KR20240065708A - 우주 설치 가능한 팽창형 반구형 조각거울 망원경 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천체 관측을 위해 우주에 설치 가능한 망원경에 관한 것으로, 유체를 주입하거나 배출시켜 멤브레인을 팽창 또는 수축시킴으로써 전개 상태와 접이 상태 간에 신속하고 효율적으로 전환 가능한 팽창형 반구형 망원경이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경은 내부에 유체가 주입될 수 있는 밀폐 공간을 구비하고, 유연성 재질로 이루어지며, 상기 밀폐 공간에 상기 유체가 주입되어 팽창 가능하며, 팽창 상태에서 상면이 오목한 반구형으로 이루어지는 멤브레인; 및 상기 멤브레인이 팽창된 상태에서 상기 멤브레인의 상면에 마련되고, 상기 반사경을 분할하도록 상기 멤브레인의 반구면 상에 구획되어 배열되는 다수의 조각거울을 포함하는 반사경 모듈을 포함한다. 상기 멤브레인은 상기 밀폐 공간을 구비하며, 상기 밀폐 공간에 상기 유체가 주입되어 팽창 가능하게 제공되며, 팽창 상태에서 상면이 오목한 반구형으로 이루어지는 멤브레인 본체; 및 상기 멤브레인 본체의 상면에 설정된 간격으로 이격되어 돌출되게 마련되고, 상기 조각거울이 상기 멤브레인 본체의 상면에 배치된 상태에서 상기 조각거울의 둘레를 지지하도록 구성되는 다수의 결합돌기를 포함한다.

Description

우주 설치 가능한 팽창형 반구형 조각거울 망원경{INFLATABLE HEMISPHERICAL SEGMENTED MIRROR OPTICAL TELESCOPE CAPABLE OF SPACE INSTALLATION}

본 발명은 천체 관측을 위해 우주에 설치 가능한 망원경에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체를 주입하거나 배출시켜 멤브레인을 팽창 또는 수축시킴으로써 전개 상태와 접이 상태 간에 전환 가능한 팽창형 반구형 조각거울 망원경에 관한 것이다.

최근 들어 천체 관측을 위한 초대형 천체 망원경의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 특히 현재 연구되고 있는 거대 마젤란 망원경은 8.4m급 반사면 7개를 벌집 형태로 배치하여 22m급의 집광 면적과 25m급 해상력을 갖추는 것을 목표로 하고 있다. 그러나 종래에 우주에서 사용되는 조각거울 망원경의 경우, 조각거울 모듈의 전체 크기가 매우 큰 관계로, 지구 또는 우주 상의 관측 위치로 운송하는 과정에서 차지하는 부피가 커서 운송이 어렵고 운송 비용이 매우 크며, 우주에서 조각거울을 정렬하여 조립하는 과정 또한 어려운 단점이 있다.

본 발명은 유체를 주입하거나 배출시켜 멤브레인을 팽창 또는 수축시킴으로써 전개 상태와 접이 상태 간에 신속하고 효율적으로 전환 가능한 팽창형 반구형 망원경을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 지구에서 우주로의 운반시 또는 보관시에 운송/보관 부피를 줄여 운송을 용이하게 할 수 있으며, 운송/보관 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 팽창형 반구형 망원경을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 반사경에 주입되는 유체의 공급량을 조절하여 조각거울의 배치를 조정할 수 있으며, 광학 설계의 정렬 및 배치, 조립이 용이하여 주반사경의 설치/조립 시간을 단축할 수 있는 팽창형 반구형 망원경을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 반사경의 조각거울의 위치 및 배열 각도 등을 조정하여 조각거울의 배치를 수 내지 수십 나노미터 단위로 미세하게 조정할 수 있는 팽창형 반구형 망원경을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경은 천체 관측을 위한 반사경을 구비하는 팽창형 반구형 망원경으로서, 내부에 유체가 주입될 수 있는 밀폐 공간을 구비하고, 유연성 재질로 이루어지며, 상기 밀폐 공간에 상기 유체가 주입되어 팽창 가능하며, 팽창 상태에서 상면이 오목한 반구형으로 이루어지는 멤브레인; 및 상기 멤브레인이 팽창된 상태에서 상기 멤브레인의 상면에 마련되고, 상기 반사경을 분할하도록 상기 멤브레인의 반구면 상에 구획되어 배열되는 다수의 조각거울을 포함하는 반사경 모듈을 포함한다.

상기 멤브레인은 상기 밀폐 공간을 구비하며, 상기 밀폐 공간에 상기 유체가 주입되어 팽창 가능하게 제공되며, 팽창 상태에서 상면이 오목한 반구형으로 이루어지는 멤브레인 본체; 및 상기 멤브레인 본체의 상면에 설정된 간격으로 이격되어 돌출되게 마련되고, 상기 조각거울이 상기 멤브레인 본체의 상면에 배치된 상태에서 상기 조각거울의 둘레를 지지하도록 구성되는 다수의 결합돌기를 포함한다.

상기 멤브레인 본체는 오목한 반구형으로 이루어지는 멤브레인 상면과, 상기 멤브레인 상면과 대향하는 멤브레인 하면 및 상기 멤브레인 상면과 상기 멤브레인 하면 간을 연결하는 멤브레인 측면을 포함할 수 있다. 상기 멤브레인은 상기 밀폐 공간에 기둥형상으로 배치되어 상기 멤브레인 상면과 상기 멤브레인 하면 간을 연결하는 다수의 지지봉을 더 포함할 수 있다.

상기 반사경 모듈은 상기 멤브레인 본체를 감싸도록 마련되어 상기 멤브레인 본체의 팽창 형상을 가이드하도록 구성되는 가이드 구조물을 더 포함할 수 있다. 상기 가이드 구조물은 반구형상으로 형성되거나, 다수의 가이드 봉이 원추형또는 반구형을 따라 배열될 수 있다.

상기 멤브레인 본체는 상기 멤브레인 본체의 영역 별로 팽창 형태가 상이하도록, 상기 멤브레인 본체의 제1 영역의 팽창율이 제2 영역의 팽창율과 상이하게 설계될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경은 상기 다수의 결합돌기 중 적어도 하나의 결합돌기에 마련되고, 상기 조각거울의 배치를 미세하게 조정하는 조각거울 미세 조정부를 더 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 결합돌기는 상기 멤브레인 본체로부터 돌출되는 수직 돌기와, 상기 수직 돌기로부터 수평 방향으로 연장되는 수평 돌기를 포함할 수 있다.

상기 조각거울 미세 조정부는 상기 멤브레인 본체 상에 마련되어 상기 수평 돌기의 위치 및 배열 각도 중의 적어도 하나를 상기 멤브레인 본체에 대해 미세 조정하도록 마련될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 유체를 주입하거나 배출시켜 멤브레인을 팽창 또는 수축시킴으로써 전개 상태와 접이 상태 간에 전환 가능한 팽창형 반구형 망원경이 제공된다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 지구에서 우주로의 운반시나 보관시에 천체 관측용 망원경의 운송/보관 부피를 줄여 운송을 용이하게 할 수 있으며, 운송/보관 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 천체 관측용 망원경의 반사경에 주입되는 유체의 공급량을 조절하여 조각거울의 배치를 조정할 수 있으며, 광학 설계의 정렬 및 배치, 조립이 용이하여 주반사경의 설치/조립 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 반사경의 조각거울의 위치 및 배열 각도 등을 조정하여 조각거울의 배치를 수 내지 수십 나노미터 단위로 미세하게 조정할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 구성하는 반사경의 팽창 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 구성하는 제1 멤브레인에서 유체가 배출되어 수축된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3b의 'A'부 확대도로서, 본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 구성하는 조각거울 미세 조정부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 구성하는 반사경의 팽창 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 구성하는 반사경의 수축 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 구성하는 반사경의 팽창 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 구성하는 반사경의 팽창 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 상세한 설명이 생략될 수 있다. 본 명세서에서 '제1 ~', '제2 ~'와 같은 기재는 상이한 구성들을 서로 구별하기 위한 목적으로만 사용될 뿐이다.

본 명세서에서 사용되는 '~부'(예를 들어, 분석부 등)는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 프로세서, 메모리, 소프트웨어, FPGA 또는 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소에 의해 분리되어 수행되거나, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 개략적으로 나타낸 측면도이다. 도 1a, 도 1b 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경(100)은 천체 관측을 위해 우주에 설치 가능한 망원경으로서, 우주 공간에서 전개되거나 우주 스테이션(10), 달 표면 등에 마련된 지면 등에 설치 가능하게 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경(100)은 천체 관측을 위한 반사경(주반사경)(200)과, 부반사경(300), 지지 장치(400), 방향 조절 장치(500), 복수개의 지지대(600), 분석 장치(분석부(700) 및 팽창 수축 장치(800)를 포함할 수 있다. 지지 장치(400)와 지지대(600)는 생략될 수도 있다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 구성하는 반사경의 팽창 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 구성하는 제1 멤브레인에서 유체가 배출되어 수축된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 1a, 도 1b, 도 2, 도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 반사경(200)은 제1 멤브레인(210)과, 반사경 모듈(220)을 포함할 수 있다. 제1 멤브레인(210)은 예를 들어, 고무 튜브나 고무 풍선 등과 같이 팽창/수축 가능한 밀폐형의 멤브레인 박막으로 이루어지며, 내부에 제1 유체(예를 들어, 공기, 불활성 가스와 같은 기체, 또는 물과 같은 액체 등)가 주입될 수 있는 제1 밀폐 공간을 구비할 수 있다.

제1 멤브레인(210)은 팽창/수축 가능한 유연성 재질(예를 들어, 고무나 실리콘, 박막 플라스틱 등)로 이루어질 수 있다. 제1 멤브레인(210)은 제1 밀폐 공간에 제1 유체가 주입되어 팽창되거나, 제1 밀폐 공간(208)에서 제1 유체가 배출되어 수축될 수 있다. 제1 멤브레인(210)은 제1 밀폐 공간(208)에 제1 유체가 주입된 팽창 상태에서 제1 면(201)(예를 들어, 제1 멤브레인(210)의 상면 및 하면 중 어느 하나의 면)이 천체 관측광이 입사되는 방향을 기준으로 오목한 반구형으로 이루어질 수 있다.

제1 멤브레인(210)은 제1 밀폐 공간(208)에 제1 유체가 미리 설정된 유량만큼 주입된 상태에서 미리 설정된 곡률로 제1 면(201)이 반구형을 이루도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1 멤브레인(210)의 영역별로 두께를 다르게 하거나 영역별로 물질의 조성을 다르게 하여 제1 밀폐 공간(208)에 주입되는 제1 유체의 압력에 따라 팽창율이 다르도록 설계함으로써 반사경(200)을 미리 설계된 반구형으로 전개할 수 있다.

제1 멤브레인(210)은 유체의 주입/배출에 따라 상면(202)과 하면(204) 간의 간격이 증가하거나 감소되는 형태로 팽창/수축될 수도 있고, 양 측면(206) 간의 거리가 증가하거나 감소되는 형태로 팽창/수축될 수도 있다. 또는, 제1 멤브레인(210)은 텔레스코프 형태로 제1 멤브레인(210)의 일 측면으로부터 타 측면이 전개되거나 접히는 형태로 팽창/수축될 수도 있다.

반사경 모듈(220)은 제1 멤브레인(210)이 팽창된 상태에서 제1 멤브레인(210)의 제1 면(201)에 마련될 수 있다. 반사경 모듈(220)은 천체로부터 전달되는 천체 관측광(L1)을 부반사경(300)의 반사경 모듈(320)로 반사시킬 수 있다. 반사경 모듈(220)은 제1 멤브레인(210)의 제1 면(201)에 해당하는 반구면 상에 구획되어 배열되는 다수의 조각거울(222, 224)을 포함할 수 있다. 조각거울(222, 224)은 원형이나, 삼각형 혹은 육각형 등의 다각형 형상, 부채꼴 형상 등으로 제공될 수 있으며, 그 외에 열거되지 않은 다양한 형상으로 제공될 수도 있다.

반사경 모듈(220)의 중심부에는 반사경(200)과 부반사경(300)에 의해 수집된 천체 관측광을 분석 장치(700)로 전달하기 위한 관측광 전달 통로를 형성하는 개구(도면부호 생략됨)가 형성될 수 있다. 부반사경 모듈(320)은 반사경 모듈(220)을 기준으로 천체를 향하는 전방 측에 부반사경 지지대(310)에 의해 지지되어 설치될 수 있다. 부반사경 모듈(320)은 다수의 조각거울(222, 224)에서 반사된 천체 관측광(L2)을 반사경 모듈(220)의 중심부로 반사시킬 수 있다.

부반사경 지지대(310)는 제1 멤브레인(210)과 유사하게, 예를 들어 고무 튜브나 고무 풍선 등과 같이 팽창/수축 가능한 밀폐형 멤브레인막으로 이루어져 밀폐형 멤브레인막의 내부 공간으로 유체 주입 및 배출이 가능하게 설계될 수 있다. 이에 따라 밀폐형 멤브레인막의 내부 공간에 유체를 주입하거나 배출하여 밀폐형 멤브레인막을 팽창 또는 수축할 수 있다.

부반사경 지지대(310)는 내부 공간에 주입된 유체의 압력에 의해 복수개의 기둥 형태로 팽창된 상태로 반사경(200)의 둘레 영역에 접합/볼트너트 결합 등의 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 또는, 부반사경 지지대(310)는 제1 멤브레인(210)과 일체형의 멤브레인으로 이루어질 수도 있으며, 이러한 경우 제1 멤브레인(210)에 제1 유체를 주입/배출시 제1 멤브레인(210)과 연통된 부반사경 지지대(310)에 제1 유체가 공급/배출되어 제1 멤브레인(210)과 부반사경 지지대(310)가 함께 팽창/수축될 수 있다.

분석 장치(700)는 부반사경 모듈(320)에 의해 반사되어 수집되는 천체 관측광(L3)을 분석하여 천체를 관측할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경(100)은 지구 또는 우주에서 태양이나 행성, 별, 위성, 혜성, 소행성, 항성, 성단, 성운 등의 다양한 천체를 관측하는데 활용될 수 있다.

방향 조절 장치(500)는 지지 장치(400)에 마련되어 반사경(200)의 배열 방향을 수평 방향 및 상하 방향으로 조절하는 구동모터/구동실린더 등의 기계적인 장치를 포함할 수 있다. 방향 조절 장치(500)는 관측 대상인 천체의 위치, 거리에 따라 반사경 모듈(220) 및 상부 지지부(406)의 배열 방향을 조절하도록 지지 장치(400)에 마련될 수 있다.

지지 장치(400)는 반사경(200)과 부반사경(300)을 우주 스테이션(10)의 지면에 대해 지지하도록 제공될 수 있다. 지지 장치(500)는 지면 상에 지지되는 베이스부(402), 베이스부(402) 상에 형성되며 방향 조절 장치(500)를 장착하기 위한 장착홈(414)을 구비하는 하부 지지부(404), 하부 지지부(404)와 반사경(200) 사이에 연결되어 반사경(200)을 지지하는 상부 지지부(406)를 포함할 수 있다.

지지 장치(400)는 제2 멤브레인(410)과, 고정 장치(420)를 포함할 수 있다. 제2 멤브레인(410)은 제1 멤브레인(210)과 유사하게, 예를 들어 고무 튜브나 고무 풍선 등과 같이 팽창/수축 가능한 밀폐형 멤브레인막으로 이루어지며, 내부에 제2 유체(예를 들어, 공기, 불활성 가스와 같은 기체, 또는 물과 같은 액체 등)가 주입될 수 있는 제2 밀폐 공간(도시 생략됨)을 구비할 수 있다.

제2 멤브레인(410)은 유연성 재질로 이루어지며, 내부에 마련되는 제2 밀폐 공간에 제2 유체가 주입되어 팽창 가능하게 제공될 수 있다. 제2 멤브레인(410)은 제2 유체가 제2 밀폐 공간에 주입된 팽창 상태에서 반사경(200)을 지면에 대해 지지할 수 있다. 제2 멤브레인(410)은 제2 밀폐 공간에서 제2 유체가 배출되어 수축된 상태로 운반 또는 보관될 수 있다.

제2 멤브레인(410)은 내부 공간에 주입된 유체의 압력에 의해 팽창된 상태로 반사경(200)을 구성하는 제1 멤브레인(210)에 접합/볼트너트 결합 등의 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 또는, 제2 멤브레인(410)은 제1 멤브레인(210)과 일체형의 멤브레인으로 이루어질 수도 있으며, 이러한 경우 제1 멤브레인(210)에 제1 유체를 주입/배출시 제1 멤브레인(210)과 연통된 제2 멤브레인(410)에 제1 유체가 공급/배출되어 제1 멤브레인(210)과 제2 멤브레인(410)이 함께 팽창/수축될 수 있다.

제2 멤브레인(410)에 마련된 장착홈(414)의 하부 영역은 방향 조절 장치(500)의 하부 베이스 형상과 동일한 형상으로 제공될 수 있다. 방향 조절 장치(500)의 상부에 마련되는 구동 장치는 상하 및 수평 방향으로 이동 가능한 구조로 제공되므로, 장착홈(410) 및 하부 지지부(404)의 의 상부 영역은 상부 지지부(406)와 간섭을 최소화하면서 방향 조절 장치(500)의 구동 장치의 구동을 허용하도록 설계될 수 있다. 하부 지지부(404)와 상부 지지부(406) 간에 간섭이 발생하더라도 하부 지지부(404)와 상부 지지부(406) 모두 유동성을 가지도록 설계되므로, 방향 조절 장치(500)에 의해 반사경(200)을 구동하는데 크게 제약이 발생되지는 않는다.

고정 장치(420)는 제2 멤브레인(410)에 다수개로 마련되어 제2 멤브레인(410)을 지면에 고정시킬 수 있다. 일 실시예에서, 고정 장치(420)는 제2 멤브레인(410)의 측면부나 저면부 또는 상면부 등에 마련되는 지지부재(422)와, 지지부재(422)를 지면에 고정시키는 고정부재(424)를 포함할 수 있다.

일 예로, 고정부재(424)의 쐐기를 지지부재(422)의 단부에 마련된 삽입홈에 끼우고, 고정부재(424)의 두부를 항타하여 지면에 고정시킴으로써 제2 멤브레인(410)을 지면에 고정시킬 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 볼트/너트 고정 방식, 클램프 고정 방식, 앵커, 와이어/로프, 후크, 윈치 등의 다양한 고정 방식이 적용될 수도 있다.

팽창 수축 장치(800)는 반사경(200) 및/또는 지지 장치(400)에 제1 유체를 주입하거나 배출시킴으로써, 반사경(200) 및/또는 지지 장치(400)를 팽창시키거나 수축시킬 수 있다. 팽창 수축 장치(800)는 반사경(200)의 유체 주입구(212)와, 지지 장치(400)의 유체 주입구(412)를 통해 유체를 주입하거나 배출시키는 유체 공급 제어 장치를 포함할 수 있다.

복수개의 지지대(600)는 제1 멤브레인(210)이나 부반사경(300)이 외부 충격 등에 의해 흔들리는 것을 방지하기 위한 것으로, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 제1 멤브레인(210)과 제2 멤브레인(410) 사이에, 또는 제1 멤브레인(210)과 지면 사이에 연결되어 제1 멤브레인(210)을 지지할 수 있다. 지지대(600)는 예를 들어, 강선이나 와이어 혹은 강체로 이루어지는 지지봉 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

복수개의 지지대(600)는 윈치에 의해 와이어 장력 조절이 가능하도록 구성될 수도 있으며, 이러한 경우 복수개의 윈치에 의해 각각의 와이어의 길이를 조절하여 복수개의 와이어의 장력을 통해 반사경(200)의 배열 방향이나 다수의 조각거울의 배열 형태(곡률 등)를 미세하게 조정할 수도 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 일 실시예로, 제1 멤브레인(210)과 제2 멤브레인(410)은 단일의 멤브레인으로 이루어져 반사경(200)과 지지 장치(400)가 일체형으로 구성될 수도 있고, 제1 멤브레인(210)과 제2 멤브레인(410)이 별개의 멤브레인으로 이루어져 제2 멤브레인(410)이 제1 멤브레인(210)에 다양한 연결 수단에 의해 연결될 수도 있다. 제1 멤브레인(210)은 장착홈(414)에 장착된 방향 조절 장치(500)에 결합되어 방향 조절 장치(500)에 의해 방향 조절이 가능하게 제공될 수 있다.

제1 멤브레인(210)에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 제1 멤브레인(210)은 멤브레인 본체(214)와, 다수의 결합돌기(216) 및 다수의 지지봉(218)을 포함할 수 있다. 멤브레인 본체(214)는 제1 유체가 주입되거나 배출될 수 있는 제1 밀폐 공간(208)을 구비할 수 있다. 멤브레인 본체(214)는 제1 밀폐 공간(208)에 제1 유체가 주입되거나 배출되어 팽창 또는 수축 가능하게 제공될 수 있다. 멤브레인 본체(214)는 제1 밀폐 공간(208)에 제1 유체가 주입된 팽창 상태에서 제1 면(201)이 반구형으로 이루어질 수 있다.

다수의 결합돌기(216)는 멤브레인 본체(214)의 제1 면(201)에 설정된 간격으로 이격되어 돌출되게 마련될 수 있다. 다수의 결합돌기(216)는 조각거울(222, 224)이 멤브레인 본체(214)의 제1 면(201)(도 3a의 예에서는 멤브레인 본체의 상면)에 배치된 상태에서 조각거울(222, 224)의 둘레를 지지하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 결합돌기(216)는 멤브레인 본체(214)에 미리 설정된 제1 두께로 마련되어 돌출되는 수직 돌기와, 수직 돌기로부터 수평 방향으로 방사상으로 연장되어 상기 제1 두께 보다 큰 제2 두께(폭)을 가지는 수평 돌기를 구비할 수 있다. 수평 돌기는 원형, 사각형, 육각형 등의 형상으로 제공될 수 있으며, 조각거울의 형상에 대응되는 형상으로 설계될 수 있다.

멤브레인 본체(214)는 멤브레인 상면(202)과, 멤브레인 상면(202)과 함께 제 1 밀폐 공간(208)을 형성하고 멤브레인 상면(202)과 대향하는 멤브레인 하면(204)을 포함할 수 있다. 멤브레인 상면(202)과 멤브레인 하면(204)은 둘레를 따라 마련되는 멤브레인 측면(206)에 의해 연결되어 밀폐될 수 있다.

다수의 지지봉(218)은 제1 밀폐 공간(208)에 기둥형상으로 배치되어 멤브레인 상면(202)과 멤브레인 하면(204) 간을 연결할 수 있다. 즉, 지지봉(218)의 상단부는 멤브레인 상면(202)의 제1 내면(202a)과 제1 외면(202b) 중 제1 내면(202a)에 결합(접합)되고, 지지봉(218)의 하단부는 멤브레인 하면(204)의 제2 내면(204a)과 제2 외면(204b) 중 제2 내면(204a)에 결합(접합)될 수 있다.

지지봉(218)은 멤브레인 상면(202) 및 멤브레인 하면(204)과 접합되는 상/하단부가 깔대기 형상으로 이루어지고, 상/하단부 사이에는 가는 봉재 형상의 연결봉으로 연결될 수 있다. 지지봉(218)은 연결봉과 깔대기 형상의 상/하단부 사이가 각도 조절되면서 굴곡될 수 있는 유연성 재질(고무, 플라스틱 등)로 형성될 수 있다.

이에 따라 멤브레인 본체(214)에서 제1 유체가 배출되면, 도 3b에 도시된 바와 같이 멤브레인 본체(214)의 멤브레인 상면(202)과 멤브레인 하면(204) 간의 좁은 공간 내에 지지봉(218)이 기울어진 상태로 되며, 이에 따라 제1 멤브레인(210)이 얇아져 여러 방향으로 접힐 수 있게 된다.

반대로, 멤브레인 본체(214)에 제1 유체가 주입되면, 도 3a에 도시된 바와 같이 멤브레인 본체(214)의 멤브레인 상면(202)과 멤브레인 하면(204) 사이가 지지봉(218)으로 연결되어 설계된 적정 거리로 유지되며, 이에 따라 목표로 하는 반사경 형상(반구 형상)으로 제1 멤브레인(210)의 형상 변화 및 유지를 유도할 수 있다.

한편, 조각거울(222, 224)은 다수의 결합돌기(216) 사이의 홈 부분에 삽입되어 다수의 결합돌기(216)에 의해 이탈됨이 없이 제1 멤브레인(210)의 제1 면(201) 상에 안정적으로 유지될 수 있다. 조각거울(222, 224)의 결합이 가능하도록, 다수의 결합돌기(216)는 탄성을 가지면서, 탄성 계수가 큰 소재(고무, 실리콘, 플라스탁 등)로 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경은 반사경(200)과 지지 장치(400)에 유체를 주입하여 팽창시킴으로써 망원경을 신속하고 효율적으로 전개할 수 있으며, 지구에서 우주로의 운반이나 보관시에는 반사경(200)과 지지 장치(400)에서 유체를 배출시켜 수축시킴으로써, 운송/보관 부피를 줄여 운송을 용이하게 할 수 있으며, 운송/보관 비용을 획기적으로 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 반사경(200)에 주입되는 제1 유체의 공급량을 조절하여 반사경 모듈(220)의 조각거울의 배치를 조정할 수 있으므로, 광학 설계의 정렬 및 배치, 조립이 용이하여 주반사경 및 부반사경의 설치 시간을 단축할 수 있다. 또한, 반사경(200)의 제1 멤브레인(210)이 유동성/유연성을 가지는 형태로 제공되므로, 방향 조절 장치(500)와 함께 지지대(600)의 와이어 장력 등을 조정하여 제1 멤브레인(210)의 형상을 조정하여 반사경 모듈의 배열 형태나 방향 등을 용이하게 조정할 수 있다.

도 4는 도 3b의 'A'부 확대도로서, 본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 구성하는 조각거울 미세 조정부를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3a 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경은 조각거울 미세 조정부를 포함할 수 있다. 조각거울 미세 조정부는 결합돌기(216)에 마련되고, 조각거울(222, 224)의 배치를 미세하게 조정할 수 있다.

조각거울 미세 조정부는 멤브레인 본체(214) 상에 마련되어 결합돌기(216)의 수직 돌기(216b)로부터 수평 방향으로 연장되는 수평 돌기(216a)의 위치 및/또는 배열 각도를 조정할 수 있다. 실시예에서, 조각거울 미세 조정부는 멤브레인 본체(214) 상에 마련되며 내부에 공간을 구비하고 상면이 개구된 돌기부(216c)와, 돌기부(216c) 내에 마련되고 멤브레인 본체(214)로부터 돌출되는 수직 돌기(216b) 및 이에 결합된 수평 돌기(216a)의 위치 및/또는 각도를 조절하는 다자유도 구동부(216d), 다자유도 구동부(216d)를 제어하는 미세 제어부(216e)를 포함할 수 있다.

다자유도 구동부(216d)는 결합돌기(216)의 위치 및 각도를 수 내지 수십 마이크로 수준으로 다양하게 조절할 수 있는 6자유도 구동부로 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다자유도 구동부(216d)는 예를 들어, 3축 방향으로 위치 및 각도 조절이 가능한 구동축을 구비할 수 있다. 미세 제어부(216e)는 망원경 제어 시스템으로부터 제어 신호를 유/무선 통신을 통해 수신하여 다자유도 구동부(216d)를 제어할 수 있다. 제어 신호는 팽창형 반구형 망원경 또는 외부에 마련된 센서에 의해 감지된 조각거울의 배치 상태와, 조각거울의 설정된 목표 배치 상태의 비교를 통해 생성될 수 있다.

멤브레인 본체(214)는 내부에 기체가 채워져 있으며 유연한 성질을 가지므로, 다자유도 구동부(216d)에 의해 수평 돌기(216a)의 위치를 하강시키면, 해당 위치에서 조각거울이 멤브레인 본체(214)의 상면을 누르면서 삽입되며, 이에 따라 해당 영역에서 조각거울의 상면 높이가 낮아지게 된다. 또한, 특정 위치에서 조각거울의 높이를 높이려면 해당 위치에서 수평 돌기(216a)의 위치를 상승시키거나, 또는 반대측의 조각거울의 수평 돌기 위치를 하강시키면 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 구성하는 반사경의 팽창 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 6은 도 5에 도시된 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 구성하는 반사경의 수축 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 5 및 도 6에 도시된 실시예는 반사경(200)을 구성하는 제1 멤브레인(210)의 하부가 팽창/수축되고, 제1 멤브레인(210)의 하면(204)에 해당하는 제1 면(201)에 반사경 모듈(220)이 배치되는 점에서 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다. 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대해서는 중복되는 설명을 생략하기로 한다.

제1 멤브레인(210)의 멤브레인 본체(214)는 상면(202)이 팽창율이 낮은 저팽창 멤브레인으로 이루어지며, 하면(204)은 상면(202) 보다 팽창율이 높은 고팽창 멤브레인으로 이루어진다. 멤브레인 본체(214)의 상면(202)은 실질적으로 팽창/수축이 되지 않는 강성을 가지는 평판 혹은 곡판으로 이루어질 수 있다. 제1 멤브레인(210)의 제1 밀폐 공간(208)으로 제1 유체가 주입되면, 도 5에 도시된 바와 같이 멤브레인 본체(214)의 하면(204)이 하방으로 부풀어올라 반구형으로 변형된다.

멤브레인 본체(214)의 하면(204)인 제1 면(201)의 외면(204b)에는 앞서 설명한 바와 같은 다수의 결합돌기(216)가 마련되고, 다수의 결합돌기(216) 사이에 조각거울(222, 224)이 삽입되어 장착/부착될 수 있다. 멤브레인 본체(214)의 상면(202)과 하면(204) 사이의 접합부(206a)는 둘레 방향을 따라 상면(202)과 하면(204)을 접합하여 밀폐함으로써 제1 밀폐 공간(208)을 형성할 수 있다.

멤브레인 본체(214)의 상면(202)과 하면(204)은 천체 관측광(L1)이 투과할 수 있는 투광성 재질로 이루어질 수 있다. 천체 관측광(L1)은 멤브레인 본체(214)의 상면(202)과 하면(204)을 차례로 투과하여 조각거울(222, 224)의 상면에서 반사되며, 조각거울(222, 224)에서 반사된 천체 관측광(L2)은 멤브레인 본체(214)의 하면(204)과 상면(204)을 차례로 투과하여 부반사경으로 입사하게 된다.

다수의 조각거울(222, 224)의 배열 방향 및 각도는 멤브레인 본체(214)의 제1 밀폐 공간(208)에 주입되는 제1 유체의 공급량(제1 밀폐 공간 내의 유체 압력)에 따라 조절될 수 있다. 이상의 실시예들에서는 조각거울(222, 224)이 제1 멤브레인(210)의 외면(202b, 204b)에 배치되는 경우를 설명하였으나, 조각거울(222, 224)이 제1 멤브레인(210)의 내면(202a, 204a)에 미리 부착되거나, 멤브레인 본체(214)의 상면(202) 또는 하면(204) 자체가 반사 물질로 이루어져 조각거울의 기능을 하도록 구현될 수도 있다. 멤브레인 본체(214)가 반사 물질로 이루어져 조각거울의 기능을 하는 경우, 조각거울을 멤브레인 본체(214)에 부착하는 작업이 생략될 수 있다. 한편, 도시되지 않았으나, 도 5 및 도 6에 도시된 실시예에서 멤브레인 본체(214)의 밀폐 공간에 다수의 지지봉(도 3a 및 도 3b의 도면부호 218 참조)이 마련될 수도 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경은 반사경(200)의 제1 멤브레인(210)에 유체를 주입하거나 배출하여 팽창/수축시킴으로써 망원경을 신속하고 효율적으로 전개하고, 지구에서 우주로의 운반이나 보관시에는 운송/보관 부피를 줄여 운송을 용이하게 할 수 있어 운송/보관 비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 또한, 멤브레인 본체(214)에 주입되는 유체의 공급량을 조절하여 반사경 모듈(220)의 조각거울의 배치를 용이하게 조정할 수 있으며, 광학 설계 정렬 및 배치/조립이 용이하여 주반사경의 설치 시간을 단축할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 구성하는 반사경의 팽창 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 7에 도시된 실시예는 멤브레인 본체(214)가 영역(A1, A2) 별로 팽창 형태가 상이하도록, 멤브레인 본체(214)의 제1 영역(A1)의 팽창율이 제2 영역(A2)의 팽창율과 상이하게 설계될 수 있다.

도 7에 도시된 예에서, 멤브레인 본체(214)의 제2 영역(A2)의 팽창율은 멤브레인 본체(214)의 제1 영역(A1; 214a)의 팽창율보다 크게 설계되어 있다. 이에 따라 멤브레인 본체(214)의 제2 영역(A2; 214b)은 멤브레인 본체(214)의 제1 영역(A1) 보다 외부로 더욱 부풀어올라 제1 영역(A1; 214a) 보다 좁은 반경의 오목한 반구면을 형성하게 된다.

도 7의 실시예에서는 3개의 제2 영역(A2)에서 좁은 반경의 오목한 반구면이 형성되어 3개의 서브 반사경 모듈(220a, 220b, 220c)을 포함하는 반사경 모듈(220)이 형성된다. 각 서브 반사경 모듈(220a, 220b, 220c)은 하나 또는 복수개의 조각 거울(222a, 224a)을 포함할 수 있다.

도 7의 실시예에 의하면, 멤브레인 본체(214)의 제1 밀페 공간(208)에 유체를 주입하여 다수개의 서브 반사경 모듈(220a, 220b, 220c)을 형성할 수 있다. 다수개의 서브 반사경 모듈(220a, 220b, 220c)은 배열 방향이 상이하여 서로 다른 영역에서 상이한 방향으로 입사되는 천체 관측광(L11, L12, L13)을 수집하여, 다양한 천체를 동시에 관측할 수 있다. 한편, 서브 반사경 모듈(220a, 220b, 220c)에 의해 반사되는 천체 관측광(L11, L12, L13)은 동일한 부반사경으로 입사될 수도 있고, 상이한 위치에 마련된 복수개의 부반사경으로 입사되어 분석 장치로 전달될 수도 있다.

도 8 내지 도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 팽창형 반구형 망원경을 구성하는 반사경의 팽창 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 8 내지 도 12에 도시된 실시예는 반사경(200)이 가이드 구조물(230; 232, 234, 236)을 더 포함하는 점에서 앞서 설명한 실시예들과 차이가 있다. 앞서 설명한 실시예들과 동일하거나 상응하는 구성요소에 대하여는 중복되는 설명을 생략하기로 한다.

가이드 구조물(230)은 멤브레인 본체(214)를 감싸도록 마련되어 멤브레인 본체(214)의 팽창 형상을 가이드할 수 있다. 가이드 구조물(230)은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 반구형상으로 형성되거나, 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이 다수의 가이드 봉이 원추형 또는 반구형을 따라 배열된 구조로 제공될 수 있다. 도 8 내지 도 12에 도시된 실시예에 의하면, 가이드 구조물(230)에 의해 제1 멤브레인(214)의 곡률 반경 분포를 설계된 바에 따라 용이하게 조절할 수 있다.

도 9의 실시예에서는 가이드 구조물(230)이 반구형 가이드 구조물(232)로 이루어지며, 이 경우, 반사경 모듈(220)을 팽창시켜 반구형 가이드 구조물(232)의 곡면 형상으로 다수의 조각거울이 배열되도록 할 수 있다. 또한, 본 실시예에 의하면, 다양한 곡률과 크기를 가지는 다수의 반구형 가이드 구조물(232)을 마련하여 필요에 따라 제1 멤브레인(210)에 볼트 너트 구조 등으로 탈부착식으로 교체하여 사용함으로써 반사경(200)의 조각거울 배열 형태나 배열 방향을 다양하게 조절할 수 있다. 도 8 내지 도 12에 도시된 실시예에서 멤브레인 본체(214)의 밀폐 공간에 다수의 지지봉(도 3a 및 도 3b의 도면부호 218 참조)이 마련될 수도 있다.

도 10 및 도 11에 도시된 실시예에서는 가이드 구조물(230)이 원추형 배열 구조로 다수의 직선형 가이드봉이 배열된 원추 배열형 가이드 구조물(234)로 이루어지며, 도 12에 도시된 실시예에서는 가이드 구조물(230)이 반구형 배열 구조로 다수의 원호형 가이드봉이 배열된 반구 배열형 가이드 구조물(236)로 이루어져 있다.

도 10 내지 도 12에 도시된 실시예에 의하면, 원추 배열형 가이드 구조물(234) 및/또는 반구 배열형 가이드 구조물(236)의 가이드봉 사이로 멤브레인 본체(214)가 추가로 부풀어올라 돌출되도록 팽창되며, 이에 따라 국부적으로 원하는 형상으로 조각거울이 배열되도록 할 수 있다. 또한, 다양한 간격과 개수를 가지는 가이드봉으로 가이드 구조물(232, 234)을 마련하여 필요에 따라 제1 멤브레인(210)에 볼트 너트 구조 등으로 탈부착식으로 교체하여 사용함으로써 반사경(200)의 조각거울 배열 형태나 배열 방향을 다양하게 조절할 수 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다.

저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 우주 스테이션
100 : 팽창형 반구형 망원경
200 : 반사경
201 : 제1 면
202 : 멤브레인 상면
202a : 제1 내면
202b : 제1 외면
204 : 멤브레인 하면
204a : 제2 내면
204b : 제2 외면
206 : 멤브레인 측면
210 : 제1 멤브레인
212 : 유체 주입구
214 : 멤브레인 본체
216 : 결합돌기
218 : 지지봉
220 : 반사경 모듈
220a, 220b, 220c : 서브 반사경 모듈
222, 224 : 조각거울
230, 232, 234, 236 : 가이드 구조물
300 : 부반사경
310 : 부반사경 지지대
320 : 반사경 모듈
400 : 지지 장치
402 : 베이스부
404 : 하부 지지부
406 : 상부 지지부
410 : 제2 멤브레인
412 : 유체 주입구
414 : 장착홈
420 : 고정 장치
500 : 방향 조절 장치
600 : 지지대
700 : 분석 장치
800 : 팽창 수축 장치

Claims (6)

1. 천체 관측을 위한 반사경을 구비하는 팽창형 반구형 망원경으로서,
   내부에 유체가 주입될 수 있는 밀폐 공간을 구비하고, 유연성 재질로 이루어지며, 상기 밀폐 공간에 상기 유체가 주입되어 팽창 가능하며, 팽창 상태에서 상면이 오목한 반구형으로 이루어지는 멤브레인; 및
   상기 멤브레인이 팽창된 상태에서 상기 멤브레인의 상면에 마련되고, 상기 반사경을 분할하도록 상기 멤브레인의 반구면 상에 구획되어 배열되는 다수의 조각거울을 포함하는 반사경 모듈을 포함하고,
   상기 멤브레인은:
   상기 밀폐 공간을 구비하며, 상기 밀폐 공간에 상기 유체가 주입되어 팽창 가능하게 제공되며, 팽창 상태에서 상면이 오목한 반구형으로 이루어지는 멤브레인 본체; 및
   상기 멤브레인 본체의 상면에 설정된 간격으로 이격되어 돌출되게 마련되고, 상기 조각거울이 상기 멤브레인 본체의 상면에 배치된 상태에서 상기 조각거울의 둘레를 지지하도록 구성되는 다수의 결합돌기를 포함하는, 팽창형 반구형 망원경.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 멤브레인 본체는 오목한 반구형으로 이루어지는 멤브레인 상면과, 상기 멤브레인 상면과 대향하는 멤브레인 하면 및 상기 멤브레인 상면과 상기 멤브레인 하면 간을 연결하는 멤브레인 측면을 포함하고,
   상기 멤브레인은 상기 밀폐 공간에 기둥형상으로 배치되어 상기 멤브레인 상면과 상기 멤브레인 하면 간을 연결하는 다수의 지지봉을 더 포함하는, 팽창형 반구형 망원경.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 멤브레인은 상기 밀폐 공간을 구비하며, 상기 밀폐 공간에 상기 유체가 주입되어 팽창 가능하게 제공되며, 팽창 상태에서 상면이 오목한 반구형으로 이루어지는 멤브레인 본체를 포함하고,
   상기 반사경 모듈은 상기 멤브레인 본체를 감싸도록 마련되어 상기 멤브레인 본체의 팽창 형상을 가이드하도록 구성되는 가이드 구조물을 더 포함하는, 팽창형 반구형 망원경.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 가이드 구조물은 반구형상으로 형성되거나, 다수의 가이드 봉이 원추형또는 반구형을 따라 배열되는, 팽창형 반구형 망원경.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 멤브레인은 상기 밀폐 공간을 구비하며, 상기 밀폐 공간에 상기 유체가 주입되어 팽창 가능하게 제공되며, 팽창 상태에서 상면이 오목한 반구형으로 이루어지는 멤브레인 본체를 포함하고,
   상기 멤브레인 본체는 상기 멤브레인 본체의 영역 별로 팽창 형태가 상이하도록, 상기 멤브레인 본체의 제1 영역의 팽창율이 제2 영역의 팽창율과 상이하게 설계되는, 팽창형 반구형 망원경.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 다수의 결합돌기 중 적어도 하나의 결합돌기에 마련되고, 상기 조각거울의 배치를 미세하게 조정하는 조각거울 미세 조정부를 더 포함하고,
   상기 적어도 하나의 결합돌기는 상기 멤브레인 본체로부터 돌출되는 수직 돌기와, 상기 수직 돌기로부터 수평 방향으로 연장되는 수평 돌기를 포함하고,
   상기 조각거울 미세 조정부는 상기 멤브레인 본체 상에 마련되어 상기 수평 돌기의 위치 및 배열 각도 중의 적어도 하나를 상기 멤브레인 본체에 대해 미세 조정하도록 마련되는, 팽창형 반구형 망원경.

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