초록 ▼

I. 제 목 우주관측기술개발 II. 연구개발의 목적 및 필요성 우리은하는 태양과 같은 별과 성간개스 등 다양한 종류의 천체들로 구성되어 있다. 은하는 이러한 다양한 천체들의 상호작용에 의하여 현 상태를 유지하고 진화 를 해 나간다. 은하의 진화를 결정하는 가장 중요한 요소 중의 하나는 성간개스와 별과의 상호작용이다. 별은 성간개스로부터 탄생하여 대부분 백색왜성으로 수명을 다하지만 질량이 큰 별들은 초신성의 형태로 폭발하여 성간개스로 돌아간다. 초신 성으로 폭발하여 일생을 마치는 별의 수는 매우 적지만 이 때

I. 제 목 우주관측기술개발 II. 연구개발의 목적 및 필요성 우리은하는 태양과 같은 별과 성간개스 등 다양한 종류의 천체들로 구성되어 있다. 은하는 이러한 다양한 천체들의 상호작용에 의하여 현 상태를 유지하고 진화 를 해 나간다. 은하의 진화를 결정하는 가장 중요한 요소 중의 하나는 성간개스와 별과의 상호작용이다. 별은 성간개스로부터 탄생하여 대부분 백색왜성으로 수명을 다하지만 질량이 큰 별들은 초신성의 형태로 폭발하여 성간개스로 돌아간다. 초신 성으로 폭발하여 일생을 마치는 별의 수는 매우 적지만 이 때 발생하는 에너지가 매우 크기 때문에 은하의 성간물질의 물리적상태 및 진화에 결정적인 역할을 한다. 은하의 진화를 연구하기 위해 초신성 폭발에 의해 성간물질로 주입된 에너지와 성 간물질과의 상호작용에 대한 여러 가지 이론 제안되었지만 성간 플라즈마의 연구는 주로 지상관측이 불가능한 원자외선 파장대에서 방출되는 복사에너지를 관측하여 수행해야 한다. 따라서 은하에 분포하는 성간물질의 진화를 연구하기 위해서는 우 주관측이 반드시 필요하다. 천체가 방출하는 전자기파 중 지상관측이 불가능한 X-선, 자외선, 적외선 등의 파장대역에서는 우주관측이 필수적으로 선진외국의 경우 70년대부터 본격적인 우주 관측을 시작하여 오늘에 이르고 있다. 미국을 비롯한 선진국에서는 대형 우주망원 경을 이용하여 첨단의 연구결과를 속속히 발표하여 자국의 과학기술 우위를 과시함 으로써 국민의 자긍심 함양 및 경제와 기술적인 선두를 이끌고 있다. 그러나 이러 한 선진국 주도의 대형 우주망원경은 막대한 예산과 인원을 투자하기 때문에 개별 연구에 할당되는 시간이 매우 제한적이기 때문에 장기간의 관측을 요하는 서베이 관측 프로그램에는 부적절한 면도 있다. 또한 우주관측의 역사가 오래되지 않았기 때문에 서베이관측과 같은 기본적인 관측을 요하는 부분이 많기 때문에 소형 우주 망원경을 사용하더라도 충분히 국제적인 경쟁력을 갖는 연구가 가능하다. 우리와 같이 이제 막 우주개발분야에 참여하는 국가로서는 선진국 수준의 대형 프로젝트를 진행하기보다는 이러한 소형 우주망원경에 집중함으로써 경제적으나 기술적으로 실 리를 취할 수 있다. 90년대에 들어 국내에서도 우주과학 실험을 위해 우리별 위성 (과기원/인공위성 연구센터)과 과학로켓 (항공우주연구소)을 발사한 바 있고, 앞으로도 다목적 실용위 성을 비롯하여 다수의 과학위성을 발사하여, 우주개발 분야에서 선진국대열에 진입 한다는 국가적 실천계획이 수립되어 보완 수정 단계를 거친 상태이다. 한편, 현재 3호까지 진행된 우리별 인공위성은 실험용 위성으로서 역할을 하였지만 4호부터는 실제 우주관측에 이용할 예정으로 고온의 플라즈마로부터 발생하는 원자외선 영역 의 방출선 관측을 주 목적으로 하는 원자외선 분광기가 주탑재체로 선정되었다. 따 라서 은하에 분포하는 성간물질에 대한 연구를 위해 탑재체 제작 및 자료활용에 적 극적인 참여가 필요하다. 한국천문연구원에서 인공위성센터와 공동으로 개발하고 있는 원자외선 분광기 (Far-ultraviolet Imaging Spectrograph; FIMS)는 과학위성 1호의 주 탑재체로써 원자외선 영역의 분광 서베이 관측을 통해 은하 내에 존재하는 성간물질의 분포 및 진화과정 을 이해하는데 그 목적을 두고 있다. FIMS의 크기는 100Kg급 위성체에 탑재할 수 있을 정도로 작지만 단일연구목적을 위해 전천을 서베이함으로써 은하에 분포하는 성간물질의 분포 및 초신성 폭발에 의해 발생되는 에너지의 흐름을 측정하여 성간 물질의 진화과정을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대된다. 또한 오로라 등 우주과학의 연구대상을 지금까지보다 월등히 뛰어난 성능으로 관측함으로 오로라 관련 기작연 구에 국제적인 공헌을 할 것으로 기대된다. 관측된 자료는 국내 학자들과 버클리대 학에 있는 저명한 학자들과 공동으로 분석할 예정으로 관련학문의 국제화뿐만 아니 라 국제사회에 국내의 연구수준을 알릴 수 있는 기회를 제공함으로써 향후 우주개 발과 관련한 대규모의 국제협력사업에 참여할 수 있는 기반을 마련할 수 있다는 면 에서도 기대가 되는 사업이다. 현재까지 외국의 관측 자료를 이용했던 입장에서 벗어나, 새로운 과학연구 목 적에 적합한 위성탑재체를 이용, 우주공간에서 관측자료를 얻고 이를 연구 분석하 는 우주천문분야 연구의 필요성의 일환으로 우주관측시스템의 소요기술 등의 기초 연구를 수행한 바 있으며, 탑재체 제작 및 자료활용에 계속적인 참여가 필요하다. III. 연구개발의 내용 및 범위 l 고온플라즈마 관측용 원자외선분광기 설계 및 ETB (Engineering Test Board) 제작 l 원자외선분광기 QM(Qualification Model) 설계 l 원자외선 분광기 광학기계부의 설계 l 은하에 분포하는 성간물질 진화연구 l 우주관측을 위한 임무설계 및 분석 l 관측 대상 선정 및 관측 스케줄링 연구 IV. 연구개발결과 1. 우주관측기술개발 l 관측 스케쥴링 알고리듬 개발 l 궤도 시뮬레이션, 관측 제한 조건 분석 l FIMS 광학기계부에 대해 대부분의 부품에 대해 1차적인 설계 완료 l FIMS 광학계의 Tolerance 및 Bugdet Analysis 완료 l FIMS 광학기계부 중 회절격자 및 Main Box에 대한 1차적인 유한요소 해석 l DDL 방식의 Anode로 이루어진 검출시스템의 제작 및 성능 시험 l DDL 방식의 Anode 성능 시험 결과로부터 분해능 향상을 위해 Cross Delay Line 방식 Anode로 변경 결정 l House Keeping 및 Control Board의 개념 정립 및 실험 완료 l 원자외선 분광기의 ETB 제작 완료 l 원자외선 분광기의 QM 설계 2. 학술발표 국외학술발표 Proceedings 1) "Optical Tolerance Analyses for Far-ultraviolet Imaging Spectrograph onboard KAISTSAT-4" 선광일, 유광선, E. Korpela, 육인수, 남욱원, 한원용, 선종호, 민경욱, J. Edelstein, nd 2000, 2 International Conference on Optical Design and Fabrication, ODF 2000 Proceedings, 137 2) “Testing Method of Off-axis Parabolic Cylinder Mirror for FIMS” 유광선, J. Edelstein, 송재봉, 이윤우, 채준식, 선광일, 육인수, E. Korpela, 선종호, 남욱원, 한원용, 민경욱, 2000, International Symposium of Advanced Optical Manufacturing and Testing Technology 2000, AOMATT 2000 Proceeding, 4231 국내논문 1) “과학위성 1호 탑재체 원자외선 분광기의 OVI 방출선 검출 한계” 선광일, 유광선, 육인수, 박장현, 남욱원, 한원용, 선종호, 민경욱, J. Edelstein, E. Korpela, 2000, 한국우주과학회지, 17(1), 77 2) “과학위성 1호 원자외선 분광기의 광학부 Tolerance 분석” 유광선, 선광일, 육인수, 선종호, 남욱원, 이대희, 민경욱, 한원용, J. Edelstein, E. Korpela, 2000, 한국우주과학회지, 17(1), 67 3) “열전냉각방식을 이용한 극미광 영상장비 개발” 박영식, 이청우, 진호, 한원용, 남욱원, 이용삼, 2000, 한국우주과학회지, 17(1), 53 4) “Brief Reports on KAISTSAT-4 Mission Analysis” 선종호, 선광일, 김성헌, C. K. Young, L. F. Leong, 전홍준, 김형신, 배정석, 최영완, 이서림, 신영훈, 유광선, 이재진, 이대희, 박동고, 2000, 한국우주과학회지, 17(2), 233 국내학술발표 1) “과학위성 1호 원자외선 분광기 개발 [초청강연]” 한원용, 민경욱, J. Edelstein, 2000, 한국우주과학회/한국천문학회 공동가을 학술발 표대회 2) “과학위성 1호의 원자외선 분광기로 관??삼, 한원용, 민경욱, J. Edelstein, 2000, 한국우주과학회/한국천문학회 공동가을 학술발표대회 3) “Control, Housekeeping, and Spectrograph Electronics Design of FIMS” 진호, 이진근, 박장현, 강경인, 박영식, 공경남, 남욱원, 선종호, 민경욱, E. Korpela, J. Edelstein, 2000, 한국우주과학회/한국천문학회 공동가을 학술발표대회 4) “Progress Report of FIMS XDL System” 이진근, 남욱원, 진호, 이대희, 선종호, 민경욱, 한원용, J. Edelstein, E. Korpela, 2000, 한국우주과학회/한국천문학회 공동가을 학술발표대회 5) “The Digital Signal Processor of Far-ultraviolet Imaging Spectrograph on KAISTSAT-4” 강경인, 이대희, 선종호, 민경욱, 진호, 남욱원, 한원용, J. Edelstein, E. Korpela, 2000, 한국우주과학회/한국천문학회 공동가을 학술발표대회 6) “Test of Off-axis Parabolic Cylinder Mirror for FIMS; Initial Results” 유광선, J. Edelstein, 이윤우, 선광일, 육인수, 선종호, 남욱원, 한원용, 민경욱, 2000, 한국우주과학회/한국천문학회 공동가을 학술발표대회 7) “On the Mechanical Structure of the FIMS” 육인수, 유광선, 박장현, 선광일, 남욱원, 한원용, 선종호, 민경욱, E. Korpela, J. Edelstein, 2000, 한국우주과학회/한국천문학회 공동가을 학술발표대회 8) “Detection Limit of OVI Emission Lines and Optical Tolerance Study of FIMS” 선광일, 유광선, 육인수, 박장현, 남욱원, 한원용, 이우백, 민경욱, 선종호, E. Korpela, J. Edelstein, 2000, 한국천문학회 춘계학술발표대회 9) “Development of FIMS Observation Planning Software” 박장현, 선광일, 육인수, 남욱원, 한원용, 이우백, 민경욱, 선종호, 유광선, E. Korpela, J. Edelstein, 2000, 한국천문학회 춘계학술발표대회 10) “CMOS Image Sensor를 이용한 차세대 천문영상관측 시스템 활용” 진호, 박영식, 남욱원, 한원용, 2000, 한국천문학회 춘계학술발표대회 11) “Preliminary Design Report for FIMS Detection System” 이진근, 남욱원, 진호, 한원용, 선종호, 민경욱, E. Korpela, J. Edelstein, 2000, 한국천 문학회 춘계학술발표대회 12) “The Initial Design of Digital Electronics and Software of FIMS” 이대희, 강경인, 선종호, 민경욱, 진호, 남욱원, 한원용, E. Korpela, 2000, 한국천문 학회 춘계학술발표대회 13) “Overview of control and data processing schemes of FIMS” 이대희, 강경인, 이진근, 선종호, 민경욱, 남욱원, 진호, 한원용, E. Korpela, J. Edelstein, 2000, 한국우주과학회 춘계학술발표대회 14) “Preliminary Performance Results for FIMS detector” 남욱원, 이진근, 진호, 한원용, 이대희, 강경인, 선종호, 민경욱, E. Korpela, J. Edelstein, 2000, 한국우주과학회 춘계학술발표대회 15) “Observation Planning Software for FIMS” 박장현, 선광일, 육인수, 남욱원, 한원용, 유광선, 민경욱, 선종호, J. Edelstein, E. Korpela, 2000, 한국우주과학회 춘계학술발표대회 16) “Dection Criteria of OVI Doublet and Opto-mechanical Error Budget of FIMS” 선광일, 유광선, 육인수, 박장현, 남욱원, 한원용, 민경욱, 선종호, J. Edelstein E. Korpela, 2000, 한국우주과학회 춘계학술발표대회 특허 등록 및 출원 1) “범용전하결합소자 제어기” 특허 제0259878호, 2000년 3월 29일 등록 2) "단독형 환경방사선 감시 시스템" 2000년 12월 V. 연구개발결과의 활용계획 1. 우주관측기술개발 l 이 연구에서 수행 된 원자외선 분광기 설계 및 제작 기초 기술은 천문학적 목 적을 띤 탑재체 개발 뿐만 아니라 다목적 실용 위성의 저해상도 카메라 등과 같은 원격탐사용 카메라 제작 등에 활용 할 수 있음. l 차기 과학위성 개발을 위한 기본자료로 활용 l 차세대 국제 공동 우주관측 프로젝트 참여를 위한 발판으로 활용 l 자료 처리 기술은 추후 개발될 탑재체의 자료처리의 원천기술이 될 것임. l 탑재체 개발 과정 중 습득되는 Filter wheel driver 등 위성의 moving part 설치 기 술과 고전압 발생 장치를 비롯한 검출장치 기술을 비롯한 많은 우주급 기술이 습득되면, 국내의 위성 탑재용 기술로 확대 재 활용될 수 있음. 더구나 핵발전 소 모니터링, 방사광 등에 활용할 수 있는 방사선 계측 시스템의 국산화에 응 용할 수 있을 것임. l 이 연구를 통해 FIMS가 성공적으로 개발되어 운용이 되면, 과학 위성을 운용하 는 국가로서 향후 우주 관련 국제 무대에서 확고한 입지를 다질 수 있으며, 다 른 분야에까지 긍정적인 파급효과를 가질 것으로 기대된다. 2. 연구사업 수행에 따른 문제점 및 대책 l 인공위성 센터의 위상 불안정 및 연구원의 교체로 다소의 일정 지체가 있었으 나, 과학위성 1호 개발은 계획대로 진행될 예정임. 따라서 전체적인 개발일정은 변함이 없음.

Abstract ▼

FIMS (Far-ultraviolet IMaging Spectrograph) was selected as the primary payload aboard KAISTSAT-4 suppose to be launched around mid 2002. Korea Astronomy Observatory (KAO) become involved in the development of FIMS hardware and software in collaboration with Satellite Technology Research Center (S

FIMS (Far-ultraviolet IMaging Spectrograph) was selected as the primary payload aboard KAISTSAT-4 suppose to be launched around mid 2002. Korea Astronomy Observatory (KAO) become involved in the development of FIMS hardware and software in collaboration with Satellite Technology Research Center (SaTReC) and University of California at Berkeley (UCB). KAO submit the report as a part of FIMS electronics design and science mission analysis during the fiscal year 2. Section 1 gives a brief introduction to the contents of the report. In Section 2, the results obtained from FIMS scheduling software, which is developed to achieve the science goal, is described, and some observational constrains are discussed Following sections show FIMS opto-mechanical design and results from finite elements analysis for opto-mechanical structures. Development and performance test results of double delay-line are described in section 5. Auxiliary electronics for hose keeping and control board are discussed in section 6. Section 7 concludes and summarizes our results.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...14
• 제 2 장 관측 스케쥴링 소프트웨어 개발...16
• 제 1 절 서론...16
• 제 2 절 관측 스케쥴링 소프트웨어의 구성요소...16
• 제 3 절 전천 서베이 모의계산...20
• 제 4 절 토의 및 향후 연구방향...24
• 제 3 장 광학기계부 설계...25
• 제 1 절 FIMS의 광학적 특성...25
• 제 2 절 FIMS의 광학기계부 특징...26
• 제 3 절 FIMS의 광학기계부 구성...27
• 제 4 장 광학기계부 유한요소 해석...53
• 제 1 절 서론...53
• 제 2 절 회절격자 마운트 (Grating Mount)...53
• 제 3 절 Main Box...69
• 제 5 장 FIMS의 검출시스템...76
• 제 1 절 개요...76
• 제 2 절 설계 요구사항...78
• 제 3 절 검출시스템의 세부구성 및 사양...79
• 제 4 절 DDL 시스템의 시험 및 결과...94
• 제 5 절 QM용 XDL 시스템...99
• 제 6 장 보조회로...104
• 제 1 절 Spectrograph Electronics...102
• 제 2 절 House Keeping Board...117
• 제 3 절 Control Board...124
• 제 7 장 요약 및 결론...138