[논문]적외선 우주배경복사 관측 실험 검교정

Lee, D.H.; Nam, U.W.; Kim, G.H.; Pak, S.; Zemcov, M.; Bock, J.J.; Battle, J.; Sullivan, I.; Mason, P.; Tsumura, K.; Matsumoto, T.; Matsuura, S.; Renbarger, T.; Keating, B.

doi:10.5303/pkas.2007.22.4.169

적외선 우주배경복사 관측 실험 검교정
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Lee, D.H. (Korea Astronomy and Space Science Institute) , Nam, U.W. (Korea Astronomy and Space Science Institute) , Kim, G.H. (Korea Basic Science Institute) , Pak, S. (Kyung Hee University) , Zemcov, M. (Jet Propulsion Laboratory) , Bock, J.J. (Jet Propulsion Laboratory) , Battle, J. (Jet Propulsion Laboratory) , Sullivan, I. (California Technology Institute) , Mason, P. (California Technology Institute) , Tsumura, K. (Institute of Space and Astronautical Science) , Matsumoto, T. (Institute of Space and Astronautical Science) , Matsuura, S. (Institute of Space and Astronautical Science) , Renbarger, T. (University of California, San Diego) , Keating, B. (University of California, San Diego)

The international cooperation project CIBER (Cosmic Infrared Background ExpeRiment) is a rocket-borne instrument, of which the scientific goal is to measure the cosmic near-infrared extra-galactic background to search for signatures of primordial galaxy formation. CIBER consists of a wide-field two-color camera, a low-resolution absolute spectrometer, and a high-resolution narrow-band imaging spectrometer. Currently, all the subsystems have been built, and the integration, testing, and calibration of the CIBER system are on process for the scheduled launch in June 2008.

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문제 정의

본 연구는 과학기술부 과학기술위성 3호 주탑재체 “다목적 적외선 영상시스템” 과제의 일환으로 수행되었다.

제안 방법

. 단일파장측정 시험: 각 기기의 스펙트럼 반응을 보기 위하여 단일파장발생기를 이용한 시험을 수행한다. 단일파장발생기는 주어진 파장 범위 안에서 단일 파장의 광원을 순차적으로 방출하는 역할을 한다.
수행할 예정이다. 시험 내용은 먼저 기계적 인터페이스가 맞는지 확인하고, 전기적 인터페이스를 검증한 후, 로켓 발사 시의 진동에 견딜 수 있는지를 확인하는 진동 시험을 수행한다. 최종적으로는 로켓에서 입력되는 운용 시나리오의 명령에 따라 CIBER가 올바르게 작동하여 데이터를 전송하는지를 확인한다.
균질도 측정 시험: 균질도 측정 시험은 적외선 센서 전체 픽셀의 균질도 (uniformity)S 측정하기 위해 꼭 필요한 시험이다. 진공 챔버 안에 집광구 (Integration sphere)를 위치하고 각 기기의 시야를 집광구 안으로 위치한 후 시험한다. 집광구는 입력단자에서 발광 되는 광원의 빛을 모드 시야 방향에서 균일하게 각 기기의 시야에 전달하는 역할을 한다.
시험 내용은 먼저 기계적 인터페이스가 맞는지 확인하고, 전기적 인터페이스를 검증한 후, 로켓 발사 시의 진동에 견딜 수 있는지를 확인하는 진동 시험을 수행한다. 최종적으로는 로켓에서 입력되는 운용 시나리오의 명령에 따라 CIBER가 올바르게 작동하여 데이터를 전송하는지를 확인한다.

대상 데이터

3 cm인 굴절 망원경으로 프리즘이 삽입되어 R - 20 정도의 분해능을 가진다. 256 X 256 PICNIC 적외선 센서를 사용하여 한 픽셀의 크기가 40 um 정도이며, 네 개의 슬릿이 4도의 시야를 60”의 각분해능으로 각각 관측하게 되는데, 하나의 슬릿당 256 스펙트럼이 나오므로 총 1024개의 스펙트럼이 관측 가능하다. 고 분산 분광기는 7.

성능/효과

그림 5에서 가로축은 콜리메이터의 초점을 변화시킨 값이고, 세로축은 이에 따른 영상의 FWHM을 픽셀로 나타낸 것이다. 실험 결과에 따르면 콜리메이터의 정초점으로부터 약 2 mm 멀어진 곳에서 H band Imager의 정초점이 위치한 것을 알 수 있다. 콜리메이터와 H band Imager의 F/# 비를 고려하면 이는 H band 적외선 센서부가 광학계로부터 약 200 um의비초점 면에 위치한다는 것을 의미한다.
긴 파장으로 갈수록 실제 측정값이 작아지는 이유는 광원인 할로겐 램프의 흑체 복사 특성 때문이다. 할로겐 램프의 스펙과 실제 측정 결과를 비교해보면 H band Imager의 광학계 및 적외선 센서가 시스템 요구 조건을 만족하고 있음을 알 수 있다. 한편, 1350 A과 1850 A 대역의 잡음은 실험실 내의 물 분자에 의한 흡수선이 관측된 것이다.

후속연구

2008년 초까지 모든 시험 및 검교정을 마친 후 2008년 6월 미국 NASA의 화이트샌드 기지에서 로켓 발사를 예정하고 있다. 천문연은 이 전체 과정에 참여함으로써 우주용 적외선카메라 기술을 습득하고 이기 술을 한국에서 개발 중인 과학기술위성 3호 주탑재체 ''다목적 적외선 영상시스템” 개발에 활용할 예정이다.
CIBER의 모든 서브시스템에 대한 시험 및 검교정이 완료되면 CIBER를 로켓 본체에 조립하고, 기계적, 전기적 시험을 수행할 예정이다. 시험 내용은 먼저 기계적 인터페이스가 맞는지 확인하고, 전기적 인터페이스를 검증한 후, 로켓 발사 시의 진동에 견딜 수 있는지를 확인하는 진동 시험을 수행한다.
근적외선 영역의 우주배경복사 관측 자료를 수집하고, 이를 분석함으로써 우주 초기 별 및 은하에서 방출되는 빛의 스펙트럼과 공간적 분포를 연구할 계획이다. 미국 NASA 제트추진연구소, 일본 우주과학연구소와 공동으로 추진하는 이 프로젝트에 한국에서는 한국천문연구원과 한국기초과학지원연구원 그리고 경희대학교에서 참여한다.
콜리메이터와 H band Imager의 F/# 비를 고려하면 이는 H band 적외선 센서부가 광학계로부터 약 200 um의비초점 면에 위치한다는 것을 의미한다. 이러한 오류는 주후 정밀거리즉정 시험 (Metrology)을 통하여 수정된 후 재조립될 것이다. 그림 6은 H bandimager 의 200 um 비초점 (off-focus) 영상과 정초점 (best focus) 영상을 각각 보여주고 있다.
2005). 이를 위해 CIBER의두 대의 광시야카메라 (Imager)는 근적외선 우주배경복사 공간 섭동을 즉정하며, 저분산분광기 (Low Resolution Spectrometer, LRS)는 근적외선 우주배경복사의 스펙트럼을 관측할 예정이다. 한편, 고분산 분광기 (Narrow Band Spectrometer, NBS)는 근적외선 우주배경복사의 잡음에 해당하는 태양계 내의 황도광을 정밀 측정하는 것이 목표이다 (Lee et al.
현재 CIBER 각 기기의 제작이 모든 끝난 시점에서 각 서브시스템의 시험 및 시스템 조립, 검교정이 진행 중에 있다. 천문연에서는 이러한 모든 과정에 직접 참여하고 있으며, 이 과정에서 축적된 우주용 적외선 카메라/분광기의 검교정 기술을 과학기술 위성 3호 “다목적 적외선 영상시스템”에 직접 활용할 계획이다.

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