태양궤도 탐사선 ‘솔라 오비터’에 적용된 PI 팁/틸트 미러

PI가 태양의 비밀을 푸는 방법

태양은 우리 삶에서 필수적이고 중요한 역할을 하지만 아직도 수수께끼가 풀리지 않은 신비로운 존재입니다. ESA와 NASA는 태양의 비밀을 풀기 위해 2020년 2월에 태양궤도 탐사선인 ‘솔라 오비터’를 발사했습니다. 여기에는 PHI(Polarimetric and Helioseismic Imager)의 보조 반사경(부경)을 위한 PI 팁/틸트 유닛이 적용되었습니다.

솔라 오비터는 2020년 2월 9일 미국 플로리다주 케네디우주센터에서 발사됐습니다. 유럽우주국(ESA)과 미 항공우주국(NASA)이 공동으로 진행하는 이 프로젝트의 주요 목표는 태양풍 형성과 폭발 과정 등을 연구하는 것입니다. 며칠 전 ESA가 사진을 최초로 공개했는데, 이것은 전세계적인 관심을 불러 일으켰고 TV로도 방영됐습니다.

오비터에 탑재된 10개의 기기에서 특히 중요한 것은 막스 플랑크 연구소와 라이프니츠 연구소가 공동 개발한 PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager)입니다. PHI는 가시광선 스펙트럼에서 태양 표면의 이미지를 제공합니다. 또한, 자기장의 강도 및 방향과 태양 표면에서 플라즈마의 유속을 알아냅니다. 무엇보다도 이 정보를 통해 태양 내부의 플라즈마 움직임에 대한 결론을 기대할 수 있습니다. 위성의 미세 진동의 균형을 맞추려면 정교한 이미지 안정화 시스템이 필요합니다. 라이프니츠 연구원들은 망원경의 부경을 움직이는 PI 팁/틸트 유닛을 사용했습니다. 부경의 무게는 71g이며 제로더로 만들어졌습니다.

팁/틸트 유닛의 주요 개발자인 Arne Bramigk는 10년간의 성공적인 개발 작업을 회상하며 “팁/틸트 유닛은 우주 환경에 적합합니다. 극도로 높은 온도와 진공 상태에서도 기능이 보장돼야 하며 발사할 때 높은 가속도로 인한 막대한 하중을 감당해야 합니다. 그러나 팁/틸트 유닛에 대한 기본 요구 사항(±295µrad의 변위, 300Hz의 대역폭, 1.3kHz의 공명 주파수)도 쉽지 않아 어려움을 겪었습니다. 이에 특수 티타늄 합금으로 제작된 다이렉트 피에조 팁/틸트 미러를 사용했으며, 이를 통해 표면 처리와 FEM 모델 계산에 대해 이해할 수 있었습니다”라고 말했습니다.

막스 플랑크 연구소의 PHI 프로젝트 관리자인 Joachim Woch 박사는 “우주에서 PHI의 커미셔닝을 성공적으로 완료했습니다. 태양의 광구에서 PHI가 첫 번째로 찍은 사진은 품질이 우수하며 PI 팁/틸트 유닛을 포함한 모든 서브시스템은 문제 없이 작동합니다”라며 기뻐했습니다.

PI 팁/틸트 유닛을 포함한 모든 서브시스템은 문제 없이 작동합니다.

Bramigk는 성공적인 구현과 팁/틸트 유닛의 이점을 토대로 위성에서 지구 또는 위성 간 광 통신 같은 미래의 잠재력을 보고 있습니다. 앞으로 더 멋진 이미지와 수많은 과학적 발견을 기대할 수 있을 것입니다.


PHI는 두 개의 망원경으로 이루어져 있습니다. FDT(Full Disk Telescope)는 낮은 각도 분해능으로 태양면을 관찰하는 반면, HRT(High Resolution Telescope)는 14cm의 애퍼처로 1000x1000 arcsec의 태양 표면을 관찰합니다. 과학적 요구 사항에 지정된 1arcsec와 필요한 편광 정확도를 달성하기 위해 이미지 안정화 장비가 사용됩니다. 정상적인 조건에서 사진 사이의 남은 이미지 이동은 1/40 arcsec(스캔 감지기 픽셀의 1/20)보다 작아야 합니다.




저자 정보

Arne Bramigk

Key Expert, R&D Design & Simulation, Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG

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저자 정보

Markus Wiederspahn

Global Campaign Manager, Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG

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