광섬유 신경망 통해 우주선 손상 알아낸다

한국표준과학연구원 연구팀 개발해

▲권일범 박사(오른쪽) 연구팀이 복합재료 실린더에 복합낙하 충격 실험을 하고 있다.[사진제공=표준연]

[아시아경제 정종오 기자] 우주선과 발사체(로켓) 등은 아주 작은 손상으로도 치명적 결과로 이어진다. 미국의 우주왕복선이 폭발한 경우도 있다. 로켓을 발사한 몇 초 뒤에 공중 폭발하는 사례도 여러 번 있었다. 이 같은 비극을 막기 위한 방법이 제시됐다. 국내 연구팀이 항공우주 구조물에 광섬유를 매설해 변형 여부를 알 수 있는 기술을 내놓았다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박상열) 권일범 박사팀은 복합재료에 광섬유를 매설하고 변형 패턴을 측정함으로써 손상을 파악하는 '광섬유 감지 신경망 기술'을 개발했다.

두 재료 이상을 조합한 복합재료는 가볍고 높은 강성을 갖고 있어 항공우주 구조물을 비롯해 자동차, 선박 등의 재료로 각광받고 있다. 물리적 강도가 일정하지 않은 복합재료의 특성상 한번 손상이 발생하면 정확한 손상부위를 찾아 수리하기 어렵다는 문제점이 있다.

우주선은 물론 발사체인 로켓에는 탄소섬유로 강화된 복합재료를 사용한다. 충격을 받아도 내부에만 손상을 입고 표면은 복구해 드러나지 않는다. 이를 검출하지 못한 상태에서 발사되면 손상된 부분으로 압력이 분출돼 폭발사고 등이 발생할 수 있다.

기존에는 복합재료의 손상을 검출하기 위해 일일이 초음파와 방사선 촬영으로 내부 손상을 영상화했다. 이 방법은 손상에 대한 신호를 얻는 과정에서 오류가 발생하면 정확한 정보를 얻을 수 없다. 많은 부수장치와 노동력, 시간이 필요하다는 큰 단점이 있었다.

연구팀은 복합재료에 알루미늄 코팅 광섬유를 매설하고 손상이 발생하면 재료의 변형 패턴이 광섬유에 남도록 설계했다. 그 다음 광섬유의 변형률 측정을 위한 센서 시스템을 구성해 정확한 손상 위치와 정도를 검출했다.

복합재료의 손상을 정확하고 손쉽게 검출하는 이번 기술은 우주 발사체 추진기관, 중대형 산업 설비와 조선해양 분야에서 대형 구조물의 안전성 검사를 위한 측정기술로 넓게 활용될 수 있다. 복합재료의 안전성을 높일 수 있는 길을 제시했다.

권일범 박사는 "사람의 신경망이 통증, 온도, 압력 등을 감지해 느끼게 하는 것처럼 구조물에도 광섬유를 통해 손상을 감지하는 신경망 기술을 개발한 연구"라며 "산업 전반에 사용하는 복합재료의 찾아내기 힘든 충격 손상을 유효하게 검출할 수 있는 기술"이라고 설명했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr