전파망원경 구조
전파망원경은 전파를 가능한 많이 모으기 위해서 커다란 원반의 안테나가 설치되어 있다. 주요장비는 안테나를 지지하는 기초대, 전파를 수신할 수 있는 주경과 부경 안테나, 22/43/86/129GHz를 동시에 관측할 수 있는 수신기, 자료를 수신하고 저장하는 광대역획득 시스템, 원거리 망원경을 동일한 시각으로 동기화 시키기 위한 원자시계 등으로 구성되어 있다.
서로 멀리 떨어져 있는 21m 전파망원경
한국우주전파관측망 KVN은 서울, 울산, 제주도에 설치된 세 개의 직경 21미터 망원경으로 구성된 VLBI(Very Long Baseline Interferometry) 관측망이다. 멀리 떨어져 있을수록, 연결된 망원경이 많으면 많을 수록 관측 결과의 해상도가 좋다. 현재 국내에서 운영하고 있는 망원경은 3기이며 1기를 추가하여 평창(21년 12월 착공)에 건설하고 있다.
- 주경 21m, 부경 2m의 shaped-cassegrain 전파망원경
- 경면 정밀도 총 150 micron 이하
- 구동속도 3 deg/sec, 추적정밀도 4”(초) 이내
- 구경효휼 40~65% (20~130GHz)
관측 가능한 고도
전파망원경의 위치에 따라 인근 건물, 나무 및 산의 영향으로 관측이 가능한 고도가 결정된다. 2014년에 측정된 KVN 사이트의 스카이라인이다.
4채널 동시관측 수신기
안테나에서 수집된 전파 신호를 수신할 수 있는 수신기는 버스안에 있는 수신기실에 설치되어 있다. 세계 최초로 4개 채널의 우주전파를 동시에 관측할 수 있는 성능을 가지고 있다. 4개의 눈으로 동시에 우주를 본다는 의미이며 기존의 1개의 눈으로 우주를 보는 것에 비해 우주에 대한 정보를 훨씬 다양하게 얻을 수 있다는 장점이 있다.
- K-band : 18 ~ 26 GHz
- Q-band : 35 ~ 50 GHz
- W-band : 75 ~ 116 GHz
- D-band : 125 ~ 145 GHz
자료획득시스템(Data Acquisition System; DAS)
전파를 수신했으면 기록해야 하는데, DAS는 수신기에서 출력되는 전파 신호를 디지털로 변환하여 기록하는 장치이다. 연속파 또는 스펙트럼 검출기 등을 포함한다. KVN DAS는 수 GHz의 동작 속도를 갖는 고속 샘플러, 광전송 방식에 따른 샘플 데이터의 송/수신 장치, 광대역 디지털 필터, 광대역 실시간 자기상관 분광기 등으로 구성되어 있다.
초고속 데이터 기록
Mark5B 시스템은 입력 데이터가 PC 내부의 버스를 통하지 않고 하드디스크에 기록할 수 있다. 하드디스크는 가격이 저렴한 8개의 탈부착이 가능한 ATA/IDE 형태의 하드디스크 뱅크를 2개 가지며 1Gbps 이상으로 고속기록 및 재생이 가능하다. 하드디스크를 기반으로 관측된 우주전파를 1Gbps 이상의 속도로 데이터를 고속으로 저장할 수 있는 시스템이다.
Mark6 시스템(자료준비중)
- 최대 32Gbps 샘플링 및 초고속 데이터 기록
수소원자시계
VLBI 관측을 수행할 때, 각 망원경은 수신한 전파신호를 수소메이저 시계에서 생성된 기준 주파수를 이용하여 시각태그를 생성 후 같이 저장한다. KVN 3개의 관측국에 독자적인 기준 주파수 및 시각 동기 시스템이 설치되어 있다. 여기서 생성된 시각정보가 관측데이터를 합성할 때 매우 중요한 역할을 한다.
기준 주파수 전송시스템(Round Trip System)
수소메이저 시계에서 생성된 기준 주파수를 수신기실에 안정되게 전송한다.
- H-maser의 신호를 안테나 수신기 실에 전송하는 시스템
- 관측동의 H-maser 실에서 안테나 수신기 실까지의 전송 과정에서, 온도나 안테나 움직임에 따라 발생되는 위상 불안정을 줄여서, 안테나 수신기 실에서 H-maser의 높은 주파수의 안정도 유지
전파망원경 상세 설명
KVN전파망원경 구조물은 2004년에 미국 Antedo사 및 국내 HighGain사와 계약되었으며, 설계는 Antedo사, 제작 및 설치는 국내 HighGain사에서 수행하였습니다. 2008년에 서울 연세대학교, 울산의 울산대학교 및 제주도의 (구)탐라대학교에 전파망원경 설치가 완료되었고 전파망원경의 정밀부품들은 Antedo사에서 공급하였다.
전체적인 구조를 살펴보면, 최 하단의 콘크리트 구조물이 있으며 그 위에 방위각베어링을 지지하는 콘타워 철구조물과 베어링 지지 구조물(bearing support)이 고정되어 있습니다. 그 위에 방위각 베어링이 설치되어 있으며, 요크베이스(yoke base) 구조물이 베어링의 이너레이스(inner race)에 고정되어 있다. 아우터레이스(outer race)는 콘타워 구조물에 고정되어 있는 구조다.
망원경 기초대
KVN 안테나 건설은 2005년 5월 울산사이트부터 시작하였다.
안테나 콘 타워
Cone tower는 안테나 콘크리트 타워위에 얹어지는 콘 형태의 철 구조물이다. 내부에 실린더가 있으며, 실린더와 콘 타워 사이에는 4개의 칸막이가 있어 강도를 보강하고 있다. 윗 분분에는 AZ 베이링을 장착할 수 있는 AZ bearing foundation이 장착될 수 있는 구조를 포함하고 있다.
AZ Cable Wrap
Wrap은 콘 타워 내부에 설치되어 안테나의 방위각 운용 시 케이블의 꼬임을 방지한다.
전파망원경 AZ outboard 베어링 지지부
전파망원경 AZ베어링 고정부
Yoke 구조물
Yoke arm은 yoke base 위에 설치되며, yoke base 내부에는 AZ drive가 장착되어 있다. yoke base 위 부분의 플레폼에는 EL drive, staw pin이 장착되어있다. yoke arm 중앙부에는 위쪽 플레폼이 설치되어있으며, 상단에는 EL 베이링이 설치되어 주경구조물을 받치고 있다.
전파망원경 EL드라이브 고정부
21m 전파망원경 BUS 구조물
환기장치 (Ventilation)
안테나의 지향정밀도 및 표면정밀도를 위해 크게 두 가지의 공조시설을 하는데, 그 하나는 표면정밀도 향상을 위해 BUS 내부에 12개의 공기순환장치를 두어 내부 온도차를 1℃ 이내로 제어한다. 지향정밀도의 온도차에 의한 영향을 줄이기 위해 yoke base 내부에 공기 순환장치가 있다. 수신기실 내부에 인입되는 HVAC공조 설치 인입설비가 있다. HVAC compressor는 안테나 위쪽 플레폼에 설치되어 공조용 파이프에 의해 공조된 공기를 순환시키고 있다.
