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연구
기계공학부 한재원 교수 "메타물질을 이용한 적외선 스텔스 기술 개발"
등록일: 2017-08-03  |  조회수: 307

메타물질을 이용한 적외선 스텔스 기술 개발

- 레이저 유도 및 열추척 첨단 유도미사일 방어를 위한 적외선 스텔스 기술 개발 성공

 

국내 연구진이 세계최초로 레이저 유도 미사일과 열추적 미사일 등 다양한 미사일을 동시에 방어할 수 있는 적외선 스텔스 기술 개발에 성공하였다. 특히, 최근 실제 무기 시스템에서 널리 활용되고 있는 적외선 파장에서 메타물질을 이용한 스텔스 기술을 실현함으로써, 국내 국방기술 발전에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

연세대학교 기계공학부 한재원 교수 연구팀이 개발한 메타물질 적외선 스텔스 기술의 연구결과는 7월 27일 세계적인 국제학술지인 ‘사이언티픽 리포트 (Scientific Reports)' 온라인 판에 게재 되었으며, 관련기술에 대한 국내외 특허를 출원 중에 있다.

대표적인 첨단 유도미사일은 적외선 레이저를 조사하여 표적에서 반사되는 광으로 유도하는 레이저 유도 미사일과 표적에서 방출되는 적외선을 미사일이 탐지하여 요격하는 적외선 탐지 및 추적 (IRST: Infrared Search and Track) 미사일 두 가지가 있다. 적외선 스텔스 기술은 이러한 미사일 방어시스템의 핵심기술이고, 본 연구에서 개발된 메타물질 적외선 스텔스 기술은 두 종류의 첨단 유도 미사일을 동시에 방어할 수 있는 특징을 가지고 있다.

레이저 유도 미사일은 대기투과가 우수한 1.54 μm 라만편이 앤디야그(Nd:YAG) 레이저를 표적에 비추고, 표적의 표면에서 산란되어 되돌아오는 광을 이용하여 미사일을 유도하게 된다. 이때 플라즈모닉 메타물질 구조를 이용하여 해당 레이저 광을 완전히 흡수하는 (perfect absorber) 표면을 제작함으로써 미사일을 유도하는 산란광의 발생을 억제한다. 많은 종류의 스마트 폭탄이 레이저 광유도로 동작되고 있으며, 실전에서 널리 사용되고 있는 것으로는 경량 다목적 미사일 (LMM: Lightweight Multirole Missile), 소형 유도활강 미사일 (SDB: Small Diameter Bomb), 그리고 공대지 페이브웨이(Paveway) 미사일이 있다.

적외선 탐지 및 추적  미사일은 물체에서 자연방출 되는 적외선 신호를 미사일에 장착된 검출기로 탐지하여 표적을 추적한다. 본 연구에서 제안된 메타물질을 이용하면 물체에서 방출되는 적외선 분광을 선택적으로 조절할 수 있다.  이를 이용하여 표적에서 방출되는 특정 적외선 분광을 최대한 억제하여 검출기에 탐지되는 신호를 대폭 줄일 수 있다. 물체표면에서 자연방출되는 적외선이 메타물질에 의해서 대기에 흡수되는 파장에 맞추어져, 실제 적외선 탐지 및 추적 장치에 의해 검출되는 적외선 신호 (Infrared Signature) 는 10분의 1이하로 작아지게 된다. 이 기술은 최신 무기체계인 IRST 미사일 방어에 활용될 수 있으며, 실전에 널리 사용되는 것으로는 지상에서 대전차 무기로 사용되고 있는 재블린(Jabelin) 미사일, 코넷(Kornet) 미사일 및 스팅어 (Stinger) 미사일이 있다. 그리고, 헬기 및 비행기에서 지상을 공격하는 TRIGAT-LR (Third Generation Anti-Tank, Long Range) 미사일이 이에 포함된다.

한교수 연구팀에서는 연구논문에서 기술의 실용화를 위하여 플라즈모닉 메타물질을 설계하고 간단히 제작하는 공정을 제시하였다. 플렉시블한 유전체 위에 나노 크기의 원반과 링 구조물을 주기적으로 배열하여 적외선 광을 파장에 따라 선택적으로 흡수하는 메타물질을 실현하였다. 연구에서 제시된 메타물질 구조는 100 나노미터 정도의 금속박막/ 유전체 박막/ 금속 박막 (MIM: Metal Insulator Metal) 3층으로 구성되며, 얇은 유전체 기판 혹은 블럭타입의 타일 표면에 제작함으로써 다양한 응용이 가능하다. 탱크, 지프, 등 지상 운송체, 헬리콥터와 같은 항공 운항장치는 물론이고 군사기지 시설물 방어에도 활용이 가능하다. 플렉시블 유전체 대량 생산기술을 확보하게 되면, 피복에 메타물질을 도포하여 적외선 탐지장치에 검출되지 않는 적외선 위장군복 개발에 활용할 수도 있다.

본 연구결과는 새로운 적외선 스텔스 기술의 플랫폼을 제시하였다는 점에서 학술적인 의의가 클 뿐만 아니라, 실제 군사기술로 활용할 수 있는 원천기술을 개발함으로써 국내 방위산업의 첨단무기 체계의 기술자립과 고도화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 한국방위사업청과 국방과학연구소가 지원하는 국방 피탐지 감소기술 특화연구센터 사업에서 연구비를 일부 지원을 받아 수행되었다.

[자료출처] http://edu.donga.com/?p=article&ps=view&at_no=20170801142856597874

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