비행 천문대인 SOFIA(원적외선 천문학 성층권 천문대)의 망원경 안정성, 추적용 카메라, 인터페이스 시스템을 개발하고 최적화합니다.
SOLIDWORKS Research 버전 소프트웨어를 망원경 안정성, 추적용 카메라, 인터페이스 시스템의 설계 및 최적화를 위한 주요 플랫폼으로 활용합니다.
SOFIA(원적외선 천문학 성층권 천문대)는 보잉 747 SP 항공기를 개조한 것으로, 2.7m 적외선 망원경이 장착되어 있는 세계 유일의 비행 천문대입니다. 이 혁신적인 실험기를 통해 과학자들은 지상에서는 일부만 관측할 수 있는 빛의 적외선 스펙트럼을 SOFIA의 성층권 비행 고도에서 볼 수 있습니다. 이는 DLR(독일 항공우주센터)과 미국 NASA(National Aeronautics and Space Administration)의 파트너십을 통해 합작 개발되었습니다.
SOFIA의 과학 연구는 슈투트가르트 대학교 부설 DSI(독일 SOFIA 연구소)와 미국의 USRA(대학 우주연구 연합)가 주관합니다. 망원경은 독일 산업 컨소시엄이 DLR을 대신하여 설계 및 제조했습니다. 진동 및 회전 차단 시스템, 추적용 카메라, 망원경/추적 시스템 인터페이스는 DSI가 개발했습니다. NASA는 장거리 항공기 수정, 망원경 설치, 비행 시험 및 운용을 담당했습니다. 지상 기반 망원경에 비해 SOFIA의 주요 이점은 천문학자들이 엄폐와 같은 희귀한 천문 현상을 관찰하고 북반구와 남반구에서 동일한 계측기를 사용하여 관측하는 데 필요한 정확한 위치에 천문대를 배치할 수 있다는 것입니다.
우주 물체에 의해 방출되는 적외선은 특히 과학자들의 관심 대상이며, 주로 지구 대기의 수증기가 적외선 복사를 차단하기 때문에 지상에서는 일부만 관측할 수 있습니다. 그러나 성층권의 13km 고도에서는 거의 아무것도 적외선 스펙트럼에서 천체의 관측을 방해하지 않습니다.
슈투트가르트 대학교의 Dörte Mehlert 박사에 따르면, DSI는 SOFIA 시스템의 상당 부분을 대학원생 및 박사 과정 학생들과 함께 개발했습니다. 협업과 개발을 촉진하기 위해 이 팀은 공통된 3D 설계 플랫폼으로 표준화해야 했습니다. DSI는 사용이 용이하고 설계자들이 통합된 SOLIDWORKS 시뮬레이션 도구에 액세스할 수 있으며 SOLIDWORKS가 프로젝트 참여자들 사이에서 널리 사용된다는 점에서 SOLIDWORKS® Research 버전 소프트웨어를 선택했습니다.
Yannick Lammen은 "우리가 SOLIDWORKS 소프트웨어를 선택한 주된 이유는 업계 파트너 대다수가 SOLIDWORKS를 사용한다는 것이었습니다."라고 설명합니다. Yannick Lammen은 슈투트가르트 대학교의 기계 공학 박사 과정 학생이며 망원경의 진동 및 회전 차단 시스템에 대한 구조 최적화 작업을 진행 중입니다. 그는 또 "저와 적어도 한 명의 동료는 이 프로젝트 이전에는 SOLIDWORKS를 사용한 적이 없었지만 이 소프트웨어는 사용이 워낙 쉬워 사용법을 익히는 데 일주일 정도밖에 걸리지 않았습니다."라고 덧붙입니다.
SOFIA 개발 팀은 SOLIDWORKS 모델링 소프트웨어를 사용하여 비행 중 망원경과 추적용 카메라를 안정화하는 데 필요한 다양한 어셈블리 및 부품을 설계했습니다. 이들은 또한 SOLIDWORKS Simulation 도구를 활용하여 성층권에서 이동하는 항공기의 까다로운 운용 환경에서 설계 성능을 검증하고 최적화했습니다.
Jan Drendel은 "SOFIA 항공기는 계속 흔들리면서 이동하는데 망원경 시스템은 광범위한 온도 및 압력에서 작동해야 합니다."라고 말합니다. Jan Drendel은 항공기의 세 가지 추적용/포지셔닝 카메라와 망원경 간의 인터페이스 작업을 진행한 슈투트가르트 대학교 기계 공학부 졸업생입니다. Jan Drendel은 또한 "이 시스템은 지상에서는 캘리포니아의 폭염에 노출되고 성층권에서는 -40ºC에 육박하는 온도에 노출됩니다.
저는 SOLIDWORKS Simulation 도구를 사용하여 카메라/망원경 인터페이스 부품에 대한 선형 정적 응력 및 열 팽창 스터디를 수행했습니다."라고 밝히며, "항공 우주 프로젝트에서는 무게가 관건인데 SOLIDWORKS Simulation 덕분에 적은 운영 부담으로 부품의 재료와 무게를 줄일 뿐 아니라 부담이 큰 파트를 강화할 수도 있었습니다."라고 덧붙입니다.
SOLIDWORKS Simulation 도구를 사용하여 카메라/망원경 인터페이스 부품에 대한 선형 정적 응력 및 열 팽창 연구를 수행했습니다. 항공 우주 프로젝트에서는 무게가 관건인데 SOLIDWORKS Simulation 덕분에 적은 운영 부담으로 부품의 재료와 무게를 줄일 뿐 아니라 부담이 큰 파트를 강화할 수도 있었습니다.
기계 설계 팀 간의 협업과 커뮤니케이션을 용이하게 하는 것(예: 망원경 안정화 작업과 포지셔닝 카메라/망원경 인터페이스 사이)에 더해, SOLIDWORKS 설계 플랫폼은 전자장치, 소프트웨어 및 광학 기기 개발을 담당하는 다른 팀과의 상호 작용도 촉진했습니다. Lammen은 "이 프로젝트에서는 여타 수많은 분야의 작업이 이루어졌습니다."라고 말하며,
"렌더링 및 애니메이션 생성 툴킷을 비롯한 SOLIDWORKS의 고급 설계 시각화 기능으로 분야 간은 물론 시스템 조립 및 분해에 참여한 파트너와의 커뮤니케이션도 촉진되었습니다."라고 덧붙입니다.
2010년에 최초 과학 비행을 실시하고 2014년 5월에 공식 운용 상태가 시작된 SOFIA 비행 천문대의 개발은 다양한 천문학 성과로 이어졌습니다. 이러한 성과에는 명왕성의 엄폐가 포함됩니다. 명왕성의 그림자가 지구를 가로질러 이동할 때 성간 물질, 황화수소 및 중수소화수산기에서 두 개의 새로운 분자가 발견되고 우리 은하인 밀키웨이의 중심에서는 기체 역학과 성층이 발견됩니다.
Lammen은 "SOFIA는 적시에 적절한 장소에 있을 수 있습니다. 저 역시 적시에 적절한 장소에서 진정한 천문학적 혁신의 발전에 기여할 기회를 가졌다고 느낍니다." 라고 말합니다.
