[인더스트리뉴스 조창현 기자] 빔 안정화를 위한 ‘팁/틸트 미러’는 자유 공간 광학 통신 네트워크에 필수적인 서브시스템이다. 특히 급격하게 발전하고 있은 LEO(Low Earth Orbit) 위성 네트워크로 인해 관련 서브시스템에 대한 필요성이 증가하고 있다.

이에 PI(Physik Instrumente)가 수차례에 걸쳐 우주 적합성을 입증하고 현재 다양한 위성 네트워크에서 가치를 증명하고 있는 팁/틸트 미러를 제공한다고 밝혔다. 또 PI 제공 피에조 기반 및 마그네틱 시리즈 시스템과 사용자별 시스템 솔루션은 사용자로부터 요구되는 기술적·경제적 사양을 충족하고 있다.

한편 LEO 네트워크는 원활한 글로벌 인터넷 접속을 위해 전 세계에 광섬유 및 5G 네트워크를 건설하기 어렵다는 문제에 대한 해결책도 제공한다. 이에 현재 각각 수천 개에 달하는 위성을 가진 통신 네트워크가 구축되고 있으며, 네트워크에는 레이저 기반 자유공간광학통신(FSOC)가 사용되고 있다. 관련 기술은 높은 대역폭을 제공하기에 보다 많은 사용자를 지원할 수 있다.

빔 안정화 기반 오류 없는 데이터 영구 전송

PI에 따르면 빔 안정화 시스템은 FSOC 네트워크를 통해 오류가 없는 데이터 전송을 위한 전제 조건 중 하나다. 특히 레이저 빔이 먼 거리에서 위성 수신 안테나에 영구적이고 신뢰성 있는 연결을 유지하려면 진동과 드리프트가 동적인 방식으로 보상돼야 한다.

PI는 고속 스티어링 미러(FSM)로 알려진 팁/틸트 미러가 동적 보상을 가능하게 한다고 설명했다. 실제로 PI는 수십년간 우주 임무를 위한 맞춤형 팁/틸트 미러를 생산해 왔으며, 2020년 태양으로 향한 솔라오비터(Solar Orbiter)에도 PI 제품이 적용된 바 있다.

다만 LEO 통신 위성은 솔라오비터 같은 관측 탐사선보다 크기가 작고, 무게도 500kg 미만이다. 이에 위성에 탑재되는 모든 서브시스템은 소형이면서도 비용 효율적이어야 하며, 대량 생산될 경우에만 적용할 수 있다.

아울러 서브시스템은 빔 안정화 기능 외에도 로켓을 발사하는 동안 가속뿐만 아니라 고온 변동 및 우주 방사선 노출을 견뎌야 하며, 신뢰성까지 갖추고 있어야 한다. 이에 PI는 핵심적인 추적 및 보상 기능 관련 프로세스를 가능하게 하는 독점 기술을 제공한다고 전했다. PI가 수십 년간 LEO 및 심우주 메커니즘 경험을 뛰어넘는 실리콘 포토닉스 제조 분야 선구적인 경험을 보유하고 있기에 가능한 사례로 분석된다.

우주 적합 입증, 시리즈 생산 시작

한편 PI는 2020년 시뮬레이션 실행에서 피에조 기반 S-331 팁/틸트 플랫폼 같은 시리즈 시스템이 우주에서 사용하기 적합함을 입증했다. 관련 평가는 NASA GEVS(General Environmental Verification Standard)에 따라 이뤄졌다.

PI 제공 플랫폼은 빔 안정화를 위해 최대 5mrad 수준 팁/틸트 각도와 0.1µrad에 달하는 분해능으로 동적이면서도 마모 없는 모션을 생성한다. 선구적인 LEO 네트워크 운영자들은 PI FSM을 통신 위성에 성공적으로 배치했으며 우주 환경에 적합하다는 점을 확인했다는 게 PI의 설명이다.

특히 PI 엔지니어는 다른 운영자들을 위해 보다 큰 굴절이 가능한 마그네틱 팁/틸트 미러 시스템(voice coil FSMs)도 개발했다. 시스템에 대한 제조를 위해 PI는 클린룸 조건을 갖춘 자동화 생산라인에 투자했으며, 생산된 보이스 코일 FSM은 이미 우주에서 사용되고 있다.

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