연구실 탐방 (Space Testing And Research 연구실)

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 STAR* (Space Testing And Research)* 연구실은 우주연구에 필요한 센서 및 에너지 소자 설계/제작 및 실제 우주환경에서 측정/성능평가를 주 연구 테마로 합니다. 그런 의미에서 STAR*는 우주연구의 눈, 코, 입, 귀를 담당하고, 에너지원인 심장을 책임지는 연구실입니다.

 

Keywords: Payload sensors, Reconfigurable photonics, Energy harvesting, Deployable telescope, Space materials, Space heritage  

 

 

 STAR*는 우주미션을 위해 필요한 다양한 센서 및 에너지 소자를 설계하고 제작하는 것을 목표로 연구를 진행하고 있습니다. 이에 더해서, 실제 미션에 우리가 제작한 소자를 안정적으로 운용하기 위해서 여러 우주위협 인자를 고려한 실제우주환경테스트 (미, NASA와 협력) 및 지상모사실험을 진행합니다.

 

 

< 그림 1. Space Research by using Payload Sensors ​ >

 

 

  달 대기 측정을 위한 spectrometer (인공위성 혹은 달탐사 로버에 장착), Cubesat에 접어 넣을 수 있는 deployable 망원경, 우주발사체 base heat shield의 정확한 온도 측정을 위한 새로운 기술의 pyrometer뿐 아니라, 음전하로 대전된 달 표토를 이용한 에너지 획득 등 여러가지 필요하고, 재미있는 주제들이 있을 것으로 보고 있습니다. 저의 NASA에서의 15년 우주 미션 및 scientific instrument 디자인/제작 기술을 기반으로 같이 상상해보고, 문제 해결을 위한 구체적이고 실용적 방법에 대해서 고민하고 또 직접 구현해 보는 것이 우리의 주 연구 활동이 될 것입니다.

 

 

< 그림 2. Spaceborne application examples: Reconfigurable sensors for sub-systems in CubeSats ​ >

 

 

 Reconfigurable (가변형, adaptive 혹은 active 센서로 불리기도 함) 광학 센서는 STAR*의 주력 분야 중 하나입니다. 우주로 보내는 system 및 payload는 Size, Weight, Power (SWaP, 저비용/저전력/최소 무게 및 부피) 가 아주 큰 키워드이기에, Cubesat/Smallsat에 적합한 작은 크기의 기능성 센서가 최근에 크게 각광을 받고 있습니다. 특히, 우주는 쉽게 보내고, 고장 나면 가서 바로 고치고 할 수 있는 환경이 아니기 때문에, 센서에 functionality를 넣고자 합니다. 기능성이 추가된 광학센서는 우리가 초기 미션에 계획하지 않거나 혹은 미처 예상치 못한 다양한 과학 정보를 찾아낼 수 있습니다. 거리가 가까워짐에 따라서 자동적으로 beam angle이 바뀌면서 안전한 달 착륙이 가능한 센서와 같은 형태인데, (이미 우리 일상에 활용되고 있는) 실내와 실외에서 자동으로 색이 변하는 안경과 같은 것으로 생각하시면 됩니다. 이런 active sensor는 scientific payload에 다양하게 활용됩니다 - 천문·우주연구 기반이 되는 관측장비 개발을 통해 태양, 우주기원, 천체진화, 생명발원 등 난제 해결에도 쓰이고, 정찰/감시, 우주기상 예보 데이터 확보에도 사용됩니다.

 

 

< 그림 3. STAR* 연구실의 연구 분야 및 방향성 ​ >

 

 

 STAR*의 연구분야는 연구자로 시작해서, 엔지니어로 발전하며, 미션 플래너와 협력하는 일과도 닮아 있습니다. 우리가 만들고자 하는 궁극적인 연구실은 실제 항공우주 미션에 필요한 연구를 시작으로 디자인하고, 제작하고, 실증 실험까지 하는 곳입니다. 우주연구에 필요한 ‘소재의 이해 및 우주환경에서의 테스트를 통한 검증’, ‘전통적 광학 센서 및 우주 에너지원 설계 방법에서부터 차세대/최신 기술까지 다양한 광학 및 에너지 소자 디자인, 제작, 테스트 방법에 대해 공부하게 될 것입니다. 또한, 우주환경에서의 내구성 평가를 위해서 다양한 환경측정 방법에 대해서 공부하게 될 것입니다. 추가적으로 카이스트 내뿐 아니라, 다양한 국제 공동연구팀과 (MIT, NASA, NTU Singapore, U. of Exeter) 학문적 교류를 할 수 있는 기회를 가질 수 있게 될 것입니다.

 

 

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원문    김현정 교수[hyunjung.kim1@kaist.ac.kr]

편집                          이은혁[lehx01@kaist.ac.kr]