기술동향
/작성자:

비결맞음 조작 조건에서의 양자상태 전환 구현

중국과학기술대학교 궈광찬(郭光燦) 연구팀은 폴란드 바르샤바대학교(University of Warsaw)/독일 울름대학교(University of Ulm) 이론물리학자와 공동으로 최초로 큐비트의 비결맞음 조작 조건에서의 전환문제를 이론적으로 완전히 해결함과 아울러 실험설계를 통해 이를 검증하였다. 해당 성과는 "npj Quantum information"에 게재되었다. 최근 엄밀한 양자결맞음성 정의의 제안은 양자결맞음성 자원이론의 발전을 촉진하고 있다. 양자중첩성(quantum superposition)을 정량화하는 양자결맞음성은 양자물리/양자정보학의 핵심으로서 다양한 양자임무(예를 들면, 양자컴퓨팅, 양자통신 등) 수행에 중요한 응용가치가 있다. 연구팀은 비결맞음 조작 조건에서의 큐비트 전환문제를 이론적으로 완전히 해결함과 아울러 해당 결과를 분산시스템(distributed system) 결맞음 전환 연구에 확장시킴으로써 이체(two-body) 순수상태(pure state)의 보조적 전환을 완전히 해결함과 아울러 혼합상태(mixed state)의 보조적 전환도 일부분 해결하였다. 연구팀은 상기 이론적 작업을 토대로 일련의 실험을 설계해 이를 검증하였다. 연구팀은 큐비트를 광자의 편광상태(polarization state)에 인코딩하여 최초로 완전 광학적 엄격한 비결맞음 조작장치를 설계하였다. 또한 단일큐비트/분산시스템에서 큐비트의 비결맞음 조작 조건에서의 전환을 고충실도로 구현하였다. 실험 결과, 광학기술을 이용해 양자상태의 비결맞음 조작 조건에서의 전환연구를 쉽게 수행할 수 있었다. 이는 구체적인 응용에서 기존의 광학기술로 결맞음성 전환을 구현하는데 기반을 마련하였다.

우주 전문가, 시험용 우주정거장 톈궁1호 6대 특징 해석

/
중국의 시험용 우주정거장 톈궁(天宫)1호가 조만간 발사된다. 시험용 우주정거장의 특징, 기타 국가 시험용 우주정거장과의 구별 점, 향후 중국 우주정거장의 발전전망 등 핫이슈와 관련해 과기일보 기자가 8월 23일 우주 전문가 팡즈하오(庞之浩)를 취재했다. □ 톈궁1호, 우주정거장 구축의 주요전제와 기술보장 톈궁1호는 명실상부한 우주정거장이 아니라 중국의 미래 우주정거장 소요 기술 테스트에 활용되는 우주시험플랫폼이며, 목적은 향후 중국의 우주정거장 건설을 위해 준비하는 것이다. 러시아, 미국, 유럽우주국은 모두 시험용 우주정거장을 연구개발하고, 기타 우주정거장을 구축했다. 따라서 시험용 우주정거장의 연구개발은 우주정거장 구축의 주요전제와 기술보장이다. 시험용 우주정거장과 기타 우주정거장은 연계될 뿐만 아니라 뚜렷이 구별되며 임무목표, 기능규모, 기술지표, 자금투입, 개발주기 등에서 모두 구별점이 있다. 시험용 우주정거장은 기타 우주정거장의 발전을 위해 운반장치에서 유인우주선 기반시설로 과도하는 시험용 우주선이다. 우주정거장이란 여러 명 우주인의 순방, 장기 작업, 거주에 제공되는 유인우주선을 말한다. □ 톈궁1호, 수명과 인터페이스에서 기타 우주정거장과 구별 톈궁1호는 해외 시험용 우주정거장과 기타 우주정거장에 비해 6대 구별점이 있다. ○ 시험용 우주정거장의 궤도 수명이 5년 이내이나, 기타 우주정거장은 5-10년, 또는 더욱 길다. ○ 시험용 우주정거장은 규모가 영세하고 인터페이스가 적으며, 확장성이 없다. 기타 우주정거장은 인터페이스가 최소한 2개로서 우주인 운반장치나 화물운반장치 또는 전용실험캡슐을 동시에 도킹할 수 있다. ○ 시험용 우주정거장은 우주인의 한 번의 궤도 체류기간이 수십 일로 짧으나 기타 우주정거장은 대부분 100일 이상이다. ○ 시험용 우주정거장의 연료와 소비품은 한 번에 충분히 마련하는 것을 원칙으로 하며, 기타 우주정거장은 우주화물선을 이용해 여러 회 정기적으로 공급한다. ○ 시험용 우주정거장의 페이로드는 설비교환이 아주 적지만 기타 우주정거장은 실험기기를 여러 번 교환 및 추가할 수 있다. ○ 시험용 우주정거장의 우주인은 일반적으로 우주장치의 유지보수작업을 하지 않고 시험, 훈련만을 할 뿐이다. 기타 우주정거장의 우주인은 정기적으로 유지보수작업을 한다. 간단히 말하면 시험용 우주정거장은 기술적 요구가 모두 낮아 개발하기 쉽다. 톈궁1호는 해외 시험용 우주정거장(중량 20톤)에 비해 기능과 용도에서 비슷한 점이 있지만 중량은 8톤으로 가볍다. □ 중국, 다중캡슐 우주정거장 구축 전망 세계 유인 우주 발전을 살펴보면, 기본적으로 유인우주선, 시험용 우주정거장, 화물우주선, 실용성 우주정거장, 우주항공기, 장기적 우주정거장, 영구적 우주정거장의 개발경로를 따라 발전했다. 그 중 유인우주선과 화물우주선 및 우주항공기는 우주와 지구 사이를 왕복하는 운반장치로서 우주에서 장기적으로 운행하는 많은 우주정거장을 위해 우주인과 화물을 운반한다. 시험용 우주정거장은 우주정거장의 관련 기술 테스트에 활용되어 우주정거장 구축을 위한 기반을 마련한다. 기타 우주정거장은 우주자원을 개발하는 주요우주기지로서 부피, 질량, 운행시간이 늘어나고, 유인(사람을 태우는)시간과 연구프로젝트도 증가한다. 구소련이 발사한 살류트(Salyut) 1-5호와 미국이 발사한 ‘우주실험실’은 모두 시험용 우주정거장이다. 주요 특징은 우주정거장에 인터페이스가 하나뿐이라는 점이다. 따라서 우주인과 화물 양용 우주선 하나만을 수용하여 왕복인원과 소량의 물품을 운반할 수 있다. 이 세대의 우주정거장은 많은 중대한 과학기술 문제를 해결하였다. 예를 들면 우주인이 우주에서 여러 날 동안 체류할 수 있고, 우주인 교대가 가능하며, 우주정거장의 이용률을 크게 향상시킬 수 있다. 구소련이 발사한 살류트 6호와 7호는 실용성 우주정거장이다. 이 두 정거장은 모두 2개의 인터페이스가 장착되어 있어 두 척의 우주선을 동시에 수용할 수 있다. 따라서 우주인과 화물 분할이 가능하여 우주정거장의 수명과 우주인의 궤도 체류시간이 많이 연장되었다. 러시아가 발사한 미르호는 장기적 우주정거장으로서 코드우드(cordwood)식 구조를 적용했다. 최초에 발사한 핵심캡슐은 인터페이스가 6개이고, 빌딩 블록과 같이 5개의 전용실험캡슐, 그리고 소유즈 유인우주선과 프로그레스 우주화물선을 도킹해 방대한 우주복합체를 형성함으로써, 우주인의 활동공간을 훨씬 넓혔다. 그러나 효율성이 낮은 문제가 존재한다. 2011년에 구축된 국제우주정거장은 영구적 우주정거장으로서 미국, 러시아, 유럽우주국, 일본, 캐나다, 브라질 등 16개국이 공동 개발했다. 트러스 캡슐걸이식을 적용하여 100m 이상의 조립식 트러스를 기초구조로 하고, 여러 개의 캡슐과 설비를 트러스에 설치했다. 장점은 유연성이 더욱 강해지고 해체, 수리, 교환이 모두 편리해진 한편, 집중식 전력공급 방식을 적용하여 작업효율이 높아진 것이다. 그러나 비용이 많이 들고 기술이 복잡한 단점도 안고 있다. 중국은 앞으로 다중캡슐 우주정거장을 구축할 전망이다. 국가 상황에 따라 중국의 우주정거장은 코드우드식 구조를 적용할 예정인데, 여기에는 핵심캡슐 1개와 실험캡슐 2개가 포함되며, 총중량은 60톤이다. 핵심캡슐은 조합체 제어임무가 위주이며, 실험캡슐I는 조합체 제어와 응용실험 기능을 다 갖추었고, 실험캡슐Ⅱ는 응용실험 임무가 위주이다.

중국항천과공집단공사 304연구소, 소프트웨어 암호화 장치 개발

/
최근 중국항천과공집단공사 제3연구원 304연구소는 임베디드 시스템 기반의 소프트웨어 암호화 장치를 연구개발하고, 소프트웨어 핵심기술 및 자체 지적재산권을 효과적으로 보호했다. 소프트웨어 암호화 장치는 기존 시스템의 정상 운행에 영향을 미치지 않는 전제 아래 보호대상에 대한 암호화 처리를 진행하여 프로그램 메모리와 실행의 안전성을 향상시켰다. 현재 중국 내 군수산업의 소프트웨어 전문보호가 이루어지지 않고 있다. 이번에 개발된 소프트웨어 암호화 장치는 특정 기종을 응용배경으로 소프트웨어와 하드웨어 결합방법을 적용해 소프트웨어에 대해 암호화 보호를 진행했다. 암호화 과정에서 PC 암호화 소프트웨어는 보호해야 할 시스템 파일을 처리하여 메모리 파일이 암호문 형태로 존재하게 했다. 임베디드 소프트웨어 암호화 장치는 테스트를 거쳐 기능상에서 소프트웨어의 정적상태 방지 해독과 동적상태 방지 또는 물리적 해독이 기능하며, 성능에서는 적시성, 호환성, 안정성 요구를 충족시켜 줄 수 있다. 또 핵심기술과 운행원리의 피분석과 해독을 효율적으로 방지할 수 있어 기종 소프트웨어의 자체 지적재산권이 침해되지 않도록 확보할 수 있다.

해양2호위성 궤도진입 정밀도 10cm 신기록 창조

/
■ 궤도진입 정밀도 신기록 창조 태원위성발사센터에서 8월 16일 발사한 해양2호위성이 비행 13분 후 971km의 궤도 고도에 진입했다. 위성의 궤도진입 정밀도는 10cm 이내로, 중국 위성발사 궤도진입 정밀도의 신기록을 창조했다. 이번에 중국은 최초로 더블밴드 GPS 정밀궤도결정 기술을 적용함으로써 위성의 궤도진입 정밀도를 기존보다 두 자릿수로 향상시켰다. 이로써 ‘파도 높이 측정 정밀도를 4cm 이내로 향상시키자’는 위성 설계 요구 충족을 위한 신뢰성 보장을 제공했다. 태원위성발사센터의 발사장은 작동 타이밍, 오퍼레이팅 요점에 대한 도표화 관리를 진행하여 에어컨, 급배전, 주입, 발사대 등 시스템에 대한 성능 업그레이드와 기술 개선을 진행했다. 특히 로켓과 위성을 발사장으로 운반한 후 ‘제로결함’ 관리요구에 따라 핵심지표와 핵심콘텐츠 62건, 난제 102건에 대한 재검사 분석을 진행하여 적시에 ‘점화여건’을 충족시켰다. 위성 발사임무는 위성과 로켓 도킹, 연료주입을 포함한 실외작업이 있은 후 3번의 뇌우날씨를 만난다. 위성과 로켓의 청결도는 규정된 지표보다 한 개의 수량급으로 향상시킨다. 해양2호위성 발사시간은 6시 57분 19초로, 공정 설계 최상의 시간이다. ■ 중국 우주공정의 5대 ‘제1’ 창조 2007년 1월 국무원의 허가를 받아 해양2호위성공정이 입안되었다. 국방과학기술공업국은 공정의 책임부서로서 해양2호위성을 돌파구로 중국 우주공정의 자주혁신, 핵심부품의 국산화, 연구개발의 정보화 사업을 활성화하여 다음과 같은 5대 ‘제1’을 창조했다. ○ 중국 최초의 해양동력환경 데이터 획득 위성 ○ 중국 최초의 고정밀도 우주선 ○ 중국 최초의 정량관측 마이크로파 원격탐지위성 ○ 중국 최초로 위성-지구 레이저통신 시험 진행 ○ 중국 최초로 마이크로파 원격센서의 해상 방사보정과 진실성 검사 전개 ■ 해양2호위성 발사 목적, 임무 및 전망 ○ 해양2호위성은 ‘제11차 5개년 규획’기간 민간 우주연구 전문프로젝트 계획의 중점프로젝트이자, 중국 최초로 해양동력환경 정보를 획득하는 지상원격탐지위성으로서 세계 해면 풍장, 파동장(wave field), 해양장, 해양환류, 해수면온도 합성장 등 다양한 해양 동력계수를 획득할 수 있다. 위성은 국가해양국을 비롯한 사용자의 해양환경 모니터링 및 예보, 해양조사 및 자원개발, 해양 오염 모니터링과 환경보호, 해양권익 수호 및 군사수요, 해양과학연구 및 응용연구를 위해 서비스를 제공하는 한편, 우주공간 재해 예방과 감소, 기후변화 대처 연구를 위해 기여할 전망이다. ○ 해양2호위성은 궤도에서 운행하는 해양1호위성과 배합해 각각 마이크로파와 광학 관측방법으로 해양환경 모니터링과 해양자원 탐사를 결합시켜 우주입체모니터링시스템을 구성한다. ○ 해양3호위성은 2015년 전으로 발사한다. ■ 기술혁신성과 ○ 독자적으로 개발한 마이크로파 원격센서는 정량화 해양환경 데이터 획득이 가능하며, 국제 지상관측시스템의 핵심데이터소스임 ○ 위성 레이저통신 실험은 고속 데이터전송 신규 루트를 모색 ○ 진행파관증폭기(TWTA), three-floated gyro를 포함한 다양한 핵심부품의 국산화 실현 ○ 위성 고정밀도 제어, 위성 전자기 호환성, 장수명의 활동부품 분야에서 특허 150건 신청 ○ 선진국 수준의 공정 정보관리체제를 적용해 위성기술 상태변화의 관련 단일기계와 시스템에 대한 영향을 자동적으로 인식할 수 있으며, 위성의 연구개발 주기를 대폭 줄임 ■ 강경산 원사, 위성탑재장치 소개 중국과학원 우주과학 및 응용연구센터 마이크로파원격탐지부 수석과학자 강경산(姜景山) 중국공정원 원사가 해양2호위성에 탑재된 레이더 고도계, 마이크로파 산란계, 스캐닝 마이크로파 복사계(scanning microwave radiometer), 보정 마이크로파 복사계를 소개했다. ○ 레이더 고도계 해수면 고도, 유의 파고, 풍속 측정에 사용된다. 데이터 피드백 결과는 해양 기후와 환경 모니터링 및 예보, 해양 오일가스와 해양 어업 및 해안지대 자원 조사 개발에 응용될 수 있다. 정밀도는 3-5cm로, 지구와 1,000km 떨어진 궤도에서 해수면 고도의 센티미터급 변화를 측정할 수 있다. ○ 마이크로파 산란계 해수면 풍속과 풍향을 측정할 수 있다. 해수면 풍장을 측정하여 해양동력 연구, 해황 예측, 재해 모니터링에 응용될 수 있다. ○ 스캐닝 마이크로파 복사계 세계 해양 온도, 해수면 풍장, 대기 증 수증기 함량, 구름 중 수분 함량, 해빙과 강우량 측정에 활용된다. 선진국 수준의 원추 주사 방법을 적용했다. ○ 보정 마이크로파 복사계 레이더 고도계를 위해 대기 경로 지연시간 보정을 제공한다. 대기 중 수증기 함량 측정을 통해 레이더 고도계를 위해 대기 보정 데이터를 제공하며, 궤도 보정, 수정기기 드리프트 등 기능을 확보하고 있다. 이 복사계는 현재 세계에서 민감도가 최고로서 레이더 고도계가 센티미터급 정밀도에 도달할 수 있게 한다. 레이더 고도계와 마이크로파 산란계는 능동형 마이크로파 원격센서이다. 즉 센서를 능동적으로 발사하고, 반사 또는 산란작용으로 되돌아오는 전자파를 수신하는 것이며, 레이더와 유사하다. 마이크로파 복사계는 수동형 마이크로파 원격센서이다. 즉 센서가 직접 해수면이 방사하는 전자파를 수신하는 것이며, 카메라와 유사하다. 이 4개 위성탑재장치는 공동으로 종합적인 원격탐사를 수행한다. 중국은 앞으로 미국에 이어 세계 두 번째로 종합적인 마이크로파 원격탐사를 수행할 수 있는 국가로 부상하게 된다. 이들 원격탐측기의 기반은 선저우(神舟)4호이다. 선저우4호 페이로드 응용임무 가운데 가장 중요한 센서인 멀티 모드 마이크로파 원격센서는 중국 최초의 실험용 마이크로파 원격시스템으로서 획기적인 기술성과를 거두었다. 중국과학원 우주과학 및 응용연구센터는 독자적으로 레이더 고도계와 보정 마이크로파 복사계를 연구개발을 담당했으며, 중국항천과기집단공사와 공동으로 마이크로파 산란계 연구개발을 수행했다. 중국과학원 우주과학 및 응용연구센터는 중국 최초로 마이크로파 원격탐사기술 연구를 전개한 기관이자, 현재 중국 내 마이크로파 원격탐사 메커니즘 연구와 마이크로파 원격센서 연구개발의 주요기지이다. ■ 중국의 해양위성공정 중국은 해양위성 발전계획에 따라 해양수색환경(해양1호, HY-1)위성, 해양동력환경(해양2호, HY-2)위성, 해양레이더(해양3호, HY-3)위성 등 3개 위성의 계열화를 실현하고, 방사보정 및 진실성 시험장을 설립하며, 남북극 원격탐사 수신시스템과 해양 입체 관측시스템을 구축할 계획이다. ○ 해양1호위성 중국의 근해와 세계 해양 수색(水色) 수온 및 해안지대 동적 변화 정보 획득 ○ 해양2호위성 중국 근해와 세계적 범위의 해수면 풍장, 해수면 고도, 유의 파고, 해수면 온도 등 해양동력환경 정보를 24시간 전천후로 획득 ○ 해양3호위성 섬, 해안지대, 해상목표물에 대해 24시간 전천후의 모니터링을 진행하며, 해양 파동장, 폭풍해일 범람, 내부파도, 해빙, 오일분출 등 정보를 획득 * 해양1호위성은 중국이 독자적으로 설계 및 제조한 자체 지재권 보유 위성으로서 A위성과 B위성으로 구성되었다. A위성은 2002년 5월, B위성은 2007년 4월 11일 발사되었다. 해양 생물의 자원 개발 및 이용, 해양 오염 모니터링 및 예방/치유, 해안지대 자원개발, 해양과학연구 등을 위해 서비스를 제공한다.

중국 유인우주선공정의 3개 발전단계별 목표 추진 상황

/
■ 중국 유인우주선공정의 3개 발전단계 목표 ○ 제1단계 - 우주인의 우주비행 ○ 제2단계 - 우주인 여러 명이 여러 날 동안 우주비행 - 우주인의 우주유영 - 우주선과 우주캡슐 간 도킹 - 단기 유인 우주실험실 발사 ○ 제3단계 - 영구적인 우주정거장 구축 ■ 발전단계별 추진상황 ○ 제1단계 - 1999년 11월 20일부터 2002년 12월 30일 사이에 무인 실험용 우주선 선저우 1-4호를 발사여 유인 우주선 발사를 위한 기반 마련 - 2003년 10월 15일 9시에 주천위성발사센터에서 선저우5호를 예정된 궤도에 정확하게 발사. 비행시간은 21시간 28분(14바퀴), 우주인은 양리워이(杨利伟) ○ 제2단계 - 2005년 10월 12일 9시에 선저우6호 유인우주선은 창정2F로켓에 실려 발사. 비행시간은 115시간 32분(77바퀴), 우주인은 페이쥔룽(费俊龙)과 녜하이성(聂海胜) - 선저우7호는 2008년 9월 25일 우주인 3명을 싣고 68시간 30분 동안 우주를 비행, 200개 이상의 기술갱신을 통해 우주인의 우주유영 실현 - 올해 하반기에는 창정(长征) 2-F로켓으로 톈궁(天宫)1호를 발사할 예정이며, 이로써 중국은 유인우주정거장시대에 진입. 톈궁1호는 중국 최초의 우주실험실이며, 무게는 8톤, 설계수명은 2년 - 톈궁1호는 올해 말 전으로 발사될 선저우 8호와 그 후에 발사될 9호 및 10호와 도킹함. 도킹 유형을 보면, 선저우8호는 무인 도킹이며, 선저우8호 도킹의 순조로운 여부에 의해 선저우 9호나 10호의 유인 도킹이 있음. 3회의 도킹에 성공해야만 제2단계 목표가 달성될 수 있음 - 2015년 전으로 톈궁 2호와 3호 우주실험실을 발사 ○ 제3단계 - 2020년에 중국은 자국의 우주정거장을 구축할 예정임. 우주정거장은 오픈 플랫폼공정으로서 해외 과학자와 우주인이 우주정거장에서 중국 과학자와 공동으로 과학실험을 진행함 ■ 전문가 해석 ○ 베이징대학 지구 및 우주대학 죠우워이신(焦维新) 교수 중국이 대량의 인력과 재력을 투입해 자국의 우주정거장을 구축하는 문제와 관련해 “우주선 제조 목적은 우주정거장을 구축하기 위해서이고, 우주정거장을 구축하는 목적은 과학실험을 위해서이다.”라고 함. 우주선은 우주에서 일반적으로 1일간 비행하기 때문에 할 수 있는 과학실험 콘텐츠나 시간상에서 제한되어있음. 우주정거장이 있어야 장기간 우주에서 운행이 가능하여 다양한 과학실험을 진행할 수 있고, 우주제품 개발도 진행할 수 있음. ○ 중국공정원 장뤼챈(张履谦) 원사 우주정거장은 우주사업 발전의 필연적인 추세이며, 한 국가 우주국력을 대표함. 현재 이 기술을 장악하지 못하고, 나중에 우주정거장 사용이 필요할 때 구축에 착수하면 타국에 뒤처지게 됨. 톈궁1호 실험실은 구축된 후 과학실험, 생산, 우주관측, 정찰, 우주에서의 물질 비축 등 다양한 용도로 활용됨. 지구 관측분야에서 지구에 지진, 해일이나 화산폭발 등 사건이 일어날 경우 우주정거장의 우주인은 원격탐지기의 매개변수를 실시간 조절하여 최상의 관측효과를 얻을 수 있음. ○ 중국과학기술대학 지구 및 우주과학부 후유츄(胡友秋) 교수 톈궁1호 실험실이 구축될 경우 중국은 큰 경제적 가치를 창출할 수 있음. 예를 들면 우주육종 분야에서 많은 야채 육종이 가능하여 농업을 지원할 수 있고, 산업의 경우 지구에서 제조할 수 없는 재료를 제조할 수 있음. 이밖에 GPS는 외출의 편리를 줄 수 있음. ■ 참고자료 - 선저우 계열의 우주선은 8호부터 많은 기술 업데이트가 있음. 그 중 도킹 기능은 가장 중요한 특징이며, 우주인은 TV 영상을 통해 우주선 조종이 가능하고, 목표우주장치를 추적할 수 있음. - 중국우주기술연구원은 톈궁1호의 부피가 커서 본 연구원에서 사용한 바 없던 최대의 포장박스를 활용하며, 뛰어난 내부 충격완화시스템, 선진 온도조절시스템을 설계함. - 우주도킹은 우주정거장 구축에서 가장 기본적인 핵심기술임. 원리는 궤도 매개변수 조절을 통해 두 개 또는 두 개 이상의 우주선으로 하여금 같은 시간에 우주의 동일한 위치에 도착하게 하고, 전문 도킹장치를 통해 하나로 합치는 것임. 도킹 시 두 개 우주선의 축선은 같은 직선에 놓여야 하며, 상대적인 속도는 0에 근접함. 우주선 두 개의 속도가 아주 빠르기 때문에 도킹 난이도가 상당히 높음. - 도킹은 우주인 개입 수준과 지능형 제어수준에 따라 수동 제어, 원격 제어, 자율의 3가지 방식이 있음. 구체적인 방법을 보면, 먼저 목표우주선을 발사하여 궤도에 진입시키고 운행궤도를 정확하게 측정하며, 목표우주선이 발사대기 우주선 발사장 상공을 지날 무렵, 기회를 타서 발사대기 중에 있는 우주선을 목표우주선이 운행하는 궤도로 발사함. 거리는 일정 범위 내로 제어하며, 우주선의 자체 기동성에 의존해 두 우주선이 점진적으로 하나로 결합됨.

첫 4만톤급 항공 압축단조 액체압력기 열시험 성공

/
3월 31일 중국 최초의 400MN(4만톤)급 중형 항공 압축단조 액체압력기가 ‘시안(西安) 옌량(阎良) 국가 항공 첨단기술산업기지’에서 열시험에 성공하고, 최초로 대형 판재부품을 순조롭게 단조해냈다. 중국이 대형 항공 압축단조품의 자체 연구개발을 위한 기반을 마련한 것이다. 이 액체압력기는 시안삼각항공과기유한책임공사가 제조를 맡고, 칭화대학이 설계했으며, 중국22야금그룹이 제조한 세계 최대 규모를 자랑하는 단일 실린더 압축단조 액체압력기다. 액체압력기는 세계 일류의 설계와 제어시스템을 적용한 중국 대형항공공기프로젝트의 주요 기초장비다. 본체 구조는 자체 지재권을 보유하고 있으며, 칭화대학이 가장 선진적인 프리스트레스트 강선 트와이닝 분야의 수십 년간 기술축적을 바탕으로 로봇 지능형 트와이닝기술을 응용해 설계함으로써 압축기 적재 랙, 400MN급 메인실린더 등 핵심부품의 설계와 제조문제를 해결했다. 제조과정에서 로봇 원위치 트와이닝 시공기술 및 중형 구조의 수평 이동, 리프팅 등 설치기술을 적용했다. 설비 성능은 선진국 수준이다. 이 액체압력기 개발로 중국은 항공우주 장비제조업의 설계와 제조 능력을 크게 제고했으며, 중국 대형항공기프로젝트의 연구개발을 확보했다. 한편 이 장비는 우주, 선박, 석유화학, 전력, 병기, 원자력발전 등 영역에 널리 응용될 전망이다. 장비는 국내외 많은 유명 항공업체의 의향 수주를 받은 한편, 보잉, 에어버스, 캐나다 플랫앤휘트니(Pratt&Whitney Canada)사 등 세계 유명 항공제조업체의 높은 관심을 불러일으켰다.

중국 최고 효율의 역구조 고분자 태양전지 제작

/
고분자태양전지는 일반적으로 공액고분자 제공자와 풀러린 유도체 수용체의 혼합막을 ITO투명 양극과 금속 음극사이 끼운 구조로 구성된 것으로, 구조와 제조과정이 간단하고, 원가가 저렴하며, 가볍고, 유연성 부품으로 제조 가능한 장점을 지니고 있어 최근에는 국내외의 인기연구과제가 되고 있다. 전통부품의 구조를 보면 투명 도전성 고분자 PEDOT:PSS로 수식한 ITO전극을 양극으로, 낮은 일함수 활성금속을 음극으로 삼는다. PEDOT:PSS 수식층은 산성 PEDOT:PSS 수용액을 ITO 유리에 스핀코팅하여 산성 PEDOT:PSS가 ITO에 부식작용이 있기 때문에, 동시에 부품 끝부위의 활성금속 음극은 환경에 노출되었을 때 물이나 산소와 매우 쉽게 반응을 일으키는데 이는 부품의 안정성과 사용수명에 심각한 영향을 미친다. 최근에 발전하기 시작한 역구조 고분자 태양전지는 낮은 일함수재료로 수식한 ITO전극을 음극으로, 높은 일함수의 안정된 끝부분 전극을 양극으로 삼기에 부품의 안정성을 크게 높였다. 하지만 현재 역구조 고분자 태양전지로 사용하는 음극 수식층 재료는 주로 ZnO나 TiO2나노결정으로 고온(>200℃)에서 열처리를 거쳐야만 성능이 우수해지 때문에, 이는 대면적의 유연성 전극에서 응용하기에는 적합하지 않다. 따라서 저가의 가용성가공 및 저온처리를 거친 음극 수식층을 개발하는 것은 향후 유연성 고분자 태양전지의 실제 응용에 있어서 중요한 의의를 지닌다. 최근 국가자연과학기금위, 과학기술부와 중국과학원의 지원을 받아 중국과학원 산하 화학연구소 유기고체원 중점실험실은 고분자물리화학 국가중점실험실과 화북전력대학과 협력하여 저가의 알코올가용성 킬레이드 TIPD로 수식한 ITO전극을 음극으로 하여 역구조 고분자태양전지를 제작하였다(부품구조와 관련 재료의 분자구조는 그림1을 참조). AM1.5, 100 mW/cm2 빛쪼임 조건에서 이 역구조 고분자 태양전지는 에너지전환효율이 7.4%에 도달하였으나, 같은 활성 코팅층의 전통 정방향구조 부품의 효율은 6.4%에 불과한 것으로 나타났다(부품 J-V곡선과 태양광성능 수치는 그림1 참조). 역구조 고분자 태양전지의 7.4% 효율은 지금까지 문헌에 보도된 가운데 최고효율이다. 관련 논문은 Adv. Mater.(2012, 24, 1476-1481)에 발표되었다. 연구원은 2006년에 최초로 TIPD를 전통구조 고분자 태양전지의 음극 수식층에 응용한 것으로, MEH-PPV/PCBM기반의 고분자 태양전지의 효율을 수식층이 1.66%에서 2.52%(Appl Phys Lett, 2007, 91: 023509)로 높였다. 이 전극 수식층 재료와 관련하여 중국발명특허 1건을 출원하였다(특허명: “일종의 고분자 태양전지 및 그 제조방법”, 특허번호 ZL 2006 1 0089192.3). 최근에는 TIPD를 역구조 고분자 태양전지에 사용하였고 TIPD로 수식한 ITO를 음극으로, MoO3/Al를 양극으로, PBDTTT-C/PC70BM의 혼합막을 활성층으로 하는 역구조 부품을 제작하였다. 그밖에 TIPD수식층 열처리 온도가 부품 태양광성능에 미치는 영향을 연구하였는데, 60℃에서 열처리를 거치면 TIPD표면이 친수성에서 소수성으로 변하였고, 150℃에서 10분간 열처리한 수식층의 부품성능이 가장 우수한 것을 발견하였다. 이 최적의 열처리온도는 전통부품의 PEDOT:PSS수식층의 열처리온도와 같기에 TIPD 수식층의 향후 유연성 전극에서의 응용이 가능해졌다.

탕산에 중국 최대 로봇생산기지 구축 예정

/
최근 허베이성 탕산(唐山)시는 로봇산업 발전계획을 발표하고, 2015년에 이곳 첨단기술산업개발구(고신구)에서 핵심특허 100개를 형성하고, 연간 생산액이 200억 위안 이상인 중국 최대의 로봇생산기지를 구축할 예정이라고 밝혔다. 현재 이 생산기지는 과기부의 인정을 거쳐 국가화거계획 특색산업기지로 선정되었다. 2009년 중국 최초의 광산용 긴급구조 탐사로봇이 탕산시에서 연구개발에 성공했다. 이로써 중국은 미국에 이어 해당 기술을 장악한 세계 두 번째 국가로 부상했다. 탕산시고신구는 이미 6개 종류의 로봇 산업화 생산여건을 갖추었다.

리튬이온전지용 전해질막 연구성과

/
리튬이온전지는 출력밀도가 높고 자가방전율이 낮은데다가 기억효과가 없고 방전전압이 안정된 장점을 지니고 있어 동력전지의 주요 선택재료가 되고 있다. 격막과 전해액은 리튬이온전지의 2개 핵심부품으로 현재 상업에서 PP/PE격막과 유기 전해액을 많이 사용한다. 하지만 전지의 대출력 특성과 안전성 수요로 현재 격막과 전해액의 상용화가 힘들다. 대출력 방전과정에서 국부 온도가 100℃수준으로 높아지면 음극고체 전해질 계면 보호막 분해 및 열량 방출을 유발하기에 전지 온도상승으로 유기 전해액 등 물질의 분해와 격막의 용해를 초래하며 양·음극이 직접 반응할 경우 심지어 폭발할 위험성이 있다. 액체 전해질 기반의 전기화학부품은 전해질이 쉽게 누출되고, 비에너지가 낮으며, 전극재료가 쉽게 부식되고, 설계·조립이 힘든 등 단점이 존재한다. 젤 고분자화합물 기반의 리튬이온전해질막 전기화학부품을 개발하면 유동성 전해질용액을 사용하지 않아도 되기에 액체 전해질 체계의 단점을 극복할 수 있어 리튬전지의 비에너지와 안전성능을 높이는 것이 추세가 되었다. 중국과학원 닝보(寧波)재료기술공정연구소 고분자복합재료 사업부의 기능성막 연구팀의 쉐리신(薛立新)연구원과 타오캉(陶慷)부연구원은 대량의 실험연구를 통해 이온액체형 젤 고분자화합물 전해질의 제조에서 획기적 성과를 올렸다. 과제팀이 만든 이온액체형 젤 고분자화합물 전해질은 충방전 순환성능이 안정적이면서(그림1) 상온에서 충반전 시험과정에서 용량이 쇠감되는 현상을 거의 관찰하지 못하였고 고온순환성능이 현재 상용화된 격막이나 상용화된 전해액체계에 비해 보다 월등한 것으로 나타났다. 80℃에서 충방전 순환되며 시판되는 전지제품은 다섯 번째 순환과정부터 충방전 용량이 쇠감되는 현상이 나타나며 11번째에는 방전용량이 80mAh/g로 쇠감되었다. 젤 고분자화합물 전해질은 이 온도에서 순환이 안정적이며 줄곧 140mAh/g이상을 유지하기에 리튬이온전지의 안전성능을 효과적으로 높였다. 이러한 신형의 젤 전해질체계는 우수한 열·화학적 안정성, 폭넓은 전기화학 창구, 높은 도전율, 낮은 증기압의 플라스틱가공체계를 갖추었기에 성능이 양호하다.