우주 기반 적외선 감시 정찰을 위한 초소형 위성용 비축 반사 광학계 연구

Off-axis Reflective Optics of CubeSat for Space Based Infrared Surveillance

최근 우주 기반 감시 정찰을 위한 다양한 방법이 시도되고 있다. 초소형 위성은 광학계 구경에 한계가 있어 중대형 위성에 비해 광학 해상도가 떨어지나 다수의 위성을 운용함으로써 광시야를 확보할 수 있고 재방문 주기를 단축할 수 있다. 본 연구에서는 f수 (초점거리/구경)가 작으면서 구경 대비 최적의 해상도를 갖는 초소형 위성 탑재용 적외선 망원경의 기술적 타당성을 검토했다. 일반적인 축대칭 반사 광학계는 부경에 의한 중앙 차폐 현상이 있어서 광학 해상도를 높이는 데 한계가 있다. 본 논문에서는 선형비점수차가 제거되는 혁신적인 동초점 비축 반사 이론을 적용하여 적외선 우주 관측에 최적화된 2-반사경 시스템과 3-반사경 시스템 망원경 시험 모델의 설계 및 성능 평가 결과를 보여준다.

There are various methods for space-based surveillance and reconnaissance. While a small telescope onboard a CubeSat has limited optical resolution, satellite formation flying can maximize the surveillance area and the observation frequency. In this paper, we review the technical feasibility of the optics whose f-number (focal length to aperture size ratio) is small enough for a diffraction-limited infrared observation and whose size is compact enough for onboarding the CubeSat. A typical on-axis reflective optical system has limited optical resolution due to central obstruction caused by a secondary mirror. To overcome this problem, we apply an innovative confocal off-axis reflective theory that eliminates linear astigmatism aberration. We present the design and the test results of the prototype models for the 2-mirror and the 3-mirror confocal off-axis telescopes optimized for space-based infrared observations.