[논문]SiC를 이용한 대구경 위성용 망원경 제작

배종인; 이행복; 김정원; 이경묵; 김명훈

doi:10.3807/kjop.2022.33.2.074

SiC를 이용한 대구경 위성용 망원경 제작
Development of a Silicon Carbide Large-aperture Optical Telescope for a Satellite 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.33 no.2, 2022년, pp.74 - 83

배종인 (전북대학교 나노과학기술학과) , 이행복 (국방과학연구소 전자광학팀) , 김정원 (오렌지이엔씨 재료부문) , 이경묵 (한화시스템 연구개발본부) , 김명훈 (전북대학교 나노과학기술학과)

초록
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위성 관측 카메라용 대구경 초경량 반사광학계를 제작하기 위해 소재 개발부터 최종 시스템 인증시험까지 전 과정을 수행했다. 완성된 비점보정 3반사경 구조의 위성용 반사광학계 망원경은 주반사경의 구경이 700 mm이고, 망원경 전체 질량은 66 kg이다. 광학소재 및 구조물에 적용하기 위한 반응소결법을 개발했고, 이 방법을 이용해서 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 재질의 광학 몸체를 제작하고 소결체의 화학특성, 표면특성, 결정구조를 확인했다. 광학 몸체의 기계적, 화학적 성질을 고려한 연마와 코팅 방법을 개발했으며 화학기상증착법을 적용해 SiC 경면 표면 위에 치밀한 SiC 박막을 170 ㎛ 이상 증착함으로써 광학 성능이 우수한 경면을 만들 수 있었다. 반사경 제작 후 반사경과 지지 구조를 조립하고 정렬해서 다양한 광학 시계에 대해 파면 오차를 측정했다. 아울러 우주 환경 및 발사환경에 대한 우주 인증에 맞추어 구성품 및 최종 조립체를 온도와 진동에 대한 환경시험을 실시하여 설계 목표 성능을 달성했음을 확인했다.

Abstract ▼ AI-Helper

The entire process, from the raw material to the final system qualification test, has been developed to fabricate a large-diameter, lightweight reflective-telescope system for a satellite observation. The telescope with 3 anastigmatic mirrors has an aperture of 700 mm and a total mass of 66 kg. We baked a silicon carbide substrate body from a carbon preform using a reaction sintering method, and tested the structural and chemical properties, surface conditions, and crystal structure of the body. We developed the polishing and coating methods considering the mechanical and chemical properties of the silicon carbide (SiC) body, and we utilized a chemical-vapor-deposition method to deposit a dense SiC thin film more than 170 ㎛ thick on the mirror's surface, to preserve a highly reflective surface with excellent optical performance. After we made the SiC mirrors, we measured the wave-front error for various optical fields by assembling and aligning three mirrors and support structures. We conducted major space-environment tests for the components and final assembly by temperature-cycling tests and vibration-shock tests, in accordance with the qualifications for the space and launch environment. We confirmed that the final telescope achieves all of the target performance criteria.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Configuration of all-SiC telescope: (a) components (optics and structure) of all-SiC telescope, (b) all-SiC structure, (c) 0.7 m SiC mirror (M1, R 2.19 m, CC -0.98), (d) 0.17 m SiC mirror (M2, R -0.51 m, CC -1.99), (e) fold mirror (FM), and (f) 0.31 × 0.12 m SiC mirror (M3, R 0.66 m, CC -0.57).
표 Table 1. Requirements of all-SiC telescope for space
그림 Fig. 2. Manufacturing process of ACM SiC for mirror.
그림 Fig. 3. Microstructures of ACM SiC: (a) morphologies of the polished surface of ACM SiC (×1.5 k), (b) morphologies of the polished surface of ACM SiC (×40 k), (c) spectrum analysis of area ① (SiC section), and (d) spectrum analysis of area ② (residual Si section).
$Fig. 4. Mean grain size analysis of ACM SiC using X-ray diffraction: (a) ACM SiC (200/300) analysis, (b) mean SiC grain size (67.2 nm) for ACM-200, and (c) mean Si grain size (81.2 nm) for ACM-200.$ 그림 Fig. 4. Mean grain size analysis of ACM SiC using X-ray diffraction: (a) ACM SiC (200/300) analysis, (b) mean SiC grain size (67.2 nm) for ACM-200, and (c) mean Si grain size (81.2 nm) for ACM-200.
그림 Fig. 5. Development of SiC chemical vapor deposition (CVD) cladding: (a) scanning electron microscope (SEM) image of the 1^st CVD cladding (1200 ℃ / 50 torr / 4 hour), (b) SEM image of the 2nd CVD cladding (1200 ℃ / 50 torr / 6 hour), (c) SEM image of the 3^rd CVD cladding (1200 ℃ / 50 torr / 6 hour), and (d) analysis of CVD cladding thickness vs. deposition time.
그림 Fig. 6. SiC CVD cladding (primary mirror/M1): (a) setup of SiC CVD for M1 back side, (b) M1 front side after SiC CVD, (c) M1 before CVD and measurement of cladding uniformity, (d) CVD cladding thickness, (e) Zernike fit difference analysis of CVD cladding.
그림 Fig. 7. Wave front error for all fields of the telescope after alignment: (a) definition of measurement field, (b) field 1 (center), (c) field 2 (left/up), (d) field 3 (right/low), (e) field 4 (right/up), and (f) field 5 (left/low).
그림 Fig. 8. Environmental test of all-SiC lightweight telescope: (a) temperature cycle test, (b) vibration and shock test for component level, and (c) vibration and shock test for telescope system level.
표 Table 2. Specifications of sine vibration test
표 Table 3. Specifications of random vibration test
표 Table 4. Specifications of shock test

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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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