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시뮬레이션을 통한 군용 망원경 미러 알루미늄 코팅 주기 예측 연구
Military Telescope Mirror Aluminum Re-Coating Prediction Study by Simulation 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.1, 2020년, pp.439 - 447  

최효준 ((주) LIGNex1) ,  박준수 ((주) LIGNex1) ,  이정훈 ((주) LIGNex1) ,  오영일 ((주) LIGNex1)

초록
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망원경의 성능 유지를 위해서 중요한 것 중 하나가 미러의 재코팅이다. 미러에 코팅된 금속은 빛을 반사시키는 역할을 하며 반사율이 떨어지게 되면 망원경의 성능이 저하되므로 주기적으로 재코팅을 해야 한다. 군 무기체계로 개발되는 망원경은 성능 뿐만 아니라 임무 수행을 위한 무기체계 가용도와 장기간 사용을 위한 운용유지비 관점에서도 미러의 재코팅 주기를 예측하고 정비계획을 수립하는 것이 필요하다. 그러나 대부분 천문 연구용으로 사용되는 유사 망원경들은 예측이 아닌 경험치와 운용 환경에 따라 재코팅 주기를 결정한다. 따라서 본 연구에서는 시뮬레이션을 활용하여 무기체계로 개발되는 망원경 미러의 세척 주기와 재코팅 주기를 예측하였다. 첫째, 국내외 천문연구원들의 유사 사례를 분석 및 코팅의 필요성과 코팅 주기 예측의 필요성을 확인하였다. 둘째, 데이터 분석모델링을 통해 미러 세척 빈도와 코팅 주기를 예측하는 시뮬레이션을 설계하였다. 마지막으로 성능을 만족하기 위한 반사율 감소 조건을 5%, 10%, 15%, 20%로 설정하고, 세척 조건 3개월, 6개월, 1년, 2년 단위로 다양화 하여 해당 조건 별 세척 주기 및 재코팅 주기를 예측하였다. 이를 통해 본 연구는 군 무기체계로서 망원경을 개발하며 정비계획을 수립하는 데 참고할 수 있는 기준을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Re-coating of the mirror is one of the important things to maintain the performance of a telescope. The metal coated on the mirror reflects light, and if the reflectance decreases, then the telescope's performance decreases, so the mirror must be periodically recoated. It is important to predict re-...

주제어

표/그림 (16)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 정비 계획을 통해 인원 배치, 예산 편성 등의 활동을 수행하기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 두 가지 기존 연구 결과의 데이터를 활용하여 요구 조건에 따라 코팅 주기를 선정하여 정비계획을 수립할 수 있도록 시뮬레이션으로 제시하고자 한다.
  • 군 장비의 특성 상 운용가용도가 매우 중요하고 항상 임무 준비태세를 유지해야 하기 때문에 정비 계획을 세우는 것이 매우 중요하다. 따라서본 연구는 군 목적으로 사용될 망원경의 정비 계획을 세우는 데 참고가 될만한 예측 분석임에 그 의미가 있다.
  • 망원경은 주로 천문학에 많이 사용하며 군용으로는 하늘의 위성을 탐색 및 추적하기 위해 사용한다. 본 논문에서는 군용으로 사용하는 망원경의 가용도와 운영 유지 전략을 최적화 하기위한 미러의 정비계획 전략을 도출하고자 한다.
  • 따라서 운용목적에 따라 주로 관측하는 파장대역에서 높은 반사율을 가지는 재료로 코팅을 하게 된다. 본 논문에서는 넓은 파장대역에서 80% 이상의 높은 반사율을 보여 범용적으로 사용하는 알루미늄 코팅 미러를 대상으로 연구하였다.
  • 본 연구는 세척 주기와 목표 반사율에 따른 망원경 미러의 재코팅 주기를 시뮬레이션을 통해 예측하였다. 2장 본론에서 국내 및 해외 망원경들의 코팅 주기에 대한 사례 조사와 재코팅을 하는 기준에 대하여 검토하고, 데이터를 분석하여 코팅 주기 예측 모델을 만들어 코팅 주기를 예측하고, 3장 결론으로 마무리 한다.
  • 본 연구에서는 시뮬레이션을 통해 망원경 미러의 알루 미늄 재코팅 주기를 예측하였다. 특수세척은 6개월 마다 수행하는 것이 가장 최적이며, 반사율 10%, 15%, 20% 감소에 따라 각각 5년, 8년, 11년의 재코팅 주기를 계획 하는 것으로 예측하였다.

가설 설정

  • 인천, 부산, 여천, 신도림, 울산, 대구 등 국내 각 지역에 3종류(알루미늄, 동판, 철)의 실험용 금속시편을 두어 1995년에 시작하여 1998년까지 3년간 3개월, 6개월, 9개월, 12개월, 18개월, 24개월, 30개월, 36개월 마다 측정하여 분석하였고, 알루미늄의 부식은 지역 특성에 큰영향을 받지 않는다는 연구 결과를 도출하였다. 이 결과를 토대로 부식을 통한 반사율 감소는 망원경이 설치되는 장소에 상관없이 유사할 것으로 가정하였다. Table 2 는 국내 여러 지역의 알루미늄, 철, 동판의 3년 동안 외부에 노출시켰을 때 3년 째의 부식률 데이터이다.
  • 이는 천문 관측의 목적과 해당 연구소의 필요에 의해 결정된 사항으로 반드시 지켜야할 기준은 아니 다. 현재 개발하고 있는 무기체계에서 보유한 기준이 없으므로 동일하게 10% 이상 감소 시점에 재 코팅하는 것으로 가정하였다. 다만, 군 임무 목적 상 무기체계의 성능 유지를 위하여, 더 높은 요구도인 5% 이상 감소 시점에 재코팅이 필요 할 수도 있고, 반대로 더 낮은 요구도인 20% 이상 감소 시점에 재코팅이 필요 할 수도 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
미러에 코팅된 금속을 주기적으로 재코팅 해야 하는 이유는? 망원경의 성능 유지를 위해서 중요한 것 중 하나가 미러의 재코팅이다. 미러에 코팅된 금속은 빛을 반사시키는 역할을 하며 반사율이 떨어지게 되면 망원경의 성능이 저하되므로 주기적으로 재코팅을 해야 한다. 군 무기체계로 개발되는 망원경은 성능 뿐만 아니라 임무 수행을 위한 무기체계 가용도와 장기간 사용을 위한 운용유지비 관점에서도 미러의 재코팅 주기를 예측하고 정비계획을 수립하는 것이 필요하다.
광학 망원경이란? 광학 망원경은 미러를 이용하여 가시광선, 적외선, 자외선 등의 전자기파를 모아 멀리 있는 물체를 관측하는 장치이다. 망원경은 주로 천문학에 많이 사용하며 군용으로는 하늘의 위성을 탐색 및 추적하기 위해 사용한다.
에어세척의 한계는? 에어세척은 망원경을 별도로 분해하지 않고 외부에서 먼지를 불어내는 방법으로 짧은 작업 시간과 저비용의 이점이 있다. 하지만 먼지가 윤활액 혹은 송진가루에 의해 늘러 붙어 있는 경우 제거가 쉽지않아 세척효과에 한계가 있다. 특수세척은 미러 전용세척액으로 직접 세척하는 방식으로 에어세척보다 높은 세척능력을 발휘한다.
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참고문헌 (7)

  1. Korea Astronomy and Space Science Institute, Operating Project for Astronomical Equipments, Research Report, Korea Astronomy and Space Science Institute, Korea, pp.94-96. 

  2. Gemini Observatory, Gemini Optics Reflectivity Data, Gemini Observatory, 2015 April 22, Available From: https://www.gemini.edu/sciops/telescopes-and-sites/optics 

  3. National Optical Astronomy Observatory, Mirror Cleaning, National Optical Astronomy Observatory, Last updated on 14th of July 2010, Available From : https://www.ctio.noao.edu/telescopes/opteng/optics.html 

  4. Y. S. Kim, T. S. Park, W. W. Choi, E. H. Jeon, S. J. Keum, A Study on the metals corrosion by air pollutants, Research Report, Korean Federation for Environmental Movement, Korea, pp.19-26. 

  5. B.Magrath, "Reflectivity Degradation Rates of Aluminum Coatings at the CFHT". Publications of the Astronomical Society of th Pacific, pp.303-306, March 1997 DOI: https://dx.doi.org/10.1086/133891 

  6. Dewei Wang, Time Series Analysis, Lecture Notes, Department of Statistics University of South Carolina, United States of America, pp.9. 

  7. Gemini Observatory, Coating Gemini's Mirrors With Protected Silver, Newsletter #29, Gemini Observatory, pp.13 

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