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| (주)파이버프로(FIBERPRO) 이봉완 연구소장이 ‘차세대 소형위성 1호’에 탑재된 우주용 광학형 자이로의 특성을 설명하고 있다./아시아뉴스통신=이기종 기자 |
과학기술정보통신부와 한국과학기술원(KAIST) 인공위성연구소는 지난달 30일 ‘과학과 핵심기술을 품은 소형위성 워크숍’을 통해 작년 12월 미국 반덴버그 공군기지 발사장에서 성공적으로 발사된 ‘차세대소형위성 1호’의 지난 4개월여 간에 걸친 성능검증과 초기운영결과 등을 발표했다.
본지는 차세대 소형위성의 성공적인 임무 완수를 기원하고 국민적 관심에 부응하기 위해 ‘차세대 소형위성’과 관련한 내용을 연재하고 있다.
현재 ‘차세대 소형위성 1호’를 통해 국내에서 개발한 ‘광학형 자이로(gyro) ’를 우주환경 속에서 검증을 담당하는 (주)파이버프로(FIBERPRO)를 방문해 이봉완 연구소장과 ‘우주용 광학형 자이로’의 개발 및 특성, 발전방향, 기대효과 등을 살펴본다. <편집자 주>
- ‘파이버프로’에서 하는 일은?
▷ (주)파이버프로(FIBERPRO)를 간단히 소개해드리면, (주)파이버프로는 신기술에 의한 새로운 가치 창출이라는 비전을 가지고 전 세계의 광통신 및 센서 분야에서 광 측정 관련 선도적인 제조업체이다.
우리는 1995년 사업을 시작한 이후 신개념과 자사의 독특한 기술들을 바탕으로 한 제품들이 전 세계의 광통신 및 광센서 분야에서 인정받고 있다.
- ‘차세대 소형위성 1호’사업의 참여 배경은?
▷ 기존에 해왔던 광섬유 제품 개발의 경험을 토대로 자이로에 대한 미래적인 비전을 가지기 위해 참여했다.
2007년경 자이로 관련 부분품을 대기업에 납품하면서 기술적으로 자이로의 완성품을 만들 수 있는 기술을 축적했다.
특히 우리 회사에 자이로 관련 공학자가 3명이 있어서 완성품의 도전을 하고 있을 때 대기업에서 ‘차세대 소형위성 1호’에 참여하지 못하게 돼 참여할 의사가 있는지를 질의해 왔다.
‘차세대 소형위성 1호’ 과제에 지원하고 심사 관계자들로부터 위성 관련해 경험이 없는데 가능하겠는가를 들었지만 결국 오늘과 같이 완성품을 제작해 1호선에 탑재했고 2호선에도 탑재할 예정이다.
- 광섬유와 자이로 간의 연관성은?
▷ 광섬유는 재료적인 측면에서 1970년대부터 발전이 이루어졌고 이를 바탕으로 90년대에는 광통신의 개화를 맞이하게 됐다.
현재의 엄청난 양과 속도의 인터넷 트래픽은 광통신으로 가능한 것이며 이 공로로 노벨상 수상의 대상이 되기도 했다.
이러한 신호전달용 광통신 뿐만 아니라 광섬유는 센서로도 활용할 수 있는데, 변형, 온도, 진동, 회전속도 등을 감지할 수 있다.
이 중에서 회전속도 측정, 즉 광섬유 자이로는 광섬유 센서의 대표적인 사례라고 할 수 있다.
예를 들어, 1km 정도 길이의 광섬유를 고려해 설명드린다.
실처럼 유연하므로 10cm 정도의 원통에 실처럼 촘촘히 감아서 양끝을 연결해 본다.
또 특정 지점에서 빛을 주입하여 시계 방향으로 진행하는 빛과 반시계 방향으로 진행하는 빛으로 나누도록 한다.
이렇게 하면 전체 길이를 통과한 후 다시 주입 지점에서 두 빛은 만나게 되고 원통이 정지 상태라면 반대 방향으로 진행한 두 빛은 동일한 시간에 만나게 될 것이다.
만일 광섬유 고리가 회전을 하고 있다면, 한 쪽 방향은 진행 거리가 짧은 반면 반대 방향은 진행 거리가 길어질 것인데, 빛의 속도가 매우 빠르므로 진행 거리의 차이는 기껏해야 1um 보다 훨씬 작을 것이다.
결국 빛의 간섭 현상을 이용하여 1um의 백만분의 일 이하까지도 측정 가능하며 이러한 경로 차이가 회전 각속도에 비례하고 지구 자전속도의 천분의 일 정도까지도 용이하게 감지할 수 있다.
- 국내 자이로의 발전 현황은?
▷ 자이로는 작동원리에 따라 회전자를 이용한 기계식, 레이저를 이용한 방식, 광섬유를 이용한 방식, 미세 구조물을 이용한 방식 등 여러 가지가 있지만 광섬유 자이로가 가장 넓은 영역에서 활용되고 있다.
국내에서는 국방과학 연구소와 대기업에서 광섬유 자이로 기술을 개발하여 무기체계에 적용하고 있다.
우리 회사는 부분품을 생산하여 납품하고 있고 현재까지 검증된 것은 지상용이며 우주 방사선의 영향에 대해서는 확인된 것이 없다.
인공위성에서 활용되기 위해서는 방사선의 영향에 의한 수명 및 신뢰성 확보가 중요하다.
광섬유를 비롯하여 광부품의 방사선에 의한 열화를 분석하고 이를 회피할 수 있는 기법과 안정적인 동작 제어를 위한 전자회로와 신호처리의 뒷받침이 필요하다.
그러나 광섬유 자이로의 핵심 부품 중 하나인 집적광학 소자는 수급이 어려울 뿐만 아니라 자이로의 성능에 직접적으로 영향을 미치는 부품이기 때문에 자체적으로 개발 및 생산할 필요가 있으며 우리 회사에서 생산한 부품을 마침내 차세대 소형위성 1호에 탑재했다.
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| 과학기술정보통신부와 한국과학기술원(KAIST) 인공위성연구소가 주관한 ‘과학과 핵심기술을 품은 소형위성 워크숍’에서 소개되고 있는 ‘차세대 소형위성 1호’에 탑재된 (주)파이버프로(FIBERPRO)의 우주용 광학형 자이로./아시아뉴스통신=이기종 기자 |
- 연구개발 과정에서 애로사항은?
▷ 개발 초기에는 집적광학 소자를 수입해 사용했다.
실례로 러시아 제품은 고온 시험에서 중국 제품은 진공 시험에서 불량이 발생해 부품 수급과 품질보증에 곤란을 겪었으나 개발기간 막바지에 핵심부품의 개발에 성공했다.
위성용 제품 개발을 처음으로 수행하다 보니 부품선정 과정, 신뢰성, 품질보증의 경험이 부족해 환경시험에서 실패가 많았지만 시행착오를 거쳐 오류를 개선했다.
또 국내에서 처음으로 양성자 가속기에서 빔을 제공받아서 방사선 시험을 수행하기도 했다.
- 향후 연구개발 과제와 발전방향은?
▷ 우주핵심기술 개발 수행을 통해서 소중한 경험과 기술을 축적했고 집적광학 소자는 그 자체로 제품화에 성공해 현재 수출 중이다.
개발한 자이로 모델은 초기 모델이지만 차세대 소형위성 2호기 탑재용으로도 납품했고 앞으로의 과제는 가성비를 높이고 수요가 많이 예상되는 모델을 발굴할 필요가 있다.
이번 과제를 종료한 후에는 수요가 많은 지상용 모델을 기획해 제품화를 완료하고 수출도 하고 있다.
위성용의 경우 하나의 모델을 완성하는 것은 많은 시험과 경비가 소요된다.
특히 고가여서 천리안 위성에서 운용되고 있는 자이로의 경우 한 세트 당 약 25억원에 수입했다고 한다.
성능과 수명을 고려하면 이처럼 실용위성에 사용될 수 있는 자이로를 개발하여 탑재할 수 있는 기회가 있기를 바란다.
- 마지막으로 하고 싶은 말은?
▷ 우리는 이 차세대 소형위성 1호를 통해 위성용 자이로의 국내 개발에 대한 신뢰감을 보여줄 수 있는 기회이기에 매우 의미가 있고 중요하다.
현재 지상에서는 지피에스(GPS, Global Positioning System)가 널리 사용되고 있지만 실제로 전파방해 등에 발생하면 아주 위험한 상태가 발생할 수 있다.
이러한 이유로 우주 등 극한 환경에서 자이로 시스템이 필요한 것이고 이를 국내에서 연구개발해 적용하는 것이 매우 의미가 있다고 본다.
차세대 소형위성 1호가 성공적으로 발사됐고 4개월 간의 초기 운영한 결과로 자이로가 원활하게 동작함을 검증했다.
향후 2년 간에도 정상 동작은 물론 잔여 수명을 평가할 수 있기를 기대한다.
앞으로 우리는 국내에서 연구개발한 자이로가 세계적으로 인정받는데 조금이나마 기여하기 위해 노력할 것이다.
