• 항공우주시스템공학회지
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• 제12권3호
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• pp.9-17
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• 2018

지구 관측용 소형 위성카메라의 경우, 중대형 위성에 비해 상대적으로 약한 구조 안정성으로 인해 열악한 발사환경 및 우주환경에서 광부품의 정렬오차가 발생하기 쉽다. 발생한 정렬오차는 위성카메라의 광학 성능 저하를 유발시킨다. 본 연구에서는 소형 위성 카메라의 정렬오차를 보상하기 위하여 3축 포커스 메커니즘을 제안하였다. 이 메커니즘은 3개의 압전 작동기로 구성되어 x-축, y-축 틸트 및 디스페이스(De-space) 보정을 수행할 수 있다. 포커스 메커니즘의 설계 요구조건은 슈미트-카세그레인(Schmidt-Cassegrain) 타입의 목표 광학계 설계에서 도출되었다. 부경 정렬오차 보상을 위하여 부 반사경의 뒤에 포커스 메커니즘을 부착하여 부경의 3축 운동을 제어하였다. 이 때 파면오차로 인한 광학 성능 저하를 최소화하기 위한 플렉셔를 Box-Behnken 실험계획법을 통하여 설계하였으며, ANSYS를 이용하여 파면오차 해석을 수행하였다. 제작된 포커스 메커니즘은 작동기의 수학적 모델링, PID 제어기 설계, 서보 제어실험을 통해 서보성능을 검증하였다.

• 천문학회보
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• 제41권2호
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• pp.52.3-53
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• 2016

일반적으로 사용되는 소구경 망원경은 경통에 의한 차폐로 인해 내부 구조를 보기 쉽지 않으므로, 망원경 광학계를 이해하기에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 최소한의 배플 만을 사용하여 경통이 없는 구조의 개방형 망원경을 설계 및 제작하였다. 개발된 변환식 반사망원경 키트(TRT Kit, Transformable Reflecting Telescope Kit)는 부경 모듈을 교체하는 방식만으로 뉴턴식 망원경(Newtonian Telescope), 카세그레인식 망원경(Cassegrain Telescope), 그리고 그레고리식 망원경(Gregorian Telescope)으로 변형하는 것이 가능하다. 주경, 부경을 비롯한 망원경의 모든 부분은 사용자가 직접조립할 수 있도록 모듈화(Modularization) 하였다. 또한 부경에 부착된 슬라이딩 장치 및 리니어 스테이지(Linear Stage)는 망원경의 초점을 정밀하게 맞출 수 있도록 설계하였다. TRT Kit를 이용하여 학생들은 세 가지 형태의 망원경 광학계를 직접 조립하고 그 구조 및 성능을 비교해 볼 수 있으며, 광축 정렬, 정밀 초점 조절 과정을 통해 기본적인 광학계의 원리를 이해 할 수 있다.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권5호
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• pp.472-478
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• 2015

본 논문에서는 소형 위성 카메라의 영상안정화를 위해 진동외란 보상 및 궤도상 광학정렬이 가능한 능동형 광학 보정장치의 설계에 대해 연구하였다. 능동형 광학 보정장치는 초점면부 보정장치와 부경 보정장치로 이루어져 있다. 초점면부 보정장치는 영상센서에 유입되는 진동 외란을 초점면부에서 직접 보상하는 장치이다. 또한 부경 보정장치는 초점면부 보정장치와 협력하여 궤도상에서 능동적으로 광학정렬을 수행할 수 있는 장치이다. 본 논문에서는 해상도 1 m급 소형 위성에 적용 가능한 능동형 광학 보정장치 설계를 위해 소형 고해상도 위성 카메라의 요구도를 분석하고, 진동 외란 보상과 궤도상 광학정렬이 능동적으로 가능하도록 초점면부 보정장치와 부경 보정장치의 요구도를 선정하였다. 선정된 요구도를 기준으로 본 연구에서 설계된 능동형 광학 보정장치는 초점면부에서 진동외란 보상 및 초점조절, 부경에서 틸트 및 디스페이싱 보상이 가능하므로 독립적으로 5축 제어가 가능한 시스템이다.

• 한국광학회지
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• 제22권6호
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• pp.262-268
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• 2011

한국천문연구원이 개발한 다목적적외선영상시스템(Multi-purpose IR Imaging System, MIRIS)은 과학기술위성 3호(STSAT-3)의 주탑재체이다. 지구관측카메라(Earth Observation Camera, EOC)는 MIRIS를 구성하는 두 개의 적외선 카메라 중에 하나로, 지구의 $3{\sim}5{\mu}m$ 파장대의 적외선을 관측하기 위한 카메라이다. EOC의 광학계는 카세그레인 방식으로써 구경이 100 mm이고, 주경과 부경은 모두 비구면 반사경이다. EOC 주경의 플렉서는 링 타입으로써 발사환경에서 주경이 겪을 수 있는 충격과 진동을 견디도록 예압을 가하며 주경을 지지한다. 이는 마치 리테이너로 렌즈를 지지하는 것과 같은 메커니즘으로 주경을 지지하기 위한 시도이다. 광기계 해석을 통해 EOC 주경이 효과적으로 지지되고 있음을 확인했다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제12권4호
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• pp.75-80
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• 2018

위성용 카메라의 경우 광학계의 초점을 제어하기 위한 포커싱 메커니즘이 필수적이다. 그러나 국내의 위성용 광학계 포커싱 메커니즘 관련 연구는 시작 단계이며, 관련 보유 기술 또한 열제어형에 국한되어있다. 따라서 본 논문에서는 소형위성용 광학계에 적용 가능한 모터 구동형 포커싱 메커니즘을 제안하였다. 제안된 메커니즘은 모터 구동에 의해 secondary mirror에 z축 변위를 발생시키도록 설계하였다. 또한 서포터에 flexure hinge를 설치하여 사전하중을 가하도록 하여 메커니즘내 부품간 제작공차 및 조립공차로 인한 정렬도 오차를 최소화하도록 하였다. 메커니즘 제작 후 LVDT 센서(linear variable differential transformer sensor)와 레이저 변위측정기로 정렬도(de-space, de-center, tilt)를 측정한 결과 소형위성광학계에 적용 가능한 수준의 정렬도를 갖는 것을 확인하였다.

• 천문학회보
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• 제43권2호
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• pp.30.1-30.1
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• 2018

일제 강점기를 지난 후 광복을 맞았지만, 전란의 폐허 속에 개설된 대학의 천문학과의 관측 시설들은 전문한 상태였다. 필자가 학부 재학 중이던 6-70년대까지도 시 시공(時空)의 흐름은 필요한 것을 직접 만들어 사용할 수밖에 없는 시대로 몰아가고 있었다. 당시를 회고 하며 지금까지 걸어 온 "천문기기 제작 연구의 삶"을 회고하고자 한다. 대학 재학 시절 교수님의 도움으로 막스토브 망원경을 제작하고, 40cm 카세그레인 망원경 등 광학계의 원리와 특성연구를 통해 부품 조립을 수행할 수 있었다. 태양 흑점관측을 위한 10cm 굴절 망원경의 투영시설을 고안하여 6개월 동안 관측하였지만. 석사 논문을 위해 광전측광 관측시스템을 제작하여 식쌍성 관측을 수행하였다. 그 결과 한국의 시설로 UBV 광도곡선 완성하여 1975년 가을 천문학회에서 발표하였다. 1976년 2월 국립천문대 천문계산연구실에 발령 받고 역서편찬 업무를 담당하면서 소백산 60cm 망원경 최종 설치를 끝내고, 천문대(현 역삼동 과총회관 빌딩) 옥상에 2m 규모의 목재 돔을 설계 제작하고 일반인들을 위한 대중천문 활동을 시작하였다. 재직 중에 항상 한국의 열악한 천문시설의 상황을 실감하고 20대를 마감하면서 퇴직하여 "한국천문기기 연구소"라는 명칭으로 천체 돔을 설계하고, 돔 제작기계를 개발하였다. 망원경만 보관 중인 국내 4개 대학에 돔을 납품 한 후 연세대학교 천문대의 직경 6m 스텐레스 돔을 제작하였다. 아울러 연세대 천문대 60cm망원경을 설치하면서 이 곳에 입사하여 관측 장비개발 연구와 관측에 전념하게 되었다. 재직 기간 중 대학의 배려로 카나다 국립천문대(DAO) 방문연구원으로 1.8m 망원경으로 식쌍성들의 분광관측을 수행하여 시선속도곡선을 완성하였고, 체류 중에 스텝들과 국내에서 사용할 60cm용 첨단 분광기를 설계하였으나 대학에 재원이 없어 제작을 못한 아쉬움이 남는다. 1989년 2월 충북대학교 천문우주학과에 부임하면서 열악한 상황이지만 교육과 연구 장비로 20cm와 35cm 소형 망원경의 디지털 광전측광시스템으로 간이 천문대를 설치하여 운영하였다. 학과 설립 10 주년(1998년)을 맞아 40cm 망원경과 6m 돔을 설치하여 교내천문대가 완공되었다. 2000년이 되면서 대중 천문활동 을 위해 이동 천문대를 제작하여 4륜 자동차에 견인하여 여러 지역을 찾아 관측과 강연 활동 등 학과의 대중천문 활동의 특성을 살리는 계기를 만들게 되었다. 학과 설립 20주년(2008년)을 맞으면서 충북 진천에 16개 자동분할 개폐식 스릿의 9m 돔 안에 1m 망원경을 원격관측 시설을 완비하여 대학 본부의 기관으로 충북대학교천문대를 개관하고 관측시설을 완비하였다. 우리의 전통적인 세종시대 천문시설은 당대 최대의 시설이지만 당시 유물들이 모두 소실되어 현존하는 것이 하나도 없음은 실로 아쉬움이 큰 것이었다. 누군가는 그 구조, 형태, 원리, 기능, 사용방법 등을 밝히고 복원을 시도해야 할 시급함이 있었다. 문헌을 통해 1991년부터 학부졸업 논문으로 "고천문 의기(儀器) 복원연구" 분야의 발표를 시작하였다. 그 결과를 통해 세종탄신일에 영릉에서 숭모제 행사 후 그 곳에서 수년간 세종시대 고천문의기 한가지씩 작동모델을 복원하여 제막식을 거행하였다, 유물복원 회사 (주)옛기술과 문화 와 함께 팀을 이루어 매년 제작할 종목을 준비하게 되었다. 간의(簡儀)를 복원한 후에는 일성정시의, 소간의, 앙부일구, 정남일구, 석각천문도, 혼천의, 혼상, 각종 해시계 등 매년 지속적으로 복원되어 큰 규모의 야외 전시장이 완성되었다. 작동모델 설계연구팀의 자문과 제작팀과의 팀웍으로 이룬 성과인 것이다. 한번 시작품이 발표된 모델들은 국내 과학관과 박물관, 천문관에서 후속 모델을 설치하였다. 한국천문연구원과 부산 동래읍성 내에 장영실 과학 동산은 간의와 혼상을 비롯한 각종 해시계들을 설치한 큰 규모의 야외 전시장이다. 조선의 명망 높은 유학자들이 인격적인 하늘을 살펴보았던 혼천의와 일만원권에 그려 있는 국보 230호 자명종 혼천시계(일만원권의 그림)의 작동 모델을 제작하였다. 이와 같은 연구 결과들은 석사과정 박사과정을 통하여 더 심층적인 연구들이 발표되었고, 각종 조선(한국)의 천문의기(天文儀器) 연구 자료들은 연구팀들을 통해 중국과 일본 등 해외에서도 발표되었다. 지금까지 복원된 유물들이 완성되기까지는 참여한 많은 연구원들과 제작팀들이 합심하여 각자의 역할을 수행하여 최종 작동모델들이 하나 둘 완성되는 것이었다. 이것은 참으로 보람된 일이었고, 은퇴 후 지금은 재능기부자로서 즐거운 삶을 이어 갈수 있게 되었다.