연구실 탐방 (SPL, 우주선 원형 개발 연구실. 지도교수 : 윤효상)

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   윤효상 교수님이 지도교수님으로 있으신 우주선 원형 개발 연구실 (SPL)은 우주 개발에 적합한 위성 시스템 설계를 목적으로 연구하고 있습니다. 현재 가장 관심을 갖고 연구하고 있는 분야는 Laser Communication 분야입니다. 레이저 통신 기술은 진보된 광통신 기술로써, 정밀한 자세추정 및 제어가 필요한 분야입니다. 이에 대한 연구로써 Star tracker Sensor(별 센서) 개발 연구, Optical Ground Station(광통신 지상국) 개발 연구, Optical Communication Module(광통신 모듈) 개발 연구의 세 가지 주요 연구 분야를 소개하겠습니다.

 

 

- Star Tracker

 

   별 센서는 우주선의 자세를 결정하는데 사용되는 모듈입니다. 우주 사진을 촬영한 뒤, 이미 알고 있는 별 위치와 비교하여, 절대좌표계에서 사진이 촬영된 방향 벡터를 얻는 원리입니다. 별 센서는 자세 센서 중 가장 정확한 측정 성능을 가지고 있어서 레이저 통신에 꼭 필요한 센서입니다. 하지만 광학계를 포함하고 있는 센서이기 때문에 제작이 어렵고, 진동과 같은 움직임에 취약하다는 특징을 가지고 있습니다.

 

   본 연구실에선 알고리즘 개발을 통해 이런 한계를 극복하는 것에 초점을 두고 있으며, 성능에 영향을 주지 않으면서도 생산 비용을 낮출 수 있는 최적의 광학계를 개발하고 있습니다.

 

 

 

 

- Optical Ground Station

 

   위성 통신은 Space-Ground와 Space-Space의 두가지로 분류됩니다. 이 중 Space-Ground 통신의 Ground 터미널 역할을 수행하는 지상국은 레이저 통신체계를 개발하기 위한 핵심 요소입니다.

 

   지상국은 레이저 신호를 받아들일 망원경과, 신호를 감지/해석할 통신 모듈로 구성됩니다. 레이저 통신의 가장 큰 어려움은 신호를 놓치기가 쉽다는 점입니다. 통신 매개체인 레이저가 좁은 폭을 유지하며 전파되기 때문에, 송신부나 수신부에선 매우 정확하게 서로를 겨냥해야 합니다. ISS나 Starlink 위성들을 추적하는 야외시험을 진행하면서 망원경이 위성의 움직임을 정확하게 추적하도록 하는 제어 메커니즘을 개발하고 있습니다.

 

   현재 유레카관 옥상에 지상국을 설치하고 있으며 성공적인 실험을 기대하고 있습니다.

 

 

 

 

- Optical Communication module

 

   통신 모듈은 수신된 광신호를 읽어 데이터를 복원하거나 레이저를 송신하는 모듈을 의미합니다. 앞서 언급한 지상국에 포함되는 모듈이며, 이를 소형화 하여 위성에도 장착하게 됩니다. 내부에는 송수신을 위한 레이저 및 센서와 더불어 광경로 보정 광학계를 포함하고 있습니다. 보정 광학계는 자세 제어만으로 레이저를 정확하게 전달하는 것에 한계가 있기 때문에, 이를 보완해 주는 역할을 합니다. 광경로의 오차는 센서에 맺힌 Laser spot의 위치를 감지할 수 있는 센서로 측정하며, 경로의 제어에는 전기적으로 각도를 움직일 수 있는 거울을 이용합니다.

 

   모든 요소를 포함한 통신 모듈은 외력에 민감하며 진동, 온도의 영향을 극복해야 하므로 신뢰성 높은 광학계를 만들기 위해 연구를 거듭하고 있습니다.

 

 

 

 

 

원문       SPL 석사과정 백기욱[4mie@kaist.ac.kr]

편집              이재호[barbossa0412@kaist.ac.kr]