된다. 태양에서 멀어질수록 온도가 떨어져 명왕성에 도달하면 절대 0도에 가까워진다.
이 때 유리 소재 반사경과 기계구조물의 팽창률이 서로 달라 반사경 모양이 심하게 변형되거나 깨지게 되어 카메라가 처음 그대로의 성능을 유지할 수 없다.
이에 반해 SiC 소재 카메라는 반사경부터 기계구조물까지 모두 같은 SiC 소재로 만드는 것이 가능하다. 이렇게 되면 반사경과 기계구조물이 같이 팽창하고 수축하기 때문에 반사경 변형이 거의 일어나지 않아 카메라 성능을 그대로 유지할 수 있다.
또한 직경 700 mm 반사경을 기준으로 유리 소재 반사경은 약 25~30 kg으로 다소 무겁지만 SiC 소재 반사경은 9 kg로 1/3 정도로 가벼워 취급이 쉽고 발사 비용을 절약할 수 있다는 장점이 있다.
뿐만 아니라 반사면의 최종 형상오차 15 nm 정도 이하로 가공이 가능하여 해상도 1m 이하의 고해상도 우주용 망원경에 사용 가능하다.
이러한 장점에도 불구하고 SiC 반사경은 유리 소재보다 10배 이상 단단하여 제작이 어렵다. 따라서 현재 미국, 독일, 프랑스 등 일부 선진국에서만 반사경 가공이 가능한 상태였다.
KRISS는 SiC 소재 반사경 연마를 위해 다이아몬드 입자를 입자 크기별로 공정에 활용했다.
이번 개발된 SiC 소재 반사경은 향후 달 탐사용 카메라나 화성 탐사용 카메라와 같은 심우주용 카메라, 대형 지상용 천체 망원경 등 다양한 우주과학 분야에서 활용이 가능할 것으로 예상된다.