혁신적인 고성능 전력 모듈 분야의 선도기업 바이코(Vicor)는 이탈리아의 마이크로게이트(Microgate)에 고밀도 전력 모듈을 지원해 마이크로게이트의 우주 탐사에 기여한다고 밝혔다.

1989년 비니치오 비아시(Vinicio Biasi)와 로베르토 비아시(Roberto Biasi) 형제가 설립한 마이크로게이트는 처음에는 스포츠 경기와 레이싱 이벤트를 위한 고정밀 타이밍 장치로 명성을 쌓았다. 이후 극도의 정밀성을 요구하는 기술인 우주 탐사 영역으로 넘어가 대형 지상 망원경용 모터 제어 시스템을 개발했다.

지구에서 가장 큰 망원경을 활용한 심우주 탐사

마이크로게이트는 유럽남방천문대(ESO)와 협력해 최신 초대형 망원경(ELT)의 적응형 광학 거울을 제작하고 있다. ELT는 새로운 은하·별·행성을 탐사하는 최전선에 있으며, 먼 과거의 빛을 포착해 우주의 기원을 연구하는 것을 주요 목표로 삼고 있다.

신형 ESO-ELT는 39m 직경의 주경을 갖추고 있는데, 이는 먼 은하와 별에서 오는 희귀한 광자를 수집하는 역할을 한다. 허블 및 제임스 웹 우주망원경과 달리, 지상 기반 망원경이 우주의 기원을 탐구할 때는 다음 두 가지 주요 장점이 있다.
· 크기: ELT는 허블 망원경보다 23배 더 크다.
· 유연성: 지상 망원경은 어디에서나 설치할 수 있으며, 우주 망원경과 달리 개량 및 유지보수가 용이하다.

ESO 망원경은 이미 여러 획기적인 발견 성과를 달성했다. 예를 들어, ESO 시설을 이용한 천문학자는 은하 중심부의 강력한 중력장 내에서 별들의 움직임을 추적함으로써 초대질량 블랙홀이 존재한다는 강력한 증거를 발견한 바 있다. 이 연구는 2020년 노벨 물리학상을 수상했다.

대기 파면을 극복하는 적응형 광학 기술

빛이 지구 대기를 통과할 때, 파면 왜곡(wave-front aberration) 현상으로 인해 시야가 저하된다. 마이크로게이트의 적응형 광학 기술은 이를 보정해 선명한 이미지를 확보한다. 주경에서 반사된 빛은 보조 적응형 광학 거울에 도달하는데, 이 거울은 물리적으로 변형돼 ‘평면’ 파면을 재구성하는 역할을 한다. ESO-ELT 프로젝트에서 마이크로게이트는 실시간 제어 하드웨어 및 소프트웨어를 공급하는데 이들은 물리적으로 거울을 변형하고 무접촉 선형 모터를 사용해 파면을 조정함으로써 대기 난류를 보정하는 역할을 한다.

ESO-ELT의 M4 거울은 직경 2.4m, 두께 1.9mm의 특수 유리로 제작됐으며, 정밀 전류 드라이버와 다수의 연계형 영구 자석으로 작동하는 보이스 코일 모터(voice coil motor)를 사용해 변형된다. 이 변형 절차는 5316개의 모터를 통해 수행되며, 각 모터의 축간거리 또는 피치는 약 30mm다.

적응형 광학 거울은 모터 코일이 생성하는 자기장 위에 떠 있는 형태로 유지되며, 이를 통해 정밀 제어 전류가 거울을 국소적으로 변형하고 나노미터(백만분의 1mm) 수준의 정밀도를 가진 위치 센서를 사용해 고감도 보정이 이루어진다. 마이크로게이트의 전자 시스템은 약 100kHz의 주파수로 작동하며, 1밀리초 만에 거울의 형태를 완전히 재정의할 수 있어 선명하고 깨끗한 영상을 생성할 수 있다.

바이코의 고밀도 전력 모듈, 적응형 광학 시스템을 구동

적응형 광학 시스템에서 정밀한 조작과 방열 관리는 필수적이며, 노출된 모든 표면이 현지 기류에 상관없이 주변 온도와 유사한 상태를 유지해야 한다. 그러나 공간이 제한된 환경에서 이러한 요건을 충족하기란 쉽지 않다.

마이크로게이트는 이 문제를 해결하기 위해 바이코 DCM3623 시리즈 DC-DC 컨버터 전력 모듈을 선택했다. 전력 시스템 보드는 가스 냉각 방식의 냉각판 아래쪽에 장착되며, 각 모듈은 최대 36개의 모터 채널을 구동할 수 있어 복잡한 배선이 필요하지 않다.

마이크로게이트의 하드웨어 엔지니어 제럴드 앵거러(Gerald Angerer)는 “바이코의 고효율 고전력 밀도 모듈은 매우 컴팩트하고 신뢰성이 높으며, 회로 기판에서 차지하는 공간이 매우 작다”며 “이 소형 전력 컨버터는 당사에 있어 최고의 선택지다. 10년 이상 사용해 왔으며, 현재로서는 대체할 제품이 없다”고 말했다.

우주의 비밀을 밝혀내기 위한 협력

마이크로게이트는 심우주 탐사를 통해 우주의 비밀을 밝히는 데 전념하고 있으며, 바이코의 고밀도 전력 모듈은 차세대 ELT의 적응형 광학 장치를 구동하는 핵심 역할을 하고 있다. 마이크로게이트는 바이코 및 세계적인 파트너와 협력해 유럽남방천문대와 같은 기관이 우주의 기원에 대한 단서를 밝혀낼 수 있도록 기여하고 있다. 이러한 협력을 통해 세상을 놀라게 할 과학적 사실이 계속해서 발견될 것으로 기대된다.

바이코 고밀도 전력 모듈의 마이크로게이트 심우주 탐사 지원에 대한 자세한 정보는 웹사이트에서 확인할 수 있다.