우리얘기

 ※ 다음 자료는 한국항공우주연구원이 발간한 '다목적실용위성 아리랑 3호 프레스킷'을 바탕으로 한 것입니다.

 
□ 개요

□ 추진배경

○우주기술은 21세기 첨단산업을 선도할 핵심 복합기술로 국가 안전 및 위상제고, 신산업 창출 등을 위해 필요한 국가 전략사업

○ ‘우주개발중장기기본계획’에 따라 한반도의 정밀지상관측, 환경․농업분야 관측 등 다양한 정보수요에 대응하기 위해 고해상도 카메라가 탑재된 다목적실용위성 개발

○실용급 인공위성기술의 국내 독자 개발능력 확보를 통한 핵심영상정보의 자주적 획득․활용

□ 정부부처간 공동협력 개발 

○ 교육과학기술부는 전체의 시스템개발을 총괄하고 지상국, 활용기반 구축을 주관, 지식경제부는 위성본체 개발 및 국산화개발을 주관함 

○ 다목적실용위성개발사업 추진위원회를 통하여 사업계획, 관련 기관 간 예산 및 역할 조정, 외국기관과의 협약 등 주요사항을 확정 

○ 총괄주관기관(항우연) 주도로 사업을 수행하고 민간기업이 개발에 참여

□ 개발체계 

○ 다목적실용위성 1호 및 2호기 개발을 통해 축적된 경험과 기술을 바탕으로 3호 개발사업을 추진 

○ 위성본체 개발은 항우연이 주도적으로 주관하고, 부분품 개발에 다목적실용위성 1호, 2호 등에 참여한 기업을 중심으로 참여 

○ 탑재체 개발 중 부분체 설계, 광학모듈 정렬/시험, 조립/성능시험 등은 항우연이 주도적으로 주관

- 구성품 하드웨어(반사경, 고안정성 경통 구조체, 카메라 전자부, 영상자료처리장치 등) 개발은 해외 기술협력을 통하여 수행 

○ 지상국개발 중 관제시스템은 다목적실용위성 1호 및 2호 개발에 경험이 있는 전자통신연구원(ETRI)이 참여 

○ 수신․처리시스템 구축 및 인터페이스는 항우연이 개발을 주도하고 주요 수신․처리시스템 및 S/W개발은 외부 국내기업을 통해 수행

□ 주요경과

□ 주요 개발 과정 사진

<설계검토회의>

<구조/열 시험모델>

<태양전지판 전개 시험>

<본체 성능점검>

<열진공시험 준비 - MLI 장착>

<광학탑재체 AEISS 개발>

<광학정렬 실험실>

<전자파 환경시험>

<진동시험>

<음향환경 시험>

□ 국산화품목 및 수행 기관

※ 다음 자료는 한국항공우주연구원이 발간한 '다목적실용위성 아리랑 3호 프레스킷'을 바탕으로 한 것입니다.

□ 발사 예정일시 : 2012. 05. 18(금), 01:39:01(현지/한국시각)

○ 발사 윈도우* : 01:39:01 ~ 01:42:01(현지시각, 한국시각)

* 인공위성의 발사 가능 시간대(위성발사 후 궤도안착 까지 태양전지판 등에 대한 태양 광선의 입사상황을 고려할 때 한정된 시간구간 내에서 발사 가능)

□ 발사체 및 발사장

○ 발사체 : H-IIA

○ 발사장 : 일본 다네가시마 우주센터(JAXA)

○ 발사용역업체 : 일본 미쓰비시 중공업사

□ 발사 후 지상 궤적

□ 발사 형상

○ H-IIA 발사체는 정지궤도 천이궤도(36,226km×250km)에 4000kg의 위성발사가 가능한 발사체로, 이번 발사 시 우리나라의 아리랑 3호와 JAXA의 GCOM-W1 및 소형위성 2기를 동시에 발사할 예정

○ 2단 발사체에 아래의 그림과 같이 위성이 탑재된 이중 발사 형상으로 발사하게 되며 아리랑 3호는 상단 페어링에 내에 위치

- GCOM-W1 및 2개의 소형위성은 하부페어링 내에 위치

□ 발사 준비 

○ 발사준비과정은 위성 및 관련 지상장비 등이 발사장에 도착한 이후에 진행되는 위성체 작업, 발사체 작업, 공동 작업 등을 의미 

○ 아리랑 3호는 한국에서의 최종 기능점검을 완료(’12.2.28)하고 3월 16일, 안전하게 다네가시마 발사장으로 이동 완료 

○ 발사 준비일정 : 약 60일 정도 소요예정

□ 발사 

○ 발사체 이륙 및 위성분리 주요단계 

○ 발사 후 단계별 고도
 

○ 발사 예상경로

 

□  사용궤도 및 궤도 획득 프로세스

 

아리랑 3호는 평균고도 685km 의 태양주기궤도상에서 임무를 수행하게 되며, 적도를 북반구 방향으로 상승통과하는 평균 지방시(승교점 지방시)는 오후 1시 30분이다. 다음은 발사체와 위성체 분리이후, 위성이 최종운용궤도에 안착하기까지의 과정을 요약한 것이다. (아리랑 3호가 최종운용궤도에 안착하는 상세계획은 발사체와 분리된 이후 발사체의 진입 정밀도에 따라 달라진다)

 

< 발사 이후 위성 지상 궤적 >

□ 1단계 : 위성체 분리 (L+976.2초)  

○ 발사 후 976.2초 이후 위성체가 발사체로부터 분리된다. 이때의 고도는 676km 이고, 원궤도이다.

○ 위성체 분리 위치는 동경 129.103도 / 북위 2.375도 이며, 분리 직후 발사체 관제국에서 위성체가 분리되었다는 발사체 신호를 수신하여 한국항공우주연구원으로 전달해 줄 계획이다.

□ 2단계 : 위성으로부터 첫 원격자료 수신 (L+39분) 

○ 위성이 발사체와 분리 된 이후, 첫 교신은 남극에 위치한 KSAT사*(노르웨이)의 트롤(Troll) 지상국에서 수행된다.

※ 노르웨이 트롬쇠(Troms)에 위치한 위성 원격측정 및 명령 서비스 제공 업체로,북극의 스발바드 지상국(북위 78도)과 남극의 트롤 지상국(남위 72도)을 운영함. 이곳에 분포된 안테나를 이용, 일일 15회 위성 원격측정 및 명령 제공이 가능함,

○ 이 시기에는 태양전지판의 성공적인 전개 여부는 확인이 불가능하고, 위성의 현재 상태에 대한 모니터링이 가능하다.

□ 3단계 : 위성체 분리 시점의 궤도정보 획득 (L+1시간)

○ 발사체 회사는 발사이후 1시간이 경과하면, 위성체 분리 당시의 정밀궤도정보를 한국항공우주연구원에 제공할 계획이며, 이를 이용해 초기분리궤도와 최종운용기준궤도의 차이에 대한 분석을 수행한다.

□ 4단계 : 태양전지판 전개 성공 여부 확인 (L+100분)

○ 발사 1시간 29분 이후, 위성체는 KSAT사의 노르웨이 스발바드 지상국과 교신을 하게 되며, 이 교신에서 태양전지판의 성공적인 전개 여부를 1차적으로 확인한다.

○ 발사 1시간 40분 이후, 대한민국의 대전 지상국(항우연)과 교신을 하게 되며, 이 교신에서 태양전지판의 성공적인 전개 여부를 최종 확인한다.

○ 다만, 발사 초기에는 궤도 정보의 오차가 크기 때문에 위성의 정확한 위치를 알기 어렵고 위성의 초기 자세에 따라 지상국과의 교신이 어려울 수도 있다. 통상 발사 후 4시간이 경과하면 비교적 정확한 궤도 정보를 확인 할 수 있어 발사 성공 여부 및 위성의 건강 상태를 알 수 있다.
 

□ 5단계 : 최종운용기준궤도 안착 (초기운용 기간(LEOP) 중)

○ 위성본체에 장착된 GPS 수신기의 운용을 통해 아리랑 3호의 궤도결정을 수행한 이후, 초기분리궤도와 그 일치성 여부를 분석하고, 최종운용기준궤도로 궤도안착을 수행하기 위한 궤도조정 계획을 수립한다.

□ 초기구동 및 점검 (IAC, Initial Activation & Check-out)

○ 위성본체 궤도상 초기 구동 및 점검 수행 : L ~ L+1주

- 발사 후 각 부분체별 상태 점검

- X-band 안테나 전개

- 각 부분체별 궤도 상 성능 점검

- 안전모드로부터 임무모드까지 모드 전환 및 각 부분체별 상태 점검

- 임무 기동 성능 검증을 위한 기동 시험

- 궤도 조정 성능 검증을 위한 궤도 조정 시험

○ AEISS 탑재체 궤도상 초기 구동 및 점검 수행 : L+2주 ~ L+3주

- 탑재체 각 장치 별 상태 점검

- 안테나 추적 기능 점검

- 영상 촬영 기능 점검

- 영상 전송 기능 점검 

□ 검보정 (Cal/Val, Calibration and Validation)

○ 검보정 : L+4주 ~ L+23주 [TBD]

- 기하보정(geometric)　:　위성 영상의 정확한 위도, 경도 추정 등위성 영상의 위치와 관련된 특성 보정

- 방사보정(radiometric)：입사 광량과 신호 관계 추정 등 위성 영상의 방사 관련된 특성 보정

- 공간보정(spatial)：위성 영상의 해상도 관련 보정

□ 위성 운용

○ 초기 운용 단계에서 위성 시스템의 기능 및 성능에 대한 확인이 완료되면 정상 운용 단계로 진입한다. 정상 운용 시점에서는 지상 시스템 운용 절차에 의거하여 아래의 운용 업무가 수행된다.

- 위성 시스템 기능/성능 모니터링 및 제어

- 위성 시스템 운용 계획 수립

- 위성 시스템의 궤도/자세 결정 및 궤도 예측/조정/관리

- 위성 시스템/지상 시스템 간의 통신 상황 모니터링

- 지구 관측 영상 자료 수신/처리 및 사용자 배포 

< 아리랑 3호 영상제공 서비스 관련시설 >

 
□ 영상제공 서비스 절차 

○ 정상 운용 단계에서의 사용자 서비스 관련 지상시스템 운영 절차

- 사용자로부터 촬영 주문 접수

- 촬영 계획 및 임무 계획 생성

- 위성 명령 생성 및 전송

- 지구 관측 자료 수신/처리

- 지구 관측 영상 제품 생성 및 사용자 배포 

< 정상운용단계 지상시스템 운용절차 >

□ 한국항공우주연구원 위성정보연구센터 

○ 위치 : 대전 한국항공우주연구원 내 
○ 주요 기능 : 위성 관제와 영상 데이터 처리
- 위성의 상태 확인과 명령 송신을 통한 위성 관제를 담당
- 각 기관에서 보낸 임무 요청을 바탕으로 임무를 계획하고 해당 명령을 위성으로 보내어 아리랑 위성의 임무 수행을 지원
- 위성 영상 수신, 저장, 처리 및 사용자 배포 

○ 주요연혁

- 1998년 11월 27일 준공
- 1999년 12월 21일 발사된 다목적실용위성(아리랑) 1호 운용
- 2006년 7월 28일 발사된 다목적실용위성(아리랑) 2호 운용
- 2009년 6월 발사된 통신해양기상위성(천리안) 위성 운용 

○ 센터 구성

- 안테나동 : 다중대역 안테나와 RF 장비
- 위성운영동 : 운용 장비 통합감시시스템/무중단 전력공급시스템/출입통제시스템/실시간 위성신호감시 및 저장 시스템/저저항접지시설/처리시스템 및 운영실 등

□ 지상운영시스템

○ 아리랑 위성 지상운영시스템은 순수 국내기술로 개발되었으며, 항우연은 위성운영 부분에 대해서 ISO 9001 인증을 획득

○ 지상운영 시스템은 위성관제시스템과 기반시설시스템으로 구성

- 위성관제시스템 : 위성 상태 감시ㆍ조정, 임무수행을 위한 계획 및 명령 등의 기능을 수행하며 항우연 종합관제실에 설치 운영

- 기반시설시스템 : 건물, 종합관제실, 네트워크, 통신, 해외 안테나 망, 전력 및 오디오 시설과 유지보수 부분 등으로 구성

□ 위성관제시스템 구성(서브시스템) 

○ 원격측정 및 명령 서브시스템 (TTC : Telemetry, Tracking and Command Subsystem)

- 위성과의 관제 RF 통신, 위성 추적, 레인징 기능을 제공한다. 위성운용 서브시스템(SOS)으로부터 위성통제 명령 신호와 위성 추적 명령을 수신하고 CCSDS 처리, 4 Kbps로 포맷된 데이터의 변조 등을 수행한다. 또한 아리랑 3호로부터 4.096Kbps 및 1.5625Mbps로 원격측정자료를 수신한 후 원격측정 데이터를 복조하여 SOS로 전송한다.
 

○ 위성운용 서브시스템(SOS : Satellite Operations Subsystem)

- 위성이 보내오는 상태 정보를 실시간으로 분석하고 임무 수행에 필요한 명령을 위성으로 송신한다. TTC를 통해 받은 위성의 원격측정데이터를 수신하여 분석 가능한 자료로 처리한다. 처리된 위성의 상태 데이터는 관제시스템 내의 MPS나 FDS에 배포되며, 원시데이터는 대용량 저장장치에 보관된다. 보관된 데이터는 위성의 상태변화 추이분석에 사용된다. 또한, SOS는 MPS로부터 전달된 촬영계획을 이용하여 명령으로 변환한 후, 위성에 전송하는 역할을 수행한다. 

○ 임무계획 서브시스템(MPS : Mission Planning Subsystem)

- 위성의 궤도 이벤트를 예측하고 위성체 운용계획 및 사용자로부터 전달된 영상촬영계획을 이용하여 임무 스케줄링을 수행하여 촬영계획을 생성하고 이를 SOS로 전달한다. 촬영계획에 따른 임무일정표는 영상수신을 위해 IRPE(Image Receiving and Processing Element)로 전송된다. 또한, 위성의 자세 기동에 필요한 GPF(Guidance Parameter File)와 위성 X-대역 안테나 구동에 필요한 TPF(Tracking Parameter File)를 생성하는 역할을 수행한다.

○ 비행역학 서브시스템(FDS : Flight Dynamics Subsystem)

- 위성의 궤도예측, 궤도결정, 궤도조정 기능을 제공한다. 궤도예측은 고정밀도궤도전파기를 사용하며, 사용자의 선택에 따라 섭동력 성분을 조정할 수 있다. 또한, 궤도결정은 GPS 항행해 또는 안테나 추적 데이터를 이용한 운용궤도결정과 위성의 GPS 원시 자료 및 IGS(International GPS Service) 정보를 이용하는 정밀궤도결정으로 구분된다. 궤도조정은 임무궤도를 유지하기 위해 필요한 궤도조정 시각 및 추력기 사용시간을 계산하는 것이다. 이 외에도 위성의 원격측정데이터를 이용하여 PVT 방법을 통해 위성의 잔여연료량을 계산하는 기능이 포함된다. FDS에서 생성된 정밀한 궤도정보는 IRPE로 전달되어 영상처리에 사용된다. 

○ 위성시뮬레이터 서브시스템(SSS, Satellite Simulator Subsystem)

- 위성의 동작상태를 S/W로 모사하는 기능을 가지며 위성으로 보낼 명령을 입력하면 시뮬레이션 결과를 보여준다. 따라서 고가의 위성체를 대신하여 각종 시험과 운영자 교육에 사용되며 위성 발사 후에는 위성 장애 원인 분석과 위성 상태 예측에 이용된다.

※ 다음 자료는 한국항공우주연구원이 발간한 '다목적실용위성 아리랑 3호 프레스킷'을 바탕으로 한 것입니다.

□ 국내 최초의 서브미터급(1m 이하) 해상도 지구관측위성 

○ 0.7m급 해상도의 전자광학카메라를 탑재하여 정밀한 지구관측 가능

- 현재 운용 중인 아리랑 2호(해상도 1m)보다 높은 해상도로 개발되어 지구 저궤도 관측위성 개발기술 향상
※ 저궤도 : 지구 표면으로부터 200∼2000km인 고도의 인공위성 궤도를 의미

○ 향후 4년간 공공안전, 재해재난, 국토ㆍ자원관리, 환경감시 등에 활용될 고해상도 지구관측영상 공급예정 

○ 한국항공우주연구원과 국내기업체들 간 협력으로 개발

- (주)한국항공우주산업, (주)대한항공, (주)한화, (주)두원중공업, 세트렉아이 등 다수의 국내업체 참여
- 서브미터급 고해상도 광학탑재체의 국내 독자 조립/정렬/시험 등 개발능력 확보 

○ ‘12년 5월 일본 다네가시마 우주센터에서 발사예정(발사체 : H-IIA)

< 아리랑 3호 형상 >

 
□ 서브미터급 광학카메라를 탑재한 초고해상도 위성 개발

○ 세계 상업용 위성영상판매 시장을 주도하고 있는 미국의 GeoEye-I, World View I&II, 프랑스의 Pleiades 위성 등과 같이 서브미터급 위성영상을 제공하는 고해상도 지구관측위성

< 서브미터급 지구관측위성 현황 >

○ 다목적실용위성 시리즈 개발을 통해 고해상도 광학카메라의 지속적인 성능향상을 도모하여 위성개발 선진국과의 기술격차 해소
※ 아리랑 1호(’94 발사) : 해상도 6.6m → 2호(’06 발사) : 해상도 1m → 3호(’12 발사) : 해상도 0.7m → 3A호(’14 발사예정) : 해상도 0.55m 

< 다목적실용위성 전자광학 탑재체 개발 현황 >

□ 급속기동 촬영성능을 보유한 위성 개발

○ 고성능의 급속기동 촬영* 성능을 바탕으로 여러 지역의 영상을 신속하게 촬영하여 제공할 수 있음

* 위성의 흔들림을 최소화한 채 빠르게 기동하여 촬영하는 기능으로 동일한 위치에서 여러 지역 촬영 및 한 지역 반복 촬영 등 다양한 촬영이 가능

□ 상용 위성영상 시장 진입 활성화

○ 세계 지구관측 위성영상 시장규모는 '09년에 10억불을 넘어선 것으로 추정되며 '18년까지 약 39억불 규모로 성장 예상(Euroconsult 2009)

- 아리랑 2호는 ’07년부터 위성영상시장에 진출하여 대만, UAE, 유럽우주청 등에 2,200만불 상당의 직수신권 판매 및 약 26억원의 개별영상판매 실적 달성(’11.12 현재)

○ 아리랑 3호를 통해 상용 위성영상시장을 주도하고 있는 초고해상도(서브미터급) 위성영상 시장에 진입함으로써 위성영상 판매 활성화

□ 국민 삶의 질 및 국가위상 제고

○ 지상․환경관측, 농작물 작황 및 산불피해 분석 등 국가 재난관리업무에 필요한 위성 영상정보 제공지원

○ 홍수, 가뭄, 지진 등 재해재난 발생 시 피해저감을 위해 위성영상을 제공하는 국제기구인 인터내셔널 차터 활동 등을 통해 국제사회에 기여

○ 국내주도의 인공위성 개발을 통해 청소년들에게는 꿈과 희망을, 국민에게는 우주개발 국가로서의 자긍심 제고

 □ 아리랑 3호의 주요 부분

○ 위성체는 상부 구조모듈, 장비 모듈, 추진모듈, 태양전지판으로 구성

- 상부 구조모듈 : 탑재체(AEISS) 온도 유지를 위한 다층박막단열재(MLI)와 히터, 지상국과의 통신을 위한 송수신 안테나가 위치
- 장비 모듈 : 전력계 장비, 자세제어계 장비, 원격측정 명령계 장비 등이 위치
- 추진 모듈 : 위성의 궤도조정과 자세제어를 위해 사용되는 추진제 탱크, 소형 추력기 등이 위치
- 태양전지판 : 위성에서 사용하는 전력을 생산하는 장치로 위성체가 발사체로 분리된 후 전개됨

□ 주요 규격 및 제원

□ 위성본체의 구성 및 기능

○ 위성본체는 기능에 따라 구조계, 열제어계, 전력계, 자세제어계, 추진계, 원격측정 명령계 등의 서브시스템으로 구성됨
 

1) 구조계

- 인공위성의 뼈대가 되는 부분으로, 위성몸체와 태양 전지판, 안테나의 구조물, 탑재체와 각종 센서류를 장착하기 위한 보조 패널과 지지대, 안테나 전개장치와 태양 전지판 전개장치 등의 설계와 제작이 포함

<태양전지판 장착 작업>

2) 열제어계
- 영하 100도와 영상 150도를 오가는 혹독한 우주환경에서 인공위성의 각 장치들이 원활히 작동할 수 있도록 적당한 온도 범위를 유지시켜 줄 단열재, 히터, 온도 센서 등으로 구성
<방열판>

3) 전력계
- 위성에서 사용하는 전력의 안정적인 공급을 담당하는 부분으로, 태양전지판과 충전용 배터리, 전력제어 및 분배기로 구성

4) 자세제어계
- 위성체가 지구주위를 회전하면서 일정한 방향으로 지구를 향하도록 자이로스코프, 태양센서, 별추적기, 반작용 휠, 추력기 등의 장치를 이용하여 자세를 제어하는 장치
- 아리랑 3호는 자세지향 정밀도*는 0.02도 이하로서 매우 정밀한 제어능력을 가짐

<자이로스코프>

* 자이로스코프 : 회전시 구조물에 가해지는 진동을 측정하여 회전속도를 측정하는 각속도 센서

* 태양센서 : 감지된 태양광에 따라 생성된 아날로그 전류로 자세 측정 센서

* 별추적기 : 광학계에 획득된 별영상의 상대위치를 이용한 자세 측정 센서

* 반작용 휠 : 회전체의 반작용 원리를 이용한 자세제어용 구동기

* 추력기 : 추진제를 사용하여 토크를 발생시키는 자세제어용 구동기

5) 추진계

- 우주공간에서 위성의 궤도조정과 자세제어를 위해 사용되는 추진제 탱크, 4쌍(8개)의 소형 추력기 등이 포함
- 추진제로는 하이드라진(Hydrazine)이라는 화합물이 사용됨
<추진제 탱크>

6) 원격측정 명령계

- 위성을 관제하는 지상국과의 무선통신을 담당하는 서브시스템으로, 무선 송수신 장치, 송수신 안테나, 무선 분배기 등으로 구성

7) 비행소프트웨어계

- 인공위성의 두뇌에 해당하는 탑재컴퓨터에 이식되어, 위성 내부에서 일어나는 대부분의 동작을 관장하는 서브시스템 

□ 탑재체 : AEISS (Advanced Earth Imaging System)

○ 영상을 촬영하는 ‘전자광학카메라’와 촬영된 영상을 저장 및 압축하여 지구로 전송하는 ‘자료전송시스템’으로 분류

- 구성요소 : 구성품을 지지하는 고안정성 경통 구조체(HSTS: High Stability Telescope Structure), 지상의 영상을 반사시켜 주는 광학 반사경(Optical Mirrors), 반사경에서 들어온 빛을 전기신호로 변환하는 검출기(Detector)와 이를 포함하는 초점면 조립체(FPA: Focal Plane Assembly) 등

□ 위성영상 활용 분야

○ 지구관측위성 영상은 환경, 기상, 해양, 지질, 지도제작, 임업, 수자원, 농업 등 다양한 분야에서 이루어지고 있음

○ 2006년 7월에 발사되어 현재까지 운용되고 있는 아리랑 2호(해상도 1m)의 영상은 주로 국내 공공기관 중심으로 수요

- 국토·해양모니터링, 토지피복분류, 작물재배 면적 및 생산량 추정 등에 다양하게 활용됨

○ 위성기반 재해재난대응 국제기구인 인터내셔널 차터에 가입(’11.7 정식가입)하여 재해재난으로 인한 피해저감 및 국가위상제고에 기여

□ 아리랑 3호 영상 활용

○ 아리랑 3호 발사에 따라 위성영상의 양적증가와 질적향상이 이루어져 그간 문제점으로 지적되어왔던 영상 공급부족의 문제가 다소 해소

- 아리랑 2호를 중심으로 이루어졌던 다양한 분야들에 대해 보다 정밀하고 효율적인 위성정보의 활용이 기대

  < 해상도별 위성영상 비교 >

서브미터급

1m급(아리랑2호 영상)

* 여의도 지역을 촬영한 위성사진으로, 좌측이 아리랑 3호급 해상도의 타 위성영상임

○ 향후 전천후 지구관측이 가능한 아리랑 5호(영상레이더)가 발사되면, 레이더영상과 광학영상의 융ㆍ복합으로 위성활용분야가 확대 될 것

※ 광학영상은 육안해석 등에 있어 매우 효과적인 정보를 제공하며, 레이더 영상은 마이크로파 영역의 전자기파를 이용하므로 비나 구름 등의 기상 조건, 주야 조건에 관계없이 지표면에 대한 자료를 효과적으로 획득

광학 영상

레이더 영상

광학 영상

레이더 영상

○ 인터내셔널 차터 활동이 강화되어 국가위상제고에 크게 기여

일본 다네가시마 우주센터 입니다.

2012년 5월 17일 16시 현재 아리랑 3호 위성을 탑재한 미쓰비시중공업 제작 H2A 로켓에 연료주입이 시작됐습니다.

발사는 18일 오전 1시 39분 예정입니다.

다음 사진들은 발사체 조립동에서 발사장으로 이동 중인 H2A 로켓을 순차적으로 담은 것입니다.

먼저 발사장 전경입니다. 여느 발사장과 마찬가지로 해안가에 위치해 있습니다.

발사대 시설물입니다.

이것은 조립동입니다.

발사대로부터 약 1킬로미터 수평으로 떨어져 있습니다.
(조립동과 발사대를 한 번에 찍은 사진이 사라졌습니다. ^^;)

조립동에서 발사체가 수직 상태로 천천히, 그러나 생각보다는 빠르게 조립동을 빠져나오는 모습입니다.

조립동에서 발사장 사이의 탁 트인 곳까지 이동한 H2A로켓입니다.

발사대에 거의 도착한 로켓입니다.

로켓 이동 장면을 촬영 중인 취재진.
우리나라 기자는 9명, 나머지는 일본 언론 입니다.

이것은 보너스, NASDA 시절 조립동입니다.

저 안에서 조립을 마치면, 건물이 움직여서 빠져나가고 로켓은 그자리에 남아 발사되는 방식입니다.

사용을 오래도록 안해 녹이 많습니다.

이번에 관계 부처 TF 및 실무추진반에 의해 만들어져 2개 연구회(기초기술연구회 및 산업기술연구회) 이사회를 통과하여 시행이 예상되고 있는 과학기술분야 정부출연연구기관(출연(연))의 '우수연구원 정년 연장제도'는 현 정부의 출연(연) 연구자에 대한 인식과 출연(연)에 대한 연구환경 개선 노력의 실상과 한계를 잘 보여 주고 있다.

국가적 환란인 IMF 위기 때 많은 기업이 뼈아픈 구조조정을 단행 하였으며 정부도 대학과 출연(연)에 정년 단축을 요구하였다. 정부의 요구에 출연(연) 연구자들은 앞장서서 자신들의 정년을 65세에서 61세로 단축하는 결단을 통해 절체절명의 국가적 위기 극복에 동참하였다. 그러나 이러한 고통분담의 결과는 현재까지도 정년환원은 고사하고  출연(연)의 많은 연구원들이 정년 65세를 유지한 대학으로의 이탈과 출연(연)의 신규 우수 연구인력 확보의 어려움을 가져왔다.

이에 출연(연)은 그동안 연구생산성 제고를 통한 세계적 연구기관으로의 발전을 위해 각고의 노력과 함께 연구 활성화의 필수 요건인 우수 연구인력 확보를 위해 정년환원을 꾸준히 요구하였고 정부에서도 이를 받아들여 출연(연)의 선진화 방안으로 정년환원을 약속하였다.

이의 일환으로 금번에 시행 예정인 정부의 '우수연구원 정년 연장제도'는 우수 인력의 확보에 의한 출연(연) 활성화 및 출연(연) 연구자로서의  보람과 명예와 자부심을 고취시키는 연구환경 개선을 통한 사기진작책이라기 보다는 아래에 적시한 바와 같이 연구자들에게 모욕과 분노를 느끼게 하는 또 하나의 탁상행정 결과물 일뿐이다.

1. '우수연구원 정년 연장제도'는 명칭부터가 잘못된 제도이다. 일정한 자격을 갖춘 출연(연) 연구원 모두의 정년이 IMF 이전의 65세로 환원되는 제도명과 운영지침이 마련되어야 한다.
2. 신청자의 자격 및 선정 절차는 대학의 영년직 자격기준 및 선정절차에 비해 엄격함에도 불구하고 선발 규모는 매년 연구원 정원의 1% 내외로 선발하되 전체 정규직 연구원 정원의 10% 이내에서 선발,  개인평가결과에 따른 자격유지 관리 등 운영이 매우 제한적일뿐만 아니라, 정년환원의 일환으로 시행되는 제도라는 당초의 취지에도 맞지 않다.  
3. 뿐만 아니라 설령 선정되었다 하더라도 처우가 62세부터 65세까지 61세 기본연봉의 90% 수준의 임금커브제 적용, 조건부(자격유지 시) 고용계약 체결 등 연구원의 자존감에 상처만 주는 허울뿐인 제도이다.

출연(연) 연구자는 국가사회의 미래를 책임진다는 사명감으로 그   동안의 몰이해와 불이익을 견뎌왔다. 따라서 정년환원 관련 정책은 출연(연) 연구자의 민원해소 차원이 아닌, 국가와 사회를 위해 공헌하며 오랜 기간 전문성을 쌓아온 과학기술 연구자들에게 은퇴를 늦추고 조금 더 봉사해 줄 것을 국가가 요청하는 모습이어야 한다.

이에 출연(연)연구발전협의회총연합회(연총)은 출연(연)의 우수인력  확보에 의한 연구활성화 및 국가와 사회를 위해 공헌해온 연구자들의 자존감 고양이라는 본래의 취지에 맞게 제대로 된 정년환원 관련   제도를 조속히 다시 마련하여 시행할 것을 촉구한다.

(사)출연(연)연구발전협의회총연합회 사무국

2012. 5. 10

광학 안테나는 휴대폰의 안테나가 전파를 수신하여 전기신호로 변환하고, 반대로 전기신호를 전파로 변환하여 송신하는 것처럼 빛을 수신하여 전자기장으로 변환하고, 그 반대의 역할도 수행할 수 있는 광학 소자입니다.

전파가 아닌 빛을 송수신하기 위해서는 안테나의 크기를 머리카락의 10만분의 1미터 수준으로 매우 작게 제작해야 합니다.

그러나 기존에 개발된 광학 안테나들은 파장의 범위가 매우 제한적이어서 한 가지 파장의 빛에서만 작동하기 때문에, 다양한 파장에서 송수신기 역할을 수행할 만큼 효율적이 못했습니다.

■ 완전결정(perfect crystal)은 원자배열이 전체 결정체에 완전히 조직적으로 된 결정으로 이상결정(ideal crystal)으로, 실제 자연환경에서는 거의 존재하지 않는 상태입니다.

완전결정 은(銀) 나노선을 이용해 모든 파장의 빛에 작동하는 광학 나노 안테나가 개발됐습니다.

■ KAIST 김봉수 교수와 서민교 교수, 강태준 박사(제1저자),고려대 박규환 교수팀은  기존 한 가지 파장의 빛에서만 작동하는 광학 나노 안테나의 한계를 극복하고, 모든 파장의 빛에서 반응하는 광학 나노 안테나 개발에 성공했습니다.

연구팀은 지금까지 활용하던 나노입자가 아닌 가시광 전 영역에서 작동하는 은(銀)을 사용해 다양한 파장에서 공명할 수 있는 나노선으로 광학 안테나를 제작, 모든 파장의 빛에서 은 나노선 안테나가 작동한다는 사실을 증명하였습니다.

이번 연구 결과는 태양광 발전 등에 핵심적으로 활용할 수 있는 효율 높은 안테나 개발에 새로운 가능성을 열었다는 평가를 받고 있습니다.  

김 교수팀이 합성한 은 나노선 안테나는 완벽한 결정구조를 가지면서도 결함이 없어 표면이 매끈하기 때문에, 모든 파장의 빛을 어떠한 손실 없이 송신하고 동시에 수신하여 효율을 극대화할 수 있습니다.
 
모든 파장의 빛을 손실 없이 송수신하기 위해서는 나노선 안테나의 표면에 아주 작은 결함도 없어야 합니다.

이에 연구팀은 800℃의 고온에서 아무 결함도 없는 완전결정 은 나노선을 만들었습니다.

은 나노선 안테나에 백색광을 비춰주면 빛을 송신하여 안테나 표면에 집중된 전자기장으로 변환시키고, 이 전자기장을 다시 여러 가지 파장의 빛으로 수신하여 마치 무지개와 같은 화려한 색상을 나타냅니다.

이번 연구성과인 은 나노선 안테나는 실제로 활용할 수 있는 광학 안테나 개발에 한 걸음 다가선 것으로, 태양광 발전 및 극미세 나노센서 등에 핵심기술로 사용될 수 있어 향후 나노-광-바이오산업에 선도적인 위치를 차지할 수 있을 것으로 기대받고 있습니다.

이번 연구결과는 나노과학 및 기술 분야의 권위 있는 학술지인 'Nano Letters'지에 4월 17일자로 게재되었습니다.
(논문명 : Rainbow Radiating Single-Crystal Ag Nanowire Nanoantenna)

 용  어  설  명

광학 나노 안테나
광학 나노 안테나는 빛을 수신하여 전자기장으로 변환하고 반대로 전자기장을 빛으로 변환하여 송신할 수 있는 나노미터 크기의 광학 소자로서, 태양광 발전과 같은 미래 산업 발전에 필수적인 역할을 수행할 것으로 기대되어 최근 주목받고 있다.

표면 플라즈몬 (Surface Plasmon)
표면 플라즈몬이란 빛과 전자가 결합되어 금속 표면을 따라 집단적으로 진동하는 파동을 말한다.
일반적으로 빛은 회절 한계에 의하여 파장보다 작은 크기로 집속할 수 없는데, 표면 플라즈몬을 이용하면 빛의 파장 이하의 작은 영역 (나노미터 수준)에서도 빛을 강하게 증폭시켜 집속할 수 있다.

완전결정(perfect crystal) 
원자배열이 전체 결정체에 완전히 조직적으로 된 결정으로 이상결정(ideal crystal)이라고도 부름. 실제 자연환경에서는 거의 존재하지 않는 상태임

나노선 
수십에서 수백 나노미터(10억분의 1미터)의 굵기를 갖는 반도체 물질로 이루어진 머리카락 형태의 나노 구조체

Nano Letters지
나노과학 및 나노기술 분야에서 세계적으로 권위 있는 학술지로, 나노 과학기술 전반에 걸쳐 최첨단 선도연구과제 중 가장 우수한 결과를 세계 학계에 널리 빠르게 알리기 위한 목적으로 미국 화학회에서 발행하는 학술지이다. (2010년도 SCI 피인용지수 : 12.219)

<김봉수 교수> 1. 인적사항  ○ 소 속 : 한국과학기술원 (KAIST) 화학과  | 2. 학력   1977 - 1981  서울대학교 화학과 학사   1981 - 1983  서울대학교 화학과 석사     1984 - 1990  미국 University of California, Berkeley 화학과 박사 3. 경력사항   1990 - 1994  일본분자과학연구소 협력연구원   1994 - 1996  경북대학교 화학교육과 조교수   1996 - 현재  한국과학기술원 (KAIST) 화학과 조교수, 부교수, 교수 4. 전문 분야 정보 - SCI 논문 130여 편, 국내외 특허 출원/등록 40여건 5. 수상 경력 2011 대한화학회 학술상 2011 올해의 100대 우수과학기술연구 2010 교육과학기술부 우수연구성과 50선 2010 한국과학기술원 (KAIST) 학술상 2008 교육과학기술부 우수연구성과 50선

<박규환 교수> 1. 인적사항  ○ 소 속 : 고려대학교 물리학과   2. 학력   1978 - 1982  서울대학교 물리학과 학사   1982 - 1987  미국 Brandeis University 물리학과 박사 3. 경력사항   1987 ? 1988  미국 Brandeis University 박사후연구원   1988 ? 1990  미국 University of Maryland 연구원   1990 ? 1992  영국 University of cambridge 연구원   1992 - 2001  경희대학교 물리학과 조교수, 부교수   2002 - 현재  고려대학교 물리학과 교수 4. 수상 경력 2010 올해의 성도광과학상

<서민교 교수> 1. 인적사항  ○ 소 속 : 한국과학기술원 (KAIST) 물리학과 2. 학력   1999 - 2003  한국과학기술원 (KAIST) 물리학과 학사   2003 - 2005  한국과학기술원 (KAIST) 물리학과 석사   2005 - 2009  한국과학기술원 (KAIST) 물리학과 박사   3. 경력사항   2009 - 2009  고려대학교 연구교수   2009 - 2010  미국 Stanford University 박사후연구원   2011 - 현재  한국과학기술원 (KAIST) 물리학과 조교수

<강태준 박사> 1. 인적사항  ○ 소 속 : 한국과학기술원 (KAIST) 화학과 2. 학력   2000 - 2004  한국과학기술원 (KAIST) 화학과 학사   2004 - 2010  한국과학기술원 (KAIST) 화학과 박사   3. 경력사항   2010 - 현재  한국과학기술원 (KAIST) 박사후연구원 4. 수상 경력 2011 7회 삼성전기 1nside 논문 대상 은상

전기에너지를 회전 운동에너지로 저장하는 초전도 에너지 저장 장치와, 자력을 이용해 자성물질을 분리하는 자기분리기의 핵심 소재인 초전도 단결정 덩어리를 세계 최고의 효율로 대량생산할 수 있는 길이 열렸습니다.

초전도 단결정 덩어리는 한 개의 결정으로 이뤄진 초전도체 덩어리로, 이트륨(Y) 또는 가돌리늄(Gd) 등 희토류 원소를 주성분으로 하는 분말 성형체 위에 사마륨(Sm)과 같은 희토류계 다른 물질을 종자로 심고 가열한 후 냉각해서 결정을 성장시키는 종자 성장 공정(Seed Growth Process)으로 만들어집니다.

■ 한국원자력연구원 중성자과학연구부 김찬중 박사팀은 초전도 단결정 덩어리의 제조 시간과 생산 비용을 각각 4분의 1로 획기적으로 줄일 수 있는 대량생산 일괄공정을 개발했습니다.

김 박사팀은 종자 성장 공정으로 제조되는 초전도 단결정 덩어리를, 기존 한 개의 종자를 사용하던 기존 공정 대신 여러 개의 종자를 사용해 초전도 단결정의 성장이 분말 성형체 표면과 내부에서 동시다발적으로 일어나게 하는 다층 종자 성장 공정을 연구했습니다.

이를 통해 단위 크기(5㎝ x 5㎝)의 초전도체 제조 시간을 기존 400시간에서 100시간으로 단축시켰고, 초전도체의 전자기적 성능 향상을 위해 첨가하는 고가의 백금 산화물을 값 싼 희토류 물질인 세륨 산화물로 대체해 생산 비용을 일본과 독일 대비 4분의 1인 50만 원까지 줄였습니다.

또 영구자석에 대한 자기부상력이 30㎏에 105A(암페어)/㎠의 전류를 통과시키는 등 품질 면에서 전혀 차이가 없는 것으로 평가받고 있습니다.

게다가 초전도 단결정 덩어리 등의 세라믹 계열 제품은 대량생산 시에 품질 불균일이 문제로 지적되어 왔는데, 이번에 개발된 기술을 통해 만들어진 초전도 단결정 덩어리는 대량생산 시에도 각각의 제품이 균일한 품질을 보여 성능 재현성이 매우 높습니다.

초전도 플라이휠 에너지 저장 장치

현재 초전도 단결정 덩어리는 신일본제철과 독일 Theva 사 등에서 제조해  판매하고 있는데, 이번에 개발된 기술은 이들 국가의 기존 생산 방식보다 생산성이 3배 이상 높기 때문에 상용화될 경우 초전도체 생산 분야에서 세계 최고 수준의 경쟁력을 갖출 것으로 기대되고 있습니다.

이번에 개발된 기술은 국내외 특허 획득 과정을 거쳐 2015년 경 상용화될 예정이며, 대량생산을 통해 초전도 에너지 저장장치와 초전도 자기분리기 핵심부품 생산에 활용될 전망입니다.

강자장체가 된 초전도 영구자석에 쇠구슬이 달라붙은 사진

초전도 단결정 덩어리

 용  어  설  명

초전도 단결정 덩어리
한 개의 결정으로 이뤄진 초전도체 덩어리로, 이트륨(Y) 또는 가돌리늄(Gd) 등 희토류 원소를 주성분으로 하는 분말 성형체 위에 사마륨(Sm)과 같은 희토류계 다른 물질을 종자로 심고 가열 후 냉각해서 결정을 성장시키는 종자 성장 공정(Seed Growth Process)에 의해 제조된다.

초전도 에너지 저장 장치(SFES; Superconducting Flywheel Energy Storage)
일정 온도 이하에서 전기 저항이 완전히 사라져 전류가 흘러도 손실이 발생하지 않는 무저항 현상과 완전 반자성 자기부상을 이용해서 중량물을 공중에서 회전시켜 전기에너지를 운동에너지로 저장하는 장치.

초전도 자기분리기(SMS; Superconductor Magnetic separator) 
초전도체 내부에 강한 자장을 주입시킨 초전도 영구자석을 사용하는 기기로 일반 영구자석에 비해 10배 이상의 자력이 발생한다.
초전도 자기분리기의 강한 자력은 산업용 폐수나 방사성 오염수에 포함된 자성물질 분리에 사용된다.

재현성 
동일한 제품을 생산방법, 수량 등 다른 조건에서 생산했을 때 개개의 성능이 일치하는 정도

<김찬중 박사>   ○ 소속기관 : 한국원자력연구원 중성자과학연구부     학력   ○ 1977 - 1984  성균관대 공과대학 금속공학과 학사   ○ 1984 - 1986  한국과학기술원 재료공학과 석사   ○ 1987 - 1990  한국과학기술원 재료공학과 박사   주요 경력   ○ 1984 - 현재  한국원자력연구원, 책임연구원   ○ 1992 - 1993  미국 Univ. of Notre Dame 교환연구원   ○ 2005 - 2010  한국원자력연구원, 초전도 연구실장   ○ 2008         한국원자력연구원 신지식인상 수상   ○ 2010 - 2011  일본 시바우라 공과대학교 교환 교수   ○ 2005 - 2011  성균관대학교 신소재공학과 겸임교수   ○ 2007 - 현재  한국초전도학회 이사   ○ 2008 - 현재  한국세라믹학회 편집위원   주요 연구 업적 <연구 주제>     - 에너지 저장용 초전도 베어링 소재 개발     - 희토류 초전도 물질 전류밀도 향상기술 개발 <연구 성과>     - 국제 SCI 학술 잡지 연구 논문 110편      - 특허 출원 및 등록  6건 등

첨단기술이 집약된 '바이오칩'은 혈액 몇 방울로 집에서도 암을 포함한 모든 질환을 진단할 수 있는 기반이 됩니다.

나노플라즈모닉스는 금속나노구조표면에 빛을 집광시켜 특정파장의 세기를 크게 향상 시킬 수 있는 나노광학 분야로, 최근 DNA, 단백질, 항체 또는 세포 등을 감지하는 위한 바이오칩 개발에 필수적인 기술입니다.

그러나 사람 머리카락의 1/1000의 크기를 갖는 금속나노구조를 넓은 면적의 유리기판에 균일하게 제작하는 것이 어려워 바이오칩 상용화에 걸림돌이 되어왔습니다.

■ KAIST 바이오및뇌공학과 정기훈 교수와 오영재 박사과정생(제1저자)은 3차원 나노플라즈모닉스 구조를 이용해 검출가능 한계를 수십 배 이상 향상시킨 초고감도 바이오칩 양산기술 개발에 성공했습니다.

유리기판에 넓은 면적으로 제작된 나노플라즈모닉 기판

정 교수팀은 유리기판 위에 은나노 필름을 입히고 열을 가해 은나노섬을 만들었습니다.

그리고 반도체에 적용되는 식각공정을 이용해 3차원 금속나노구조를 유리기판에 균일하게 형성하고 나서 은나노 입자를 증착시켰습니다.

나노플라즈모닉 기판의 전자현미경 사진(단면도) 및 전자기장 시뮬레이션. 전자현미경 사진은 3차원적인 금속나노구조가 형성된 것을 보여주고 있으며 이를 통해 나노미터 수준의 갭(gap)을 가진 구조를 설계해 국소 전자기장 극대화를 통해 라만분광 신호 증가를 유도하였음. 시뮬레이션은 나노갭에서 강화된 전자기장을 나타냄.

초고감도 나노플라즈모닉 기판의 대면적(직경4인치) 나노공정 순서도.a) 은나노섬을 증착해 식각과정의 마스크로 사용. b) 식각과정을 통한 유리 나노필라어레이(glass nanopillar arrays) 형성c) 증착을 통한 다수의 나노갭을 가지는 나노플라즈모닉 구조 형성.

이 구조는 나노플라즈모닉 현상을 유발하는 다수의 나노갭을 갖고 있어 입사되는 빛의 세기를 수십배 향상시킬 수 있습니다.

또한 상용화중인 반도체 증착공정을 그대로 사용 가능하기 때문에 즉시 양산기술에 적용할 수 있습니다.

정 교수팀은 유리기판위에 표면강화라만분광기술을 접목해 별도의 형광물질 없이 나노몰 수준의 DNA 염기 4종류를 1초 안에 구분했습니다.

이번에 개발된 기술은 향후 실시간 초고감도 DNA 분석은 물론, 신약개발용 약물 스크리닝 등 다양한 질환의 조기진단기술에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대받고 있습니다.

이번 연구결과는 재료 및 나노분야 세계적 학술지인 '어드밴드스 머터리얼스(Advanced Materials)' 5월호(2일자) 표지논문으로 선정됐습니다.

좌측 : 정기훈 교수, 우측 : 오영재 박사과정(제1저자)

 용  어  설  명

라만 분광 (Raman Spectroscopy)
빛(광자)이 입자에 의해 산란될 때 발생하는 비탄성 산란 현상. 이 과정에서 빛의 에너지가 변화하며 생체분자(biomolecules) 또한 산란과정에서 고유의 라만산란(에너지 변화)을 나타내므로 이를 분광학적으로 분석하여 분자 검출 및 분석에 응용이 가능. 

나노플라즈모닉스 
금속나노구조는 빛이 입사될 때 표면의 자유전자가 광자(photons)에 반응하여 진동하고, 입사되는 빛 중 특정파장의 세기를 크게 향상 시킬 수 있다.
이러한 물리적 현상은 다루는 나노광학분야를 나노플라즈모닉스라고 불리우며, 금속나노구조를 이용한 국부적으로 강화된 빛의 세기를 이용한 다양한  응용분야가 최근 활발히 개발 중이다.

표면증강라만분광 (Surface-enhanced Raman Spectroscopy)
라만 분광은 일반적으로 신호가 작아 생체분자 검출이 어렵다는 단점이 있다.
이를 나노플라즈모닉스 기술을 이용하여 금속나노구조 근처에서 강화된 빛의 세기를 통해 라만산란 신호를 극대화하여 검출능을 향상시키는 기술을 표면증강라만분광기술이라고 한다.

형상기억합금(SMA)을 이용한 스마트 공구 클램핑 시스템

형상기억합금(shape memory alloy, SMA)는 일정한 온도가 되면 본래의 형상으로  되돌아가는 성질이 있어, 고온에서 기억된 형상을 저온에서 변형시켜 가열하면 본래의 형상으로 되돌아가는 특수금속입니다.

공작기계 공구를 정확하고 빠르게 교환 장착할 수 있는 '형상기억합금  이용 공구 클램핑 시스템'이 국내 최초로 개발됐습니다.

■ 한국기계연구원 초정밀시스템연구실 박종권 박사팀은 링 형상의 형상기억합금(SMA Ring)을 초소형 공구 클램핑 장치에 적용해 공구를 매우 정밀하고 견고하게 장착하고 교환할 수 있는 스마트 공구 클램핑 시스템을 개발했습니다.
 
이번 기술 개발로 공구를 장착하는 구성 요소와 시스템이 단순해지면서 공구를 5초 안에 교환할 수 있게 됐습니다.

기존 공구를 탈착하기 위해 200℃ 이상 가열하는 데에 1분 이상의 시간이 걸렸고, 콜렛(collet)이나 바이스(vice) 등의 부가적 작동부품 뿐만 아니라 고가의 클램핑-언클램핑 시스템도 필요했습니다.

SMA 클램핑 장치 가열 냉각

클램핑 힘 실험 결과

이번에 개발된 클램핑 시스템은 공구의 직경이 최소 0.5㎜로, 30만 rpm에 이르는 고속회전에서도 안정된 가공 상태를 보여 고속회전이 필요한 소형 마이크로 가공 분야에 응용될 수 있습니다.

또한 밀링이나 드릴링 등의 가공 시에 탈착 반복 정밀도가 기존보다 3배 이상 향상됐습니다.

또 기존 방식과 달리 가공에 따라 온도가 높아질수록 파악력이 더욱 커지는 장점도 있습니다.

이번 기술개발 성과는 기술가치 23억 원, 연매출 200억 원, 세후 영업이익 20억 원에 이를 것으로 추정됩니다.

박종권 박사는 이번에 개발된 시스템을 기반으로 단시간 내에 공구 교환이 가능한 ATC(자동 공구 교환장치)도 개발 중입니다.

SMA 공구 클램핑 시스템 프로토 타입

<형상기억합금(SMA)을 이용한 스마트 공구 클램핑 시스템> SMA 클램핑 원리(SMA; Shape Memory Alloys) 단일방향성 형상기억합금을 통해 클램핑 및 언클램핑의 양방향성 동작을 구현하기 위해서 상대적으로 외경이 큰 공구홀더와 내경이 작은 형상기억합금 링 사이의 직경 차이를 이용한 끼워 맞춤 구조가 핵심이 된다. 저온에서 확대 소성변형된 형상기억합금이 공구홀더에 끼워진 뒤 고온의 오스테나이트 상이 되면 형상기억합금 링의 원형 내경보다 큰 직경의 공구홀더로 인해 형상 복원이 제지되고 그 결과 복원응력이 발생하게 된다. 이 복원응력에 의해 공구홀더는 수축되는 탄성변형이 이루어져 삽입된 공구를 클램핑하게 된다. 반대로 형상기억합금이 다시 냉각되어 마르텐사이트 상으로 변해가면 복원응력은 줄어들고 자체 탄성도 떨어지게 된다. 그 결과 형상기억합금의 복원력이 공구홀더 자체의 탄성력보다 작게 되어 공구홀더는 초기 형상으로 점점 회복되고 삽입된 공구는 언클램핑 상태가 된다.

해외에서 대규모 지진 발생할 때 지진파 움직임이 국내 지하수위 변동에 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔습니다.

한국지질자원연구원 하규철 박사팀은 2011년 3월 동일본 지진 발생 시 지진파 변동과 비슷한 패턴으로 제주도 지하수위가 변동되는 것을 관측했습니다.

일본 진앙지와 제주도까지의 거리는 약 1500km로, 이번 연구를 통해 먼 거리 해외 지진이 국내 지하수 변동에도 영향을 미친다는 것이 입증됐습니다.

규모 9.0인 동일본 지진 발생 3분 후, 제주도 지하수위 변동이 관측 됐고, 변동 폭은 3~192.4cm였습니다.

이 때 지하수질 변동도 관측 됐습니다.

15개 관측소 중 9개 관측소에서 0.01℃~1.2℃의 온도변화가 있었고, 3개 관측소에서는 지하수 전기전도도 변화가 20μS/cm에서 35,500μS/cm로 관측됐습니다.

동일본 지진 진앙 위치 및 지하수위 변동 그래프

이런 수질변화는 지진에 의해 서로 다른 수질이 혼합되어 발생한 것으로 추정됩니다.

이번 연구는 제주도 지하수 관측공에 자동수위관측기를 장착, 1분 단위로 변동을 측정해 지진파와의 상관관계를 밝혀낸 것입니다.

이번 연구에서는 지하수질 변동을 알 수 있는 온도와 전기전도도 측정도 실시되었습니다.

관측 시간이 1시간 단위였던 기존 연구는 지하수위 변동만 파악했을을 뿐 지진과의 연관성을 찾기에는 미흡했습니다.

지진파는 수 초~수 분 내 측정되고, 지하수위 변화는 지진 발생 후 30분 이내 발생할 가능성이 크기 때문입니다.

앞서 2010년 6월에 발생한 인도네시아 수마트라 지진발생 때에도 제주도 지하수위 변동이 관측된바 있습니다.

규모 7.7인 인도네시아 수마트라 지진의 경우, 지진 발생 약 10분 후 제주도 지하수위는 지진파와 비슷한 진동형태로 변동하는 모습을 보였고, 변동 수위는 1.4~2.4cm 범위였습니다.

인도네시아 지진 진앙지와 제주도는 약 4600km 떨어져 있습니다.

인도네시아 수마트라 진앙 위치

한국지질자원연구원은 이번 연구결과를 바탕으로 국내외 지진에 따른 지하수 변동 관련 연구를 강화할 예정입니다.

동일본 지진 이후 대규모 지진 발생에 대한 우려가 높아지는 가운데 이 연구가 지하 암반 투수성 등 수리지질 조건의 변화를 관측함으로써 지진 예측 기술에 적용 될 수 있을 전망입니다.