2022년 2월부터 시작된 러시아의 우크라이나 침공은 4년 6개월이 지났지만 여전히 진행 중이다. 러시아는 압도적인 군사력으로 최대 3개월 이내의 단기전이 될 것이라고 예측했다.

하지만 탱크와 장갑차를 동원한 전격전은 보급로의 확보 실패, 전투병의 증원 애로, 드론(Drone)과 같은 비대칭 전력의 투입 등으로  실패했다.

특히 드론은 단순 정찰용을 넘어 공격용으로 전환되며 탱크와 장갑차 파괴, 지상병력에 대한 공격, 수송기와 헬기의 격추, 후방 보급기지의 타격 등으로 활용되며 전쟁의 양상을 바꾸고 있다.

드론은 대체적으로 크기가 작아 레이더 탐지가 어려운 반면에 구름, 바람, 야간 등과 같은 기상상황에 크게 영향을 받는다. 전쟁에서 기상 관측이 중요함에 따라 기상관측용 항공기에 탑재할 시스템을 개바랄 필요성이 제기됐다. 

◇ 한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단의 임무 소개

한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단은 2010년 설립됐다. 국방 연구개발 제도개선, 국방 연구개발 과제화/연구지원, 군에 과학기술 지원 등의 임무를 수행하고 있다.

더불어 안보⸱재난안전기술단 소속 미래국방국가기술전략센터는 2022년 만들어졌다. '국방과학기술 혁신을 위한 국가 연구개발 투자전략 싱크탱크'로 비전을 설정했다.

주요 임무는 △과학기술정보통신부의 국방 연구개발(R&D) 투자정책 수립 지원 △국방적용 가능 민간 R&D 역량 발굴-과제 기획 △국방 R&D 민관군 협력 기반 마련 등이다.

이번에 소개할 기술은 기후·환경연구소 지속가능환경연구단 최 선 선임연구원(sunchoi@kist.re.kr)이 수행한 '1.37μm 파장 레이저를 이용한 대기 중 수증기 농도 측정 시스템 개발'이다.

◇ 대류권의 농도 범위에 동작하는 수증기 농도 측정 시스템을 개발할 계획

▲ 절대 습도 측정 시스템 작동 개념도 [출처=한국과학기술연구원]


파장 가변 레이저(Tunable Laser)를 사용해 대기 중 수증기의 1.37μm 영역의 빛 흡수 스펙트럼(spectrum)을 계측하는 방식의 고응답, 비접촉식 절대 습도 측정 시스템을 소개한다.

1.37μm의 근적외선 광학계 구성과 흡수 스펙트럼의 흡광도 계산을 통해 대류권의 농도 범위에 동작하는 수증기 농도 측정 시스템을 개발할 계획이다.

구름 생성을 모사하는 인공강수 구름 챔버 및 실제 대기 상공의 기상관측용 항공기 탑재에 적용할 수 있다. 구름 생성을 포함한 기상연구에서 대류권의 고도에 따른 농도 차이를 고려할 때 고 응답의 습도계가 요구된다.

이러한 연구배경에 파장 가변형 레이저 흡수 분광법은 타 습도계보다 교정이 용이하다는 장점이 있어 선행 기상연구에 활용되고 있다.

이에 구름 챔버 및 실제 대기 관측의 절대 습도계로 적용을 위한 개발 필요성이 있다. 파장 가변 레이저는 레이저의 출력 파장을 원하는 범위 내에서 연속적 또는 단계적으로 조정할 수 있는 정밀 광원이다. 

▲ 기기 구성 요소 [출처=한국과학기술연구원]

저농도의 수증기 측정을 위해 10.44m 광 경로의 광학계를 구성했다. 이후 흡광도(absorbance) 계산을 통해 수증기 절대 농도를 측정했으며 계산과정 개선을 통해 계측 가능 농도 범위를 향상했다. 현재 관련 논문을 작성 중이다.

흡광도는 시료용액 중의 빛을 흡수하는 화학물질의 양을 정량하는 지표다. 시료의 농도와 특별한 상관관계를 지니며 흡광광도법에서 빛의 흡수를 이용해 물질의 농도를 측정한다.

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