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이제 고해상도 분광기가 스마트폰에 쏙 들어간다
색은 빛의 파장이 인간의 눈에 인식되는 방식으로, 단순한 미적 요소를 넘어 물질의 성분이나 상태 같은 중요한 과학적 정보를 담고 있다. 분광기는 빛을 파장별로 분해해 물성을 분석하는 광학 장비로, 재료 분석, 화학 성분 검출, 생명과학 연구 등 다양한 과학 및 산업 분야에서 폭넓게 사용되고 있다. 기존의 고분해능 분광기는 크고 복잡해 일상 전반에 사용이 어려웠으나, 우리 연구진이 개발한 초소형 고해상도 분광기 덕분에 앞으로는 스마트폰이나 웨어러블 기기 속에서도 빛의 색 정보를 활용할 수 있을 전망이다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 장무석 교수 연구팀이 이중층 무질서 메타표면*을 이용한 복원 기반 분광기 기술을 개발하는 데 성공했다고 13일 밝혔다.
*이중충 메타표면: 두 겹의 무질서한 나노 구조층을 통해 빛을 복잡하게 산란시켜, 파장별로 고유하고 예측 가능한 스페클 패턴을 만들어내는 혁신적 광학 소자
기존의 고분해능 분광기는 수십 센티미터 수준으로 폼 팩터가 크고, 정확도를 유지하기 위한 복잡한 교정 과정이 필요하다. 이는 근본적으로 무지개가 색을 분리하듯 빛의 파장을 빛의 진행 방향으로 분리하는 전통적인 분산 부품의 작동 원리에서 기인한다. 이 때문에, 빛의 색 정보가 일상 전반에 유용하게 활용될 수 있음에도 분광 기술은 실험실이나 산업 제조 현장 수준으로 그 활용성이 제한되고 있다.
연구팀은 빛의 색 정보를 빛의 진행 방향으로 일대일 대응시키는 회절격자나 프리즘을 사용하는 기존의 분광 패러다임에서 벗어나 설계된 무질서 구조를 광학 부품으로 활용하는 방식을 고안했다. 이때, ‘복잡한 무작위적 패턴(스페클*)’을 정확하게 구현하기 위해 수십-수백 나노미터 크기의 구조체를 활용해 빛의 전파 과정을 자유롭게 조절할 수 있는 메타표면을 활용하였다.
* 스페클: 여러 파면의 빛이 간섭해 만들어지는 불규칙한 밝기의 광 패턴
구체적으로, 이중층 무질서 메타표면을 구현해 파장 특이적인 방식으로 스페클 패턴을 생성하고, 카메라로 측정된 무작위 패턴을 보고 그 빛의 정밀한 색 정보(파장)를 복원 해내는 방식을 개발했다.
그 결과, 단 한 장의 영상 촬영만으로 손톱보다 작은(1cm 미만) 장치에서 1 나노미터(nm) 수준의 고해상도로 가시광-적외선 (440~1,300nm) 범대역의 빛을 정확하게 측정하는 신개념 분광기 기술을 개발하는 데 성공했다.
이번 연구에 제1 저자로 참여한 이동구 연구원은 “이번 기술은 상용 이미지 센서에 직접 통합된 방식으로 구현돼, 앞으로는 모바일 기기에 내장된 형태로 일상에서도 빛의 파장 정보를 손쉽게 취득하고 이용할 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다.
장무석 교수는 “R(빨강), G(초록), B(파랑) 3가지 색 성분으로만 구분해서 인식되는 기존 RGB 삼색 기반 머신 비전 분야에서 한계를 뛰어넘는 기술로 활용 분야도 다양하다”며, “음식 성분 분석, 농작물 상태 진단, 피부 건강 측정, 환경 오염 감지, 바이오·의료 진단 등 실험실 수준의 기술을 일상 수준의 머신 비전 기술로 지평을 넓힌 기술로 다양한 활용 연구가 기대된다” 라고 말했다.
이어 “또한, 파장과 공간 정보를 고해상도로 동시에 기록하는 초분광 영상이나, 여러 파장의 빛들을 정밀하게 원하는 형태로 제어하는 3D 광집속 기술, 아주 짧은 시간 동안 일어나는 현상을 포착하는 초고속 이미징 기술 등 다양한 첨단 광학 기술로 확장도 가능하다”라고 밝혔다.
해당 연구 결과는 KAIST 바이오및뇌공학과 이동구 박사과정, 송국호 박사과정이 공동 제1 저자, 장무석 교수가 교신저자로 참여했으며 국제 학술지 `사이언스 어드밴시스 (Science Advances)' 2025년 5월 28일 온라인판에 게재됐다.
※논문명 : Reconstructive spectrometer using double-layer disordered metasurfaces
※DOI: 10.1126/sciadv.adv2376
이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 과학기술정보통신부 한국연구재단이 주관하는 우수신진연구자사업, 선도연구센터지원사업(ERC), 바이오·의료기술개발사업 사업의 지원을 받아 수행됐다.
2025.06.13
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차세대소형위성2호 2년 임무 완수 - 북극·산림 변화 척척 관측
우리 대학 우주연구원(원장 한재흥)이 개발하여 2023년 5월 25일 18시 24분 나로우주센터에서 누리호 3차로 발사한 차세대소형위성2호가 핵심 임무인 국산 영상레이다(SAR, Synthetic Aperture Radar) 기술검증 및 전천후 지구관측 등을 지난 2년간 성공적으로 마쳤다.
차세대소형위성2호에 탑재된 영상레이다 시스템은 KAIST 우주연구원이 국내 최초로 설계, 제작, 지상 시험․평가를 거쳐 국산화한 기술로, 2025년 5월 25일 자로 2년간의 우주 궤도상 기술검증 임무를 성공적으로 완료했다.
특히 이 영상레이다 시스템이 100kg급 소형위성인 차세대소형위성2호에 탑재되어 관측임무를 완수했다는 점은, 우주용 영상레이다 시스템의 소형·경량화 기술 확보와 국내 위성기술 경쟁력 강화 측면에서 의미가 크다.
개발된 영상레이다는 전자파를 이용하는 능동 센서로, 주야간 기상조건에 관계없이 전천후 영상 획득이 가능한 장점이 있다. 어두운 밤이나 구름 또는 비가 많은 기상 환경에서도 관측할 수 있어 한반도처럼 강우와 구름이 빈번한 지역의 감시에 특히 유용하다.
위성 발사 이후, 차세대소형위성2호는 하루 평균 3~4회의 영상 촬영을 수행하며 기능점검과 기술검증을 진행해 왔다. 현재까지 1,200회 이상의 지구관측을 완료했으며, 위성의 임무 수명이 지난 현재에도 영상레이더의 성능은 양호하여, 관측 임무를 안정적으로 이어가고 있다.
국산화 기술 검증 단계임에도, KAIST 우주연구원은 극지연구소(소장 신형철) 및 국립공원연구원(원장 김진태)과 협력하여 2024년 3월 이후에는 북극 빙권 변화분석과 산림 영역 변화탐지를 위한 관심 지역을 우선 촬영하고 있다.
KAIST 우주연구원은 북극 해빙 관심지역에 대한 반복 관측을 수행하고 있으며, 극지연구소 원격탐사빙권정보센터는 관측결과를 이용하여 시계열 기반의 분석을 통해 기후변화로 인한 해빙 면적 및 구조 변화를 정밀 추적하고 있다.
최근, 극지연구소는 차세대소형위성2호와 유럽 우주청(ESA)의 센티넬-1호(Sentinel-1)의 관측 데이터를 융합하여, 캐나다 밀른(Milne) 빙붕(Ice Shelf, 육지에서 흐른 빙하가 바다로 흘러 들어가면서 바다 위에 떠 있는 거대한 얼음층)에서 2021년부터 2025년 사이에 빙붕 뒤편의 얼음 호수 면적이 무려 15㎢나 증가한 사실을 포착했다. 이로 인해 구조적 불안정성이 심화되고 있으며, 이는 북극의 기후 변화가 가속화되고 있음을 보여주는 중요한 신호로 분석된다.
극지연구소 원격탐사빙권정보센터 김현철 센터장은 "이번 연구 결과는 북극 빙붕이 기후변화에 얼마나 취약한지를 보여주는 중요한 증거이며 앞으로도 차세대소형위성2호 영상레이다를 이용한 지속적인 관측과 분석을 통해 북극 환경 변화를 예측하고, 국제적인 협력을 강화해 나갈 것"이라고 밝혔다. 또한 “이번 연구 성과를 국제학술대회에 발표하며 북극 환경 변화에 대한 국민의 이해를 높이기 위해 교육과 홍보 활동도 전개할 예정”이라고 덧붙였다.
한편, 국립공원연구원 기후변화연구센터와 협력을 통해, 차세대소형위성2호의 영상자료는 기후변화에 따른 생물계절 변화탐지, 고지대 침엽수 고사 및 산사태와 같은 산림 생태계 변화 모니터링 연구에도 활용되고 있다. 아울러 산림지역의 탄소 저장량 공간 분포를 위성 영상으로 분석하고, 이를 현장 측정값과 비교하여 분석 정밀도를 높이는 연구도 병행 중이다.
영상레이다는 빛과 날씨에 영향을 받지 않을 뿐 아니라, 산불 발생 시 시야를 가리는 화염과 연기를 뚫고도 관측이 가능하다. 따라서 넓은 면적의 보호구역을 정기적으로 감시하는 데 매우 효과적인 도구로, 향후 산림 보호정책 수립에도 기여할 것으로 기대된다.
뿐만 아니라, KAIST 우주연구원은 차세대소형위성2호의 관측 영상 활용도 제고를 위해 우주항공청(윤영빈 청장)의 예산지원으로 위성에서 수신된 기술 검증 중심의 데이터를 연구기관들이 쉽게 활용할 수 있도록 표준 영상 제품으로 가공하는 시스템도 개발 중이다.
우주연구원 한재흥 원장은 “차세대소형위성2호는 국산화 개발에 성공한 데에 그치지 않고, 실제 환경 분석과 국가 연구에 직접 활용되어 성과를 내고 있다는 점에서 더욱 큰 의미가 있다”며 “앞으로도 차세대소형위성2호 영상레이다 데이터의 활용에 힘쓸 것”이라고 밝혔다.
이광형 KAIST 총장은 “차세대소형위성2호는 KAIST가 보유한 우주 기술력과 연구진의 혁신 역량을 집약한 결과물로, 이번 성과는 KAIST가 앞으로 우주 기술 인재 양성과 연구개발에 더 큰 가능성을 보여줄 수 있는 신호라고 생각하고 앞으로도 이에 더욱 박차를 가할 것”이라고 밝혔다.
2025.05.29
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초소형군집위성 1호 발사 및 교신 성공
우리 대학 인공위성연구소가 과기정통부와 국가정보원의 지원을 받아 개발한 '초소형군집위성 1호'가 발사와 교신에 성공했다.
초소형군집위성(총11기)은 한반도 및 주변 해역을 고빈도로 정밀 감시하고 국가안보 및 재난·재해에 신속히 대응하기 위해 2020년부터 개발해온 지구 관측 위성이다.
미국 로캣랩(RocketLab) 社의 일렉트론(Electron) 발사체에 탑재된 '초소형군집위성 1호'는 24일 오전 07시 32분(현지시간 오전 10시 32분)에 뉴질랜드 마히아 발사장에서 발사됐다.발사 후 2분 27초와 9분 15초 뒤 발사체 1·2단이 각각 분리됐으며, 약 50분 만인 오전 8시 22분경 발사체와 최종 분리돼 위성이 최종 궤도에 투입됐다. 이후, 11시57분경(한국시간), 항우연 대전 지상국에서 수신한 위성정보를 분석한 결과, 태양전지판이 정상적으로 전개되어 안정적인 전력을 생산하는 등 위성 상태가 전반적으로 양호한 것으로 확인되었다. 오후 14시 13분 및 15시44분경에 남극 세종기지 지상국과 교신한 결과, 양방향 교신이 정상적으로 이루어져 성공적인 위성 발사를 확인했다.
초소형군집위성 1호는 당초 계획한 궤도(약 500km 상공)에서 위성체 및 광학 탑재체의 성능을 1개월간 시험하고 관측 영상의 품질을 5개월 동안 점검할 계획이다. 점검이 마무리되는 2024년 11월부터 1호 위성은 본격적으로 지구관측 임무를 수행할 수 있게 된다.
초소형군집위성은 이번에 발사 성공된 1호 위성을 시작으로 2026년 및 2027년에 각5기, 총10대의 위성이 한국형 발사체인 누리호로 후속 발사될 예정이다. 2027년 하반기부터 총 11대의 위성이 군집의 형태로 운영‧활용될 경우 한반도를 하루 3번 이상 관측할 수 있게 되어 기존의 중대형 지구관측위성의 역량을 획기적으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.한편, 초소형 위성군집시스템 개발사업은 우리 대학이 총괄하는 사업으로, 우리 대학 인공위성연구소가 ㈜쎄트렉아이와 함께 위성시스템을 공동 개발했으, 항우연이 국내 다수 우주기업과 함께 지상시스템‧검보정 및 활용시스템을 개발했다.
2024.04.25
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차세대소형위성 2호 성공적 관측영상 공개
우리 대학은 지난 5월 25일 나로우주센터에서 발사된 누리호 3차 주탑재 위성인 차세대소형위성 2호에 대한 초기 운영을 완수했다고 5일 밝혔다.
차세대소형위성 2호는 2023년 5월 25일 18시 24분에 발사된 후 고도 550km 궤도에 안착했으며, KAIST는 지난 3개월 동안 차세대소형위성 2호에 대한 초기 운영을 통해 위성 본체, 탑재체, 지상국 전반에 걸친 기능 점검과 시스템 안정화 및 탑재체 시험 관측을 모두 수행했다.
초기 운영 기간 중 KAIST 인공위성연구소는 주 탑재체인 ‘영상레이다 (SAR: Synthetic Aperture Radar)’로 전 세계 여러 곳을 시험 촬영하는 데 성공했으며, 초기 운영 종료 시점에 즈음하여 대표적인 시험 관측 영상을 공개했다.
영상레이다는 전파를 지상으로 쏜 후 지상에서 산란되어 되돌아온 전파를 수신하여 신호처리를 통해 영상을 얻기 때문에 주·야간 빛의 영향을 받지 않으며 구름 등 기상 상황과 관계없이 지상관측을 수행할 수 있다. 공개된 시험 관측 영상은 초기 운영 기간 중 영상레이다 탑재체 시험 운영 과정에서 촬영된 영상으로서, 가시광선이 아닌 마이크로파(microwave)로 바라본 세상을 담고 있는 것이 특징이다.
또한 초기 운영 기간 중 과학 탑재체 ‘레오도스 (LEO-DOS)’의 기능을 점검하고 정상적인 작동상태를 확인하였으며, 시험 운영을 통해 우주방사선 관측자료를 확보했다. 한국천문연구원(원장 박영득)이 개발한 근지구궤도 우주방사선 관측장비 ‘레오도스 (LEO-DOS: Low-Earth Orbit space radiation DOSimeter)’가 시험 운영기간 동안 획득한 전 지구 우주방사선 등가선량 지도를 공개했다.
아울러 KAIST 인공위성연구소는 초기 운영 기간 중 산·학·연에서 국산화한 핵심기술검증 탑재체 4종 (① GPS·Galileo 복합 항법 수신기, ② 상변환 물질을 이용한 열 제어장치, ③ X-대역 GaN기반 전력증폭기, ④ 태양전지배열기)에 대한 시험 운영을 통해 모든 탑재체가 정상적으로 작동함도 확인했다.
첫 번째, 항법위성으로부터 신호를 획득해 궤도를 돌고 있는 차세대소형위성 2호의 위치와 속도를 측정하는 ‘GPS·Galileo 복합 항법 수신기((주) 두시텍 개발)’의 모든 기능이 정상적임을 확인하였다. 두 번째, ‘상변환 물질을 이용한 열 제어장치(한국공학대 개발)’에 대한 작동시험 결과 등온 축열 기능을 이용해 열교환을 수행하고 위성 내부 고발열 유닛 온도를 일정하게 유지하는 열제어 기능이 정상 작동함을 확인했다. 세 번째, ‘X-대역 전력증폭기(한국전자통신연구원 개발)’의 상태 정보를 점검하고, 탑재된 전용 안테나를 통해 방사한 X-대역 시험 신호를 지상의 추적안테나로 수신함으로써 전력증폭기가 정상적으로 작동하고 있음을 확인하였다. 네 번째, ‘태양 전지 배열기(KAIST 개발)’가 임무 궤도에서 생성하는 전압과 전류 검침 정보를 통해 우주에서 정상적으로 전력을 생산함을 확인했다.
KAIST 인공위성연구소는 차세대소형위성 2호 발사 후 3개월간의 초기 운영을 완수함에 따라, 이후 영상레이다 탑재체에 대한 기술 검증 임무와 과학 탑재체 및 핵심 기술 검증 탑재체에 대한 정상 임무에 돌입할 예정이다.
영상레이다 탑재체는 향후 8개월간 추가적인 기술 검증을 거친 후 정상 임무를 통해 본격적으로 활용될 예정이다. 추가 기술 검증 기간에는 영상레이다에 대한 기술 시험 운영과 검보정을 수행하게 된다. 기술검증을 최종 완료한 후 정상 임무를 통해 북극 해빙 변화 탐지, 산림변화 탐지 및 해양 환경오염 탐지 등에 활용될 영상레이다 관측 자료를 제공할 예정이다.
KAIST 인공위성연구소 한재흥 소장은 “차세대소형위성 2호의 목표궤도 진입 후 정상적인 위성 관제와 임무 수행을 지속하고 있으며, 영상레이다 탑재체 시험 관측, 과학 탑재체 시험 관측, 핵심기술검증 탑재체 기능 점검을 모두 성공적으로 마쳤다”고 초기 운영 결과를 밝혔다.
한소장은 “KAIST가 개발한 차세대소형위성 2호는 위성 본체와 탑재체 대부분이 국내 독자 기술로 개발됐으며, 공개된 영상은 KAIST가 국내에서는 처음으로 국산화한 우주용 영상레이다를 이용해 촬영한 지구관측 사진이라는 점에서 큰 의미가 있다. 이번에 확보한 귀중한 기술자산과 운영경험이 향후 국산 영상레이다 기술 고도화에 활용되기를 바란다”고 덧붙였다.
2023.09.05
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차세대소형위성2호 초기 교신 성공
우리 대학 인공위성연구소(소장 한재흥)에서 개발한 차세대소형위성2호가 지난 5월 25일 18시 24분에 발사된 누리호에서 안전하게 분리되어 목표 궤도에 성공적으로 안착하였으며, 같은날 19시 58분 대전 KAIST 지상국과 최초 교신에 성공했다.
차세대소형위성2호의 최초 비콘 신호는 누리호 발사 후 약 40분 만인 25일 저녁 7시 4분경 항공우주연구원의 남극 세종기지 안테나를 통해 수신할 예정이었으며, 실제로는 7시 7분에 수신이 확인되었다. 위성 발사 후 약 94분 만인 25일 저녁 7시 58분경 대전 KAIST 지상국과 최초 교신에 성공했다.
이후, 남극 세종기지에서 비콘 신호를 2차례 더 확인했고, 스웨덴 보덴 지상국과 대전 KAIST 지상국에서 8차례 교신을 수행하면서 차세대소형위성2호의 통신시스템과 자세제어시스템, 전력시스템, 탑재 컴퓨터 등의 기능을 점검했다.
특히, 국내 우주핵심기술 연구개발 성과물로 차세대소형위성2호의 자세제어시스템에 처음 적용된 반작용휠과 광학자이로의 기능을 점검하고, 차세대소형위성2호 태양전지판이 태양을 바라보는 자세제어와 고속데이터 송신을 위해 안테나를 지상국으로 지향하는 자세제어 기능을 확인했다.
또한, 태양전지판과 태양전력조절기, 리튬이온 배터리 등 차세대소형위성2호의 전력시스템을 점검해, 태양전지판에서 안정적으로 생성된 약 256W의 전력을 통해 위성 배터리가 만충전 상태를 유지하고 있는 것을 확인했다.
차세대소형위성2호는 중점임무인 영상레이더 기술검증과 지구관측, 우주과학임무인 근지구궤도 우주방사선 관측, 그리고 4종의 국내 개발 핵심기술에 대한 우주검증을 수행할 예정이다.
영상레이더는 광학카메라와 달리 빛과 구름의 영향을 받지 않아, 주야간 및 악천후에도 지상 관측이 가능하다. 순수 국내 기술로 개발된 차세대소형위성2호의 X-대역 영상레이더는 해상도 5m, 관측폭 40km의 레이더 영상을 획득을 목표로 한다.
우주방사선 관측기는 근지구 궤도의 중성자·하전입자에 대한 정밀 선량 지도를 작성하고, 태양활동 상승 주기의 우주방사선 변화에 따른 우주환경 영향과 근지구 궤도의 중성자 가중치를 연구하는 데 활용된다.
아울러 산·학·연에서 국산화한 위성핵심기술 4종(①상변환 물질을 이용한 열제어장치, ②X-대역 GaN기반 전력증폭기, ③GPS·Galileo 복합항법수신기, ④태양전지배열기)에 대한 우주검증도 함께 수행된다.
차세대소형위성2호는 약 3개월의 초기 운영 기간 동안 위성 본체 및 탑재체에 대한 기능을 상세히 점검한 후, 계획된 영상레이더에 대한 기술검증•지구관측, 우주방사선 관측 및 핵심기술 검증의 정상적인 임무를 약 2년간 수행할 예정이다.
위성 발사 후 1주일 동안 위성 본체 및 탑재체에 대한 기초적인 상태 점검을 수행하고, 발사 후 1개월까지 위성 본체에 대한 세부 기능을 상세히 점검한 뒤, 발사 후 3개월까지 모든 탑재체에 대한 세부 기능점검을 완료함으로써 향후 정상 임무를 위한 위성 상태 최적화를 수행할 예정이다. 이광형 KAIST 총장은 "우리별 1호부터 30여 년간 축적해온 소형위성 개발과 운영 경험을 바탕으로 차세대소형위성2호의 임무를 성공적으로 완수하여 우리나라 소형위성 기술 수준을 한 단계 높일 수 있을 것으로 기대한다"라고 밝혔다.
2023.05.26
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3D 프린터로 차세대 소형원전 안전성 높이는 기술 나왔다
우리 대학 원자력및양자공학과 류호진 교수 연구팀이 금속 3D 프린팅을 활용해 소형모듈원자로(SMR) 안전성을 더욱 높일 수 있는 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. SMR은 발전용량이 300메가와트(㎿) 수준인 소형 원자력발전소로 기존 원전보다 훨씬 좁은 땅에서 비슷한 수준의 전기를 생산할 수 있는 차세대 기술이다. 한국원자력연구원은 강석훈 재료안전기술개발부 책임연구원팀과 금속 분말 소재 전문 제조 기업인 하나에이엠티도 개발에 참여했다.
3D 프린팅 기술을 이용하면 원자로와 같이 구조가 복잡하면서 정밀한 가공이 요구되는 부품을 이음새 없이 설계‧제조할 수 있다. 원재료를 별도로 가공처리하지 않아고 되고 재료 손실도 거의 없어 비용을 아낄 수 있다는 장점도 있다. 때문에 최근 원전 부품 제조업에서 3D 프린팅 기술이 각광받는 추세다.
연구팀이 개발한 것은 SMR 압력용기 소재를 만들 수 있는 3D 프린팅 전용 금속 분말이다. 원자로 압력용기는 원자로 격납 건물 내부 정중앙에 위치한 핵심 구조물로 안에는 핵 연료봉이 들어간다. 압력용기가 튼튼하게 만들어져야 그 안에서 핵분열이 안전하게 일어나면서 전기 생산이 가능하다는 것이다.
원자로 압력용기는 탄소 함량이 높은 소재로 돼있어 3D 프린팅용 미세 분말로 만들기가 어려웠다. 탄소 함량이 높은 소재는 분말로 만드는 과정에서 쉽게 산화되고 유동성이 낮아 3D 프린터에서 분말을 분사하는 노즐을 통과하기 어렵기 때문이다.
이에 연구팀은 수십 마이크로미터(㎛) 크기의 3D 프린팅용 미세 분말을 제조했다. 여기에 분말을 방사하는 노즐을 소용돌이 형태로 만들어 분사 중에 분말 크기를 미세하게 제어할 수 있도록 해 유동성도 개선했다. 이후 3D 프린팅 방식의 빔 에너지, 스캔 속도, 열의 양을 조절해 충격 흡수율이 우수한 소재를 만드는 최적의 공정 조건을 만들었다.
연구팀은 영하 196도 저온에서 영상 80도 고온까지 다양한 환경에서 3D 프린터로 만든 압력용기용 소재와 기존 압력용기용 소재의 충격 흡수율을 비교했다. 기존 소재는 영하 75도 부근에서 쪼개지는 걸 발견했으나 3D 프린터로 만든 소재는 영하 145도까지 버틸 수 있었다. 금속이 깨지기 쉬운 극한의 저온 환경에서도 충격을 잘 흡수한 것이라고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 앞으로 3D 프린팅 기반 제조 기술 표준화와 규제기관 인허가 획득에 힘쓸 계획이다. 주한규 한국원자력연구원장은 “이번에 개발한 3D 프린팅용 분말 소재는 향후 SMR은 물론 높은 안전성이 요구되는 각종 원자로 부품 제작에도 널리 활용될 것이라 기대한다”고 말했다.
2023.01.27
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최원호 교수 연구팀, 2022년 큐브위성 경연대회 기초위성분야 최종 선정
우리 대학 원자력및양자공학과 최원호 교수 연구팀이 한국항공우주연구원이 주관한 ‘2022 큐브위성 경연대회’에서 기초위성분야에 최종 선정됐다고 19일 밝혔다. 특히 이번 대회에서 항공우주공학과 윤효상 교수 연구팀도 함께 선정되어 KAIST는 복수의 팀이 선정되는 쾌거를 이뤘다.
이번 대회 선정팀은 큐브위성 개발비용(기초위성 3억원/고급위성 7.5억원)과 발사 기회(누리호 4차 발사, 2025년 예정)를 제공받게 되며 항우연으로부터 위성 설계 검토, 우주환경시험 등 큐브위성 제작에 필요한 각종 기술을 지원받게 된다.
최 교수 연구팀이 개발하는 위성의 이름은 K-HERO(KAIST Hall Effect Rocket Orbiter)로 초소형위성용 홀추력기의 궤도 검증을 목표로 한다. 홀추력기는 위성 전기추력기의 일종으로 궤도 조정, 군집비행 등의 위성 기동에 필수적인 기술이다.
최 교수 연구팀은 지난 20여 년간 약 20여 종의 홀추력기(50-2,000 W급) 연구개발을 수행하며 국내 전기추력기 연구를 선도하고 있다. 특히 최 교수 연구팀이 개발한 10 mN급 홀추력기는 2013년 발사된 과학기술위성 3호에 탑재되어 임무를 수행한 바 있다.
연구팀은 이번 임무를 통해 큐브위성용 홀추력기의 상용화에 성공한다면 전 세계적으로 증가하고 있는 큐브위성용 추력기 수요에 대응할 수 있을 것이며 국내 큐브위성 업계의 경쟁력 제고에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다고 밝혔다.
2022.12.20
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제2회 소형위성 임무성과 발표 및 우주핵심기술 전시회 개최
우리 대학은 「소형위성 임무성과 발표 및 우주핵심기술 전시회」를 3일(금) 온·오프라인 하이브리드 방식으로 개최한다고 밝혔다.
이번 행사는 2018년 발사한 `차세대 소형위성 1호`의 3주년을 맞이하여 우리 대학 인공위성연구소가 보유한 우주 핵심기술을 소개하는 취지에서 마련됐다. 이에 국내 산업체와 학교·연구소에서 독자적으로 개발한 우주기술의 성능시험 결과를 발표하고 기술을 시연할 예정이다.
‘차세대 소형위성 1호’는 과학기술정통부와 우리 대학 인공위성연구소가 지난 6년간 추진한 사업으로 우리 대학, 한국천문연구원, 세트렉아이, AP위성, 져스텍, 파이버프로 등 국내 산·학·연이 한뜻을 모아 연구에 참여했다. 2018년 12월 4일 성공적인 발사 이후 과학 관측과 우주 핵심기술 검증 등의 임무를 원활히 수행 중이다.
주관 개발기관인 우리 대학 인공위성연구소는 발사 후 약 3년간 위성 상태, 자세 제어 및 기동 성능, 태양전지판 전개, 태양폭풍 방사선 및 플라즈마 측정, 근적외선 영상분광카메라로 은하 관측 등을 수행했으며, 3일(금) 관련 성과를 공유할 예정이다.
또한 △3차원 적층형 대용량 메모리 △S대역 디지털 송수신기 등 과학기술정통부 사업으로 추진하고 국내에서 독자적으로 개발한 *7대 우주 핵심기술의 성과발표와 전시를 진행한다.
이 외에도 △X-대역 고속자료전송장치 △소형위성 SAR 안테나/TR 모듈 △6U 초소형 STEP Cube Lab-II 개발 등의 핵심 우주기술을 만나볼 수 있다.
권세진 KAIST 인공위성연구소장은 "이번 성과발표 및 전시회가 국내 우주 분야 종사자들이 상호협력을 증진하는 토대가 되길 바란다”라고 전했다.
우리 대학 이광형 총장은 “뉴 스페이스 시대가 본격화됨에 따라 우주산업 육성과 발전은 필수 불가결하다. 활발한 기술정보 교류의 장을 지속 독려하여 우주기술 국산화와 자립화를 확대할 것”이라고 강조했다.
이번 행사는 코로나19 상황을 고려하여 참가 링크(https://url.kr/qcdvet) 에서 직접 사전 신청 후 참석이 가능하다. 또한 정부의 위드 코로나 지침에 따라 방역패스(접종증명·음성확인제)를 적용할 예정이다.
2021.12.02
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핵비확산교육연구센터, 원자력 3S 시민 강좌 개최
우리 대학이 오는 10일(수)부터 이틀간 원자력 3S(Safety-원자력 안전, Safeguard-핵안보, Security-핵비확산) 인식 개선을 위한 온라인 시민 강좌를 개최한다.
ʻ다가오는 소형원전의 시대, 어떻게 준비할 것인가ʼ를 주제로 열리는 이번 시민 강좌는 과학적 근거에 바탕을 둔 원자력 정보를 국민에게 제공하고 국가의 원자력 정책이 나아가야 할 방향을 제시하기 위해 마련됐다.
우리 국민 중 원자력 및 관련 분야에 관심을 가진 사람이라면 누구나 무료로 참여할 수 있으며, 11일 오후에는 원자력 전공자는 물론 비전공 학생들까지 모두 참여할 수 있는 진로 상담이 진행된다.
이번 세미나는 소형모듈원전(Small Modular Reactor, 이하 SMR)에 대한 전반적인 지식 및 국가 차원의 쟁점들을 다룰 예정이다. SMR은 미래 저탄소 에너지 시스템을 구현할 수 있는 최적의 수단이자 최근 대두되고 있는 탄소중립 정책의 대안으로 떠오르는 기술이다.
강좌 첫날인 10일에는 황일순 UNIST 원자력공학과 석좌교수가 연사로 나서 ʻSMR의 전반적 개발 현황과 시스템 특성, 안전성 그리고 미래 전망ʼ을 설명한다. 이와 함께, 정범진 경희대학교 원자력 공학과 교수가 ʻ조 바이든 대통령은 왜 SMR을 지지할까ʼ라는 강연을 통해 미국의 소형원전 개발 상황 및 탄소중립과 SMR을 둘러싼 국제 사회의 정책 방향 및 시사점을 전달한다. 마지막으로 이정익 KAIST 원자력및양자공학과 교수는 ʻ탄소중립의 비타민 SMRʼ을 주제로 SMR의 비전력 사용과 SMR이 미래전력망에 기여할 수 있는 점들에 대해 알기 쉽게 설명한다.
이어, 둘째날에는 정용훈 KAIST 원자력및양자공학과 교수가 ʻSMR과 휴머니즘ʼ을 주제로 SMR이 가져올 인류와 사회의 변화에 대해 설명한다. 또한, 임만성 KAIST 원자력및양자공학과 교수는 ʻSMR과 핵무기 연계성ʼ 강연을 통해 소형원자로 기술이 핵무기 개발로 전용될 수 있다는 우려에 대한 전문가적 견해를 제시한다. 이날 강연 후에는 ʻ미래 원자력에서 나의 길 찾기ʼ라는 주제로 진로 상담도 진행된다. 대학생은 물론 초·중·고 학생 중에서도 원자력 분야에 관심이 있는 학생이라면 누구나 참여할 수 있다. 원자력 관련 기관의 전문가들이 산업 및 연구 현장에서 수행되는 연구 주제와 실무 경험담을 공유한 뒤 진로와 관련한 학생들의 세부적인 궁금증을 해소할 질의응답 시간도 가질 계획이다.
이번 시민 강좌 및 진로 상담은 KAIST 핵비확산교육연구센터(센터장 임만성)가 주최하고 국립외교원·한국원자력통제기술원·한국원자력안전기술원·한국원자력연구원·한국수력원자력 중앙연구원·한국전력기술·경희대학교· UNIST 등 대학 및 연구기관 소속의 핵정책 및 원자력기술 전문가들이 연사로 참가한다.
강좌를 총괄한 임만성 센터장은 "대형원전에서 소형원전으로 패러다임이 바뀌는 상황에서 다양한 미래 에너지 시스템 수요에 대응할 수 있는 원자력의 역할을 국가가 고민하고 시민 사회에 공유해 다 같이 공감할 수 있는 정책을 만들어야 한다ˮ라고 강조했다.
이어, 임 센터장은 "이번 강좌를 통해 미래 원자력 시스템인 소형원전에 대한 시민들의 이해도를 높이고 더 나아가 탄소중립 등의 에너지 문제를 개선하는 정책과 방향을 설정하는 일에 자연스럽게 기여할 수 있을 것으로 기대한다ˮ라고 전했다. 11월 10일 오후 1시 30분에 시작되는 시민강좌는 비대면 방식으로 진행되며, 사전 신청을 통해 누구나 무료로 참석할 수 있다. 참가 등록 및 자세한 내용은 KAIST 핵비확산교육연구센터 홈페이지(http://nerec.or.kr/)에서 확인할 수 있다.
2021.11.05
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신형원자로연구센터, 동그라미재단 혁신 과학 프로젝트 본격 논의
우리 대학 신형원자로연구센터가 참여하는 ‘동그라미재단 혁신 과학 프로젝트’의 연구개발 현황과 향후 방안을 논의하는 모임이 4월 20일 원자력및양자공학과 회의실에서 개최됐다.
이번 회의에는 안철수 동그라미재단 출연자, 권치중 동그라미재단 이사장, 장순흥 한동대 총장, 하재주 한국원자력학회 학회장, 백원필 한국원자력연구원 전 부원장 등이 참석했다. 우리 대학에서는 윤종일 원자력및양자공학과 학과장을 포함해 신형원자로연구센터의 연구책임자 및 관계자들이 한자리에 모여 의견을 공유했다.
안철수 동그라미재단 출연자는 격려사를 통해 “사회에 꼭 필요하고 중요하지만, 정부 정책 우선순위에 들지 못하거나 기업에서는 시장성이 적어 투자에 소외되는 혁신과학기술 연구개발 분야를 지원하기 위해 이 사업을 시작하게 되었다”라고 사업을 지원하게 된 배경을 설명했다.
그는 이어, “세계 수준의 기술을 보유한 우리나라의 원자력 산업이 현재 침체되고 있다ˮ고 강조하고 ”실질적인 위협으로 다가오고 있는 미세먼지와 온실가스 등의 문제를 해결하는 데에도 원자력 기술이 크게 기여할 수 있다ˮ라고 원자력 산업이 발전해야 하는 이유를 덧붙였다.
20일 열린 회의에서는 정용훈 교수가 발제를 맡아 ▴사고 가능성이 없는 자율 운전 원자로 개발 ▴액화 공기를 사용하는 초대용량 청정에너지 저장장치 개발 등의 연구 방향을 공개했다.
우선, 중대 사고의 가능성이 없는 노심의 설계와 완전한 자율운전 기능을 갖춘 초소형 자율운전 원자로는 한번 연료를 장전한 이후 20년 이상 알아서 운전하는 것이 가능하다. 연구개발에 성공할 경우 향후 우리나라가 중소형 원자로 시장에서 글로벌 경쟁력을 갖출 수 있는 기반을 마련할 수 있다는 것이 정 교수의 설명이다.
이어, 초거대용량의 청정에너지 저장장치에 관해서도 설명했다. 액화 공기를 사용하여 에너지를 저장하는 방식을 도입해 시설의 대형화가 쉽고 오염물질의 배출이 없으며 부가 기능으로 이산화탄소 포집이 가능한 에너지 저장 기술의 개념이다.
정 교수는 “신형원자로연구센터는 탄소 중립으로 가는 길에 원자력의 활용도를 높이는 기술개발을 목표로 연구에 매진하고 있다”라고 덧붙였다. 한편, 동그라미 재단은 기후·환경 및 생태계·에너지·공중보건 분야 중 세계 인류가 직면한 난제 해결을 위해 작년 12월 국내 대학 및 연구기관, 단체를 대상으로 ‘혁신과학기술 센터 및 프로그램’ 공모사업을 실시해 우리 대학을 포함해 최종 선정된 6개 기관에 총 12억 원을 지원한 바 있다.
2021.05.03
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초소형·저전력·저잡음 브릴루앙 레이저 구현 성공
우리 대학 물리학과 이한석, 이용희 교수 공동연구팀(초세대협업연구실)이 경북대학교 최무한 교수, 호주국립대학교 최덕용 교수 연구팀과 공동연구를 통해 초소형·저전력·저잡음 *브릴루앙 레이저를 구현하는 데 성공했다고 23일 밝혔다. 주파수의 흔들림이 거의 없는 초소형·저전력·저잡음 광원은 차세대 초정밀 광센서 구성에 필요한 핵심 소자다.
☞ 브릴루앙 레이저(Brillouin laser): *브릴루앙 산란에 기반해 레이저 빛을 생성 증폭하며, 따라서 레이저의 매질이 브릴루앙 산란을 쉽게 일으킬수록 더 작은 에너지로도 작동할 수 있다. 출력 레이저 빛은 입력된 펌프 빛보다 주파수의 흔들림이 작고 매우 낮은 잡음을 갖는다.
☞ 브릴루앙 산란(Brillouin scattering): 빛이 매질과 상호작용을 통해 음파(acoustic phonon)를 생성하고 산란되는 현상. 산란된 빛은 음파의 에너지에 대응되는 주파수 감소를 겪으며, 유도 방출(stimulated emission) 즉 동일한 특성의 빛을 복제하는 것이 가능해 레이저 구성에 이용될 수 있다.
공동연구팀은 기존에 주로 사용돼온 물질보다 브릴루앙 산란 현상이 수백 배 잘 일어나는 칼코겐화합물 유리를 기반으로 브릴루앙 레이저를 개발함으로써 성능을 극대화했다. 칼코겐화합물 유리는 화학적 불안정성으로 인해 칩 상에서 식각을 통한 성형이 어렵다는 근본적인 약점이 있지만 연구팀은 증착 과정에서 자발적으로 광소자가 구성되는 새로운 제작 기법을 개발해 이런 문제를 해결했다.
연구팀이 개발한 제작 기법은 겨울철 지붕 위에 쌓인 눈의 형태가 지붕의 형태에 의해 정해지므로 눈을 직접 만지지 않고서도 지붕의 형태만을 조절해 원하는 눈의 형태를 얻는 것에 비유할 수 있다. 즉, 현재 반도체 공정 기술로 가공하기 쉬운 산화규소를 이용해 바닥구조를 적절히 형성하면, 그 위에 칼코겐화합물 유리를 증착하는 것만으로도 우수한 성능의 광소자가 자발적으로 형성되는 현상을 최초로 입증한 것이다.
공동연구팀은 자체 개발한 이 제작 기법을 활용해서 칼코겐화합물 유리 기반 고성능 브릴루앙 레이저를 반도체 칩 상에 초소형 광소자의 형태로 구현하는 데 성공했다. 또 기존 기록보다 100배 이상 낮은 펌프 에너지로도 레이저 구동이 가능함을 밝혔다.
공동연구팀 관계자는 "소형화 및 저전력 구동은 상용화를 위한 필수적인 요소ˮ라면서 "공동연구팀의 브릴루앙 레이저 광원 개발은 자율주행에 필요한 거리뿐만 아니라 회전관성 센서의 감도를 획기적으로 개선하는 등 차세대 광센서 개발에 널리 활용될 것으로 기대가 크다ˮ고 말했다.
그는 또 "연구 과정에서 개발한 신공정 기법은 지금껏 활용할 수 없었던 다양한 물질을 미세 광학소자 분야에 도입, 가능케 했다는 점에서 매우 의미가 클 뿐 아니라 향후 널리 활용될 가능성이 큰 원천기술이다ˮ라고 의미를 부여했다.
이번 연구를 주도한 교신저자 이한석 교수는 "칼코겐화합물 유리는 다양한 분자의 흡수선이 존재하는 중적외선 대역에도 적용 가능해 분자 분광에 기반한 환경감시 및 헬스케어 분야까지 그 응용범위를 넓힐 수 있을 것ˮ이라고 내다봤다. 또 다른 교신저자인 최덕용 교수는 "연구 과정에서 개발된 공정기법은 다양한 물질의 이종 결합(hybrid integration)을 가능하게 해 미래 양자 인터넷의 핵심 소자인 고효율 양자 광원 및 양자 메모리 분야에도 응용될 수 있다ˮ고 강조했다.
우리 대학 물리학과 김대곤 박사과정 학생과 한상윤 박사후연구원(現 대구경북과학기술원 교수)이 공동 제1 저자로 참여한 공동연구팀의 이번 논문은 국제학술지 `네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 11월 23일 字에 실렸다. (논문명: Universal light-guiding geometry for on-chip resonators having extremely high Q-factor)
한편 이번 연구는 2018년 삼성미래기술육성사업에 선정돼 지속적인 지원을 받아 수행됐다.
2020.12.23
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제7회 국제핵비확산학회, 온라인 국제포럼으로 개최
우리대학 핵비확산교육연구센터는 오는 4일부터 6일까지 3일간 '제7회 국제핵비확산학회(2020 Online International Conference on Nuclear Nonproliferation)'를 국립외교원 외교안보연구소(소장 오영주)와 공동 개최한다.
7회째를 맞는 올해 학회에서는 반기문 前 유엔 사무총장이 축사를 전하고 브렌트(Brent K. Park) 미국 에너지부 산하 국가핵안보국(NNSA) 차관보가 연사로 참여해 ▴2020년 핵비확산 동향 평가 ▴동북아 평화와 북한의 비핵화 ▴미래 세계의 지속 가능한 에너지 사용과 국제 안보 및 핵비확산 측면에서 바라본 소형원전 개발의 의미 ▴글로벌 차원에서의 핵비확산 강화 방안 등을 주제로 논의가 이뤄질 예정이다.
이를 위해, KAIST·국립외교원·한국원자력통제기술원 등 국내 기관은 물론 미국 에너지부(Department of Energy) · 하버드대 · 스탠퍼드대 · MIT, 러시아 에너지 및 안보연구센터(CENESS Russia), 중국의 푸단대를 비롯해 카네기-칭화 글로벌정책센터, 일본 히토쓰바시대와 UN 포괄적핵실험금지 조약기구(CTBTO), 국제원자력기구(IAEA), 미국 원자력발전 전문회사인 뉴스케일파워(NuScale Power) 등 20여 개의 국내·외 원자력 및 핵비확산 기관 소속 전문가들이 참여해 현안을 논의한다.
지난 2014년 시작된 국제핵비확산학회는 세계 핵비확산을 위해 매년 여름마다 정례 학회를 진행해왔다. 또 전 세계 핵비확산 연구기관 및 교육기관과의 네트워크 구축을 통해 원자력의 평화적인 이용 및 확산을 도모하고 이를 바탕으로 세계 핵비확산 및 한반도 평화 증진에 실질적으로 기여할 방안을 모색하고 있다.
신성철 KAIST 총장은 환영사를 통해 "이번 학회에서 국가 안보 현안인 북핵 문제에 관해 의미 있는 제안들이 도출되고 대한민국이 세계 핵비확산에 더욱 크게 기여하는 계기가 마련되기를 기대한다ˮ고 말했다.
KAIST 핵비확산교육연구센터(센터장 임만성 원자력및양자공학과 교수)가 주최하는 이번 학회는 유튜브(채널명: KAIST NEREC 2020)를 통해 생중계된다. 국제핵비확산·한반도 안보 문제·원자력 등의 분야에 관심 있는 사람이라면 누구나 시청이 가능하고 학회에 관한 자세한 내용은 KAIST 핵비확산교육연구센터 홈페이지(http://nerec.or.kr/)에서 확인할 수 있다.
2020.08.03
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