위성용 대구경 반사경의 광 기계변형 연구

Abstract

지구관측위성의 해상도가 정밀해 짐에 따라 광학 탑재체 즉 카메라의 구경이 대구경화 되고 있으며, 이에 따라 발사 및 운용환경에서 주어진 광학성능을 만족하는 설계/가공/조립과 함께 광학계의 경량화가 주요 요구 사항이 되어졌다. 반사경은 수차 및 광경로 등의 광학적 이유와 가공성 등의 이유로 대구경 광학계에서 사용되고 있으며, 위성용 광학계의 경량화의 상당 부분이 반사경 경량화를 통하여 이뤄지고 있다. 본 논문에서는 직경 30cm의 플랫 백, 싱글 아치, 더블 아치, 벌집 샌드위치 반사경에 대하여 위성용 반사경의 주요 형상 변형 요인을 대표할 수 있는 구조해석과 열 해석을 동시에 수행하여 각 반사경의 변형을 구하였고 광학 성분(Zernike다항식)과 이의 효과를 분석하였다. 더 나아가, 이러한 결과와 비례의 법칙 및 Valente의 무게 예상 공식을 사용하여 직경이 300-1000mm가지의 반사경의 기계변형을 추정하였으며, 이를 바탕으로 네 가지 모델의 적용 가능 구간 및 자동초점기능을 적용하였을 때의 성능향상을 계산하였다. Optical payloads for earth-observation satellites become bigger as the required resolution becomes finer. For example, the diameter of the primary mirror of IKONOS, which has ground sampling distances of 1m/4m in panchromatic/multi spectral bands, is about 700mm. As the size of optical payload becomes bigger, the light-weighting of the mirrors becomes more significant. This paper presents the FEM results of the following four mirror types of 300 m diameter under gravity release and temperature changes: flat back mirror, single arch mirror, double arch mirror, and honeycomb sandwich mirror. Furthermore, this paper extends the FEM results to larger mirrors up to the diameter of 1m based on a general scaling law and Valenete\`s equation.