고성능 광학계를 위해  

적응광학은 반사경 뒷면에 여러 개의 구동기 (Actuator) 가 부착된 변형거울 (Deformable mirror) 을 제어함으로써 대기난류에 의한 빛의 왜곡을 보정하여 선명한 이미지를 얻는 기술이다 . 유리가 두 꺼우면 변형시키는 데에 많은 힘이 필요하고 빠른 속도로 변형시 키기 어렵기 때문에 얇은 반사경이 반드시 필요하다 . 지난 2016 년 3 월 KRISS 선임연구원으로 발을 내딛은 강필성 박 사는 ‘ 얇은 비구면 반사경의 가공 정밀도 및 가공 효율 향상을 위 한 SMP(Stressed Mirror Polishing)’ 기술의 기초연구를 진행 중 이다 . 2016 년 6 월부터 12 월까지 1 차 연구를 진행한 후 , 올 초부터 2 차 연구를 이어가고 있다 . “ 지금까지 우주광학센터에서 시도해보지 않았던 새로운 연구를 하고 있습니다 . 얇은 반사경 블랭크 (Blank) 를 변형시킨 상태에서 가공을 수행해 보다 효율적으로 초정밀 비구면을 도출하는 기술 을 개발하고 있어요 . 변형된 상태에서 힘을 제거하여 복원되었을 때의 반사경면이 설계한 비구면이 되도록 하는 것이죠 . 원리는 간 단하지만 얼마나 변형시켜야 하는지 필요 굽힘력을 정확하게 도 출해야하며 취성재료 인 반사경 블랭크의 변형을 정밀 제어하는 기술이 필요합니다.”

무에서 유로 , 모르는 것을 알아가는 즐거움

이 기술은 우주과학에 대한 관심이 높아지는 지금 더욱 주목 받는 연구이기에 각 국가에서도 필요한 기술을 보안에 붙이고 있다 . 때 문에 참고할 수 있는 레퍼런스가 미미한 상태였고 강필성 박사는 그야말로 맨 땅에 헤딩하는 마음으로 연구에 임해야 했다 . “ 찾아보니 국내에는 진행된 기술이 전혀 없더라고요 . 여러 가지 어려운 상황이 예상되었지만 , 그럼에도 해볼 가치가 있다고 생각 했습니다 . 결과가 좋게 나오지 않을까봐 시도조차 하지 않는 건 아 니라고 생각했어요 . 실패를 감수하고서라도 한걸음 내딛는 게 중 요하니까요 . 결과가 잘 나오면 활용할 곳이 아주 다양합니다 . 적응 광학계 뿐만아니라 James Webb 우주 망원경 , Keck Telescope 등과 같은 단편 조립 반사경 (Segmented mirror), 능동광학계 등 얇은 반사경을 필요로 하는 데 적용할 수 있어요 . 특히 얇은 반사 경의 굽힘 제어 기술은 능동광학계에 직접 쓰일 수도 있습니다 .” 강필성 박사에 따르면 본 연구의 핵심기술은 얇은 반사경 블랭크 에 가해질 필요 굽힘력의 정확한 위치와 크기 예측 기술 , 굽힘력 의 정밀구현 기술 , 반사경 변형의 실시간 측정 기술이라고 한다 . 얇은 반사경 블랭크에 변형을 가해 설계 비구면의 역상 을 구현 해야하기 때문이다 . “ 탄성복원 후의 반사경 표면이 목표 비구면에 가깝게 되도록 하 기 위해서는 정확한 시뮬레이션이 선행되어야합니다 . 첫 번째로 는 반사경 블랭크가 필요한 만큼 변형되도록 최적의 굽힘력과 하 중을 가할 위치를 구조해석 프로그램과 최적화 알고리즘을 통해 찾아내야 합니다 . 도출된 값을 적용하여 실제로 굽힘변형을 가하 고 유지할 수 있는 굽힘 제어 시스템도 필요한데 반사경 블랭크 에 불필요한 응력 (Stress) 이 가해지지 않으면서 정밀하게 제어할 수 있도록 설계하는 것이 중요합니다 . 마지막으로는 측정을 통해 시뮬레이션으로 계산된 만큼 반사경면이 변형되었는지 확인하고 오차를 줄여나가는 것입니다 .” 현재 시뮬레이션까지는 성공적인 결과가 도출된 상태로 , 남은 실 험에서는 오차 최소화를 위한 단계를 거칠 예정이다 . 강 박사는 “ 시뮬레이션까지는 좋은 결과가 나오고 있지만 , 유리가 워낙 얇다 보니 실제 적용할 때 변수가 많다 ” 며 “ 유리를 굽힐 때 받는 스트레 스 때문에 깨질 수도 있고 여기에 표면 가공 시 가해질 다양한 조 건을 미리 고려해야만 한다 . 원하는 만큼 변형하는 것 , 그 조절이 쉽지 않다 ” 고 덧붙였다 .  

예민해서 더 매력적인 연구대상

“ 결국 제가 원하는 모양으로 반사경의 변형량을 제어해야 하는데 그 과정이 난항인 거죠 . 시뮬레이션 결과와 달리 실험에서는 변형이 덜 되거나 예측과 다른 형상으로 나타나기도 하고 굽혀진 유리가 깨지기도 해요 . 현재 여러 형태의 굽힘 제어 시스템을 설계 · 제작 하여 베타테스트를 진행하고 있습니다 . 여러 번 실험을 반복하다 보니 어디가 문제인지 조금씩 잡히는 것 같아요 . 개선된 굽힘 제어 시스템을 통해 좋은 결과가 나오길 기대하고 있어요 .” 아주 예민한 대상을 다뤄야 하는 연구이기에 쉽지 않지만 , 그렇기 에 이 연구에 더욱 매력을 느낀다는 강필성 박사 . 초정밀 비구면 광학소자의 중요성이 높아지는 지금 , 강 박사는 더욱 민감해지는 사람들의 시각 요구를 만족시킬 수 있는 광학소자를 구현하는 데 최선을 다할 것이라고 했다 . 이어 그는 다양한 실험과 측정을 통해 오차범위를 계속 줄여나가고 싶다고 이야기 했다 . “ 앞으로 할 일이 많아요 . 이곳에서 계속 훈련받고 고민하면 좋은 결과를 만들 수 있지 않을까 싶어요 . 광학소자 분야의 권위자가 되 고 싶습니다 . 진심이 보이는 연구자로 단단하게 서있고 싶어요 . 그 러기 위해서는 부단히 노력을 이어가야겠죠 .”