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중국 최대 지름 실드굴진기 작업 개시

최근 중국이 자체적으로 제조한 최대 지름 이수(muddy water) 실드굴진기 "춘펑호(春風號)"가 선전(深圳) 춘펑터널 굴착에 본격 투입되었다. 해당 설비는 지금까지 중국이 자체적으로 설계·제조한 최대 지름 이수 균형 실드굴진기로서 관련 설계·제조 기술은 세계 선진 수준에 도달했다. "춘펑호" 이수 균형 실드굴진기는 2018년 9월에 정저우(鄭州)에서 성공적으로 출하되었다. 해당 실드굴진기의 굴착 지름은 15.80m, 무게는 4,800t, 길이는 135m이고 설치 총출력은 1.15만 kW를 초과하며 굴진 총추력은 2.46만 t에 달한다. 전체 길이가 5.08km인 춘펑터널 프로젝트는 웨강아오(粵港澳) 대만구 건설의 중점대상이자 선전시 "둥진(東進)전략"의 중대 교통대상이기도 하다. 해당 프로젝트에서 "춘펑호" 대형 실드굴진기의 안정적이고 고효율적인 현장조립이 핵심적인 역할을 발휘했다. 설치팀은 38일째에 실드굴진기 커터헤드를 회전시키고 50일째에 가동 조건을 구비시키는 등 국내 초대지름 실드굴진기 쾌속 현장 조립의 신기록을 경신했다. "춘펑호"는 평균 깊이 20m, 최대 깊이 46m의 복잡계 지층을 관통하는 과정에 11개 지하 파쇄대를 통과할 뿐만 아니라 윗부분이 연약하고 아래부분이 단단한 3.6km의 풍화암 구간을 일차적으로 굴진하는 외 선전지하철 9호선, 부지허(布吉河), 선전기차역, 선전세관청사 등 많은 위험원의 아래를 통과할 예정이다. "춘펑호"의 총출력은 1.15만 kW 이상으로 "푸싱호" 고속철의 총견인동력에 비해 10% 높고 추력은 2.46만 t으로 중국 현재 최대 운반로켓 "창정 5호"의 약 24배이다. "춘펑호"는 중국 대형설비 자체 제조 분야에서의 중대 성과이며 춘펑터널 공사를 담당하는 첨병이다.

중국과기대, 최초로 완전 광양자 중계 구현

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최근 중국과학기술대학 판젠웨이(潘建偉) 연구팀은 세계 최초로 완전 광양자 중계기 원리성 검증을 실험적으로 구현함으로써 원거리 광섬유 양자 네트워크 구축에 새 경로를 개척했다. 해당 성과는 “Nature Photonics”에 온라인으로 게재되었다. 원거리 양자통신 과정에서 채널전달의 양자상태는 흔히 통신거리가 증가함에 따라 기하급수적으로 감소한다. 이는 양자통신의 유효 전송거리를 크게 제한한다. 따라서 원거리 양자통신 구현은 줄곧 세계적인 연구과제이다. 기존의 두 가지 주요 해결방법에서 하나는 거의 진공 즉 양자신호 손실이 극히 적은 우주공간에서 위성으로 양자통신 거리를 늘리는 것인데 중국은 2016년에 세계 첫 양자과학실험위성 “뭐쯔호(墨子號)”를 발사해 동 방안의 실행가능성을 성공적으로 검증했다. 다른 하나는 광섬유 네트워크에서 양자중계기를 사용하는 것인데 장거리 광섬유 채널을 여러 개 단거리 채널로 분할해 거리 증가에 따른 양자신호의 기하급수적 감쇠를 없앰으로써 양자통신 거리를 늘린다. 양자중계기의 과학·응용 가치를 감안해 세계 각국은 각축전을 벌이고 있다. 기존의 양자중계기는 얽힘교환, 얽힘정제, 양자저장 등 3개 필수불가결한 기술을 기반으로 한다. 하지만 현재 양자저장 성능의 한계로 실용화 양자중계기 탄생까지는 시간이 필요하다. 완전 광양자 중계방안은 이론적으로 양자저장을 필요로 하지 않는 양자중계기를 구현할 수 있다. 이는 양자중계기를 사용한 원거리 광섬유 양자통신 네트워크 구축에 또 하나의 가능성을 제공한다. 연구팀은 먼저 원시적 완전 광양자 중계방안을 개선함과 아울러 실험적으로 가능성 있는 방안을 설계했다. 해당 방안에 따라 연구팀은 광자 GHZ상태 및 후선택 벨측정을 이용해 서로 다른 채널 간 광자쌍의 임의적 연결을 구현함으로써 양자채널 중 얽힘상태 분배의 성공 확률을 효과적으로 향상시켰다. 그 다음 6개 단독 파라미터 조건에서 전환시킨 2광자 얽힘원을 사용해 12광자 기반 완전 광양자 중계기를 실험적으로 구축하는데 성공했다. 연구팀은 해당 양자중계기의 각 방면 성능을 테스트함과 아울러 얽힘교환 방안과의 비교우위를 실험적으로 검증했다. 실험 결과, 완전 광양자 중계기는 양자상태 전송속도를 효과적으로 향상시킴으로써 양자통신의 전송거리를 늘릴 수 있다. 해당 연구는 완전 광양자 중계기 구현 가능성을 성공적으로 검증했다. 또한 원리적으로 양자중계기 구축시 양자저장기로부터 자유롭게 하는 등 실용화 양자중계기 연구의 새 경로를 개척했다.

클록 주파수 3.0GHz에 달하는 CPU 개발

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상하이자오신(兆芯)집적회로유한회사는 차세대 16nm 3.0GHz x86 CPU 제품-카이셴(開先) KX-6000 및 카이성(開勝) KH-30000 시리즈 처리장치를 개발했다. 이는 중국 첫 클록 주파수(Clock frequency)가 3.0GHz에 달하는 중국산 범용프로세서(General purpose processor, GPP)로서 세계 선진 수준과의 차이를 한층 더 단축시켰다. 자오신 차세대 처리장치의 단일 SoC 칩은 CPU, GPU 및 칩셋 등을 포함하며 고성능 및 저전력소비 등 특성을 보유하고 있다. 또한 칩 집적도가 한층 더 증강되었고 성능이 50% 향상되었으며 성능대 전력소모비가 자오신 지난 세대 제품의 3배에 달함으로써 PC, 울트라북, 서버 및 내장형 컴퓨팅 등 다양한 하드웨어 플랫폼에 아주 적합하다. 그중 카이셴 KX-6000 시리즈 처리장치는 모바일 플랫폼 설비의 배치 요구에 더욱 적합하며 그 성능은 인텔 7세대 i5-7400 수준에 해당한다. 자오신 차세대 카이셴 KX-6000/카이성 KH-30000 시리즈 처리장치는 16nm의 규모화 생산, 최대 클록 주파수가 3.0GHz에 달하는 SoC 처리장치, 단일 칩에 CPU/GPU/칩셋 집적, 구현 가능한 완정한 PC 인터페이스 등을 포함한 다양한 기술 분야에서 업계의 선두를 달리고 있다. 또한 여러 업체의 PC 플랫폼에서 동기화 개발 및 소프트웨어 호환성 테스트를 완료함과 아울러 내장형 분야에서도 다양한 모델 제품을 동시에 출시했다.

중국과기대, 최초로 새로운 원거리 양자암호키분배 프로토콜 제안

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최근, 중국과기대 궈광찬(郭光燦) 연구팀은 최초로 위상 무관성 후선택(Postselection) 기반 쌍필드(TF) 양자암호키분배(QKD) 프로토콜을 이론적으로 제안함으로써 무중계(Without relay) 장거리 도시 간 양자암호키분배 네트워크 구축에 중요한 한걸음을 내디디었다. 해당 이론 및 실험성과는 "Applied Physics Reviews" 및 "Physical Review X"에 각각 게재됐다. QKD는 무조건 보안 비밀통신의 가능성을 열어주었지만 실제 QKD 시스템은 채널 소모의 제한으로 암호키 생성률이 채널 길이의 증가에 따라 뚜렷하게 감소된다. 검증에 의하면 암호키 생성률은 채널 전송 효율의 감소에 따라 선형 감소된다. 2018년 영국 과학자가 쌍필드 QKD 프로토콜을 제안했다. 해당 프로토콜을 기반으로 단일 광자 응답을 이용하여 암호키를 생성할 수 있으며 해당 암호키 생성률은 채널 효율의 제곱근 감소에 따라 감소된다. 장거리 채널 상황에서 해당 암호키 생성률은 뚜렷한 장점을 가지지만 해당 코딩 모델의 위상 랜덤화 및 후선택은 시스템 암호키 생성률을 뚜렷하게 감소시키기에 구현 복잡도를 증가시킨다. 연구팀은 새로운 TF-QKD 프로토콜을 제안함과 아울러 안전성을 입증했다. 새로운 프로토콜의 코딩 모델은 위상 랜덤화 및 후선택이 필요 없기에 프로토콜 효율을 뚜렷하게 향상시킴과 아울러 구현 복잡도를 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라 짧은 채널 길이 조건에서 선형 한계를 극복함으로써 암호키 생성률을 뚜렷하게 향상시켰다. 연구팀은 최초로 광학적 위상 로크 루프(Optical phase lock loop) 및 피드백 제어 방안을 파악했고 2세대의 독립 레이저 간 안정성 1차 간섭을 달성했으며 코히렌트 광필드 제조 기술 어려움을 해결했다. 연구팀은 또한 원거리 광섬유 채널 쾌속 위상 보상 제어 기술을 설계·구현함으로써 150Km의 1차 광학적 간섭을 획득했다. 최종적으로 300Km 광섬유 채널에서 TF-QKD 원리 검증 시스템을 구현함으로써 암호키 생성률이 2kbps에 달하여 선형 한계를 극복했다. 해당 암호키 생성률은 선형 한계의 약 3배이다. 동 성과는 무중계 조건에서 원거리, 도시 간 높은 암호키 생성률 전송 및 네트워킹의 가능성을 입증했으며 양자 중계가 단시일 내에 실용화되기 어려운 상황에서 광범위, 원거리 양자 비밀통신 네트워크에 응용될 전망이다.

중국과기대, 새로운 양자 불확정성 등식 관계 실험적 검증

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최근, 중국과기대 마이크로자기공명중점실험실 두장펑(杜江峰)/펑신화(彭新華) 연구팀은 상하이교통대학 마즈하오(麻志浩) 연구팀 등과 공동으로 최초로 새로운 양자 불확정성 등식 관계를 실험적으로 검증했다. 해당 연구성과는 "Uncertainty equality with quantum memory and its experimental verification"라는 제목으로 "npj Quantum Information"에 게재됐다. 불확정성 관계는 양자물리의 주요한 특성이며 양자역학에서 주요한 지위 및 광범위한 응용 전망을 보유하고 있다. 예를 들면 불확정성 관계에 대한 관련 연구를 통하여 중력파 간섭계에 요구되는 저잡음 기술을 발전시킬 수 있기에 양자 정밀 측정, 양자통신 등 양자정보 처리 분야에서 핵심 역할을 일으킬 수 있다. 1927년 하이젠베르크(Heisenberg)는 미시적 세계에서 1개 입자(예를 들면 원자핵 주위 전자)의 일부분 물리량에 대한 정밀 측정에 한계가 있기에 1개 입자의 위치 및 운동량을 동시에 정밀하게 측정할 수 없다는 불확정성 관계를 최초로 제안했다. 1983년, University of Oxford 교수 David Deutsch(양자컴퓨터 창시자 중 한 명)가 특수 상황에서 엔트로피 형식의 불확정성 관계를 제안한 후 Kraus가 일반 상황에서의 가설을 제안했으며 그 후 Maassen와 Uffink가 일반 상황에서 엔트로피 형식의 불확정성 관계를 입증했다. 2010년, 스위스 과학자 Renner 프로젝트팀은 폰 노이만(Von Neumann) 조건 엔트로피를 이용하여 양자얽힘 보조 상황에서 이량체 양자상태 엔트로피 형식의 불확정성 관계를 제안한 후 2011년, 2개 프로젝트팀은 독립적으로 실험을 수행하여 해당 결과를 검증했다. 닐스 보어(NielsHenrik David Bohr)가 1927년에 제안한 상보성 원리는 코펜하겐 해석(Complimentarity principle)의 기반으로써 임의적 1쌍의 비호환성 관측량은 불확정성 관계이기에 그 중의 1개 관측량의 불확정성이 작을수록 다른 1개 관측량의 불확적성은 더욱 큼을 의미한다. 1999년, University of Vienna 교수 Zeilinger와 Brukner는 선형 엔트로피를 이용하여 비편향 측정 조건에서 양자 측정으로 획득한 정보량을 정량적으로 분석했다. 결과, 모든 비편향 측정 조건에서 획득한 정보량은 양자 상태의 선형 엔트로피에 의하여 결정됨을 발견했다. 그러나 해당 연구는 단량체 양자 상태 관련 결과로서 양자얽힘이 미치는 영향을 고려하지 않았다. 최근, 상하이교통대학 수학과학학원 마즈하오는 난징(南京)대학 우성쥔(吳盛俊), 저장(浙江)공업대학 천즈화(陳芝花), 서우두(首都)사범대학 페이사오밍(費少明) 등과 공동으로 양자얽힘 보조 조건에서 비편향 측정을 만족하는 불확정성 관계를 제안했다. 해당 이론에 의하면 만약 양자얽힘을 고려할 경우 비편향 측정 조건에서의 불확정도 합은 초기 양자 상태 조건에서의 선형 엔트로피와 맞먹는다. 해당 결과는 양자암호키분배 등 양자통신에 응용됐다. 그 후 두장펑(杜江峰)/펑신화(彭新華) 연구팀은 교묘하게 실험을 설계함으로써 완전한 양자상태 토모그래피를 요구하지 않는 조건에서 선형 엔트로피에서 규정한 불확정도의 직접 측정을 달성했으며 양자얽힘을 포함한 이량체 시스템의 불확정성 관계 등식을 검증했다. 동 실험에서 이용한 실험 수단 및 데이터 처리 방법은 기타 물리 시스템에도 양호한 적용성 및 확장성을 보유하고 있다. 실험 결과는 이론적 예측에 비교적 일치함으로써 최초로 양자얽힘 보조를 지닌 불확정성 등식 관계의 실험적 검증을 달성했다. 불확정성 관계는 양자물리 시스템에 대한 측정 결과의 근본적 제한으로서 양자얽힘(메모리)을 지닌 새로운 양자 불확정성 관계이며 양자물리의 본질을 심층적으로 규명하는데 중요한 과학적 의미가 있다. 이외에 불확정 관계 등식은 기존의 일반적인 불확정성 관계 부등식에 비하여 더욱 정밀하기에 양자통신, 양자 정밀 측정 등 양자정보기술의 응용에서 중요한 장점을 보유하고 있다.

세계 첫 화룽 1호 원자로 외부돔 공사 완료

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최근 화룽(華龍) 1호 세계 첫 원자로 시범 프로젝트인 푸칭(福清)원전 5호기 외부돔 콘크리트 타설 공사의 마무리와 함께 화룽 1호 원자로 높이가 73.98m에 달함으로써 푸칭원전 현장의 “새 랜드마크”가 되었다. 아울러 동 원전기의 열 시운전, 핵연료 장전에 기반을 마련했고 또한 후속 화룽 1호 원자로 건설에 소중한 경험을 축적했다. 2중 격납용기 구조를 보유한 화룽 1호는 중국이 완전 자체적 지식재산권을 보유한 3세대 원전기술로서 대형 항공기의 충돌에도 견딜 수 있다. 화룽1호 원자로의 외부돔 구조는 현재 건설 중인 원전 가운데 최대 규모의 격납구조이다. 또한 항공기 충돌에 견디는 기계식 이음 및 풀하중 스캐폴드 지지시스템을 채택해 2중 격납용기 간 지지 및 내장돔 지지를 제공한다. 바깥층 격납용기는 튜브구조와 돔형구조 등 2개 부분으로 나뉜다. 외부 돔형구조는 튜브구조 표준형재와 연결되는데 그 두께는 1.8m이고 전체적으로 준구형 구조이다. 뿐만 아니라 구조 경간이 크고 철근이 조밀하며 콘크리트 강도가 높다. 또한 스틸 라이너 형판 지지를 사용하지 않기에 구조템플릿은 2중 격납용기 사이에 설치된 풀스캐폴드가 지지역할을 담당하기에 시공 어려움이 크다. 외부돔 시공의 중요성 및 복잡성을 감안해 협력을 강화하는 한편 선후하여 시공 선결조건 점검, 안전·품질 특별검사 및 여러 차례 현장 종합 은폐검사를 실시했다. 검사에서 발견된 문제점에 대비해 적시로 해결방안을 제정하여 보완함으로써 시공기간이 짧고 공사규모가 크며 하중지지대 설치의 안전위험이 높으며 고온다우 날씨 등 어려움을 성공적으로 극복했다. 현재 중핵그룹이 건설 중인 중국 내외 4대 화룽 1호 원전 프로젝트 단계별 작업은 계획대로 진척되거나 또는 계획을 앞당겨 완료하였으며 공사의 품질과 안전은 양호한 통제 상태에 있다.

우한대학, 위성탑재 궤도상 지능처리 기술

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최근 우한대학과 창광(長光)위성기술유한회사 등 기관은 공동으로 위성탑재 궤도상 비상응답기술시스템을 제안했다. 동 시스템은 표적 모니터링 및 추적, 고성능 처리, 다중 임무 스케줄링 등 일련의 핵심기술을 파악함과 아울러 기본 프로토타입 및 엔지니어링 프로토타입도 개발했다. 또한 “지린(吉林) 1호” 광스펙트럼 01/02위성에서의 궤도상 테스트를 통해 산불 발화지점, 해상 선박 등 표적에 대한 자동탐지 기능을 확보했다. 위성 처리 결과는 중국 자체 항법시스템을 통한 지상 단말로의 송신이 가능해 비상정보 획득의 시효성을 대폭 향상시켰다. 우한대학이 담당한 국가중점연구개발계획 “지구관측 및 항법” 특별프로젝트의 “지역협력 원격모니터링 및 비상서비스기술시스템”은 응급상황 비상대응 시효성을 높이기 위해 개발한 프로젝트이다. 동 프로젝트는 위성획득 비디오/이미지에 대한 직접적 궤도상 지능화 처리, 분 단위 심지어 초 단위의 “센서에서 슈터”로의 응용 등을 구현하며 비상응답 작업효율을 향상시키는 핵심기술이다. 2019년 3월 21일에 수행한 산불 발화지점 자율적 식별시험에서 위성탑재 시스템은 초당 500km2의 중파 적외선 이미지를 처리하여 고온 발화점을 식별했다. 위성에서 13초 동안의 궤도상 처리를 마친 후에 지상 단말에서 관련 정보를 수신했다. 분석 결과 메콩강 유역 여러 곳에서 고온 발화점을 발견했다. 위성영상 인공 대조검증을 통해 해당 결과의 정확성을 입증했다. 2019년 6월 8일에 모 해역에서 수행한 선박 자율적 수색시험에서 궤도상 위성 처리 정보는 처리 3분 후에 지상 단말에 수신됐다. 지상 대조검증을 통해 시스템 작동은 설계기준에 부합됨이 입증됐다. 위성탑재 궤도상 지능처리 기술성과는 “지린 1호” 광스펙트럼 01/02위성에 성공적으로 이용되어 시스템의 저장 및 데이터 전송 이용률을 높임과 아울러 원격감지 비상정보 획득의 시효성을 대폭 향상시켰으며 향후 위성 원격 비상대응에 핵심 기술적 지원을 제공했다.

로켓 엔진 핵심 부품 액체산소/등유 엔진 가스발생기시운전 완료

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최근, 싱허(星河)동력(베이징)우주과학기술유한회사(이하 싱허동력으로 약칭)가 개발한 액체산소/등유 엔진 가스발생기가 7라운드의 지상 열시운전을 완료했다. 누적 시운전 시간은 380s, 단일 라운드 최장 작동 시간은 100s에 달한다. 이는 싱허동력은 "즈선싱(智神星)" 운반로켓 연구개발에 새로운 한걸음을 내디디었음을 의미한다. 엔진을 로켓 "심장"에 비유하면 가스발생기는 "심장 페이스메이커"이다. 엔진의 핵심 부품인 가스발생기는 엔진의 약 4% 추진제를 과연소 상태로 연소시켜 고온고압가스(연기)를 분출하여 엔진 터빈펌프에 작동 매질을 제공한다. 이번에 시운전을 완료한 "다중 환류 와류 이형 가스발생기"는 다음과 같은 다섯 가지 혁신 포인트를 보유하고 있다. 1) 자체 개발한 열전달, 연소 통합화 컴퓨팅 시뮬레이션 소프트웨어로 저온 액체산소 및 상온 등유 충돌 분무화 파라미터를 최적화했으며 백여 개 세트(Sets)의 상호 충돌식 노즐 및 변두리 영역 멤브레인 냉각 설계를 통해 고효율 분무화 혼합 효과를 형성했다. 2) 자체 특허 기술을 이용하여 설계한 스포일러 링(Spoiler ring)은 발생기 내부에 많은 환류 영역을 형성할 수 있기에 혼합 및 연소 효율을 뚜렷하게 향상시킬 수 있다. 3) 혁신적 설계 기반 원뿔식 이형 몸체 구조는 환류 와류의 생성 및 제거를 정밀 제어할 수 있기에 출구 가스 온도 균일성을 증가시킬 수 있다. 4) 가스발생기는 광범위한 다중 작동 상황 적응성 설계를 채택하고 분사면(Jet surface)과 몸체 냉각은 새 보호조치를 이용하여 엔진 가변 추력 및 50라운드 반복 사용을 만족시킨다. 5) 점화기를 방사형 배치형식으로 설계했기에 점화 횟수를 5라운드 이상 증가시킴과 아울러 점화 신뢰성을 향상시켰다. 싱허동력은 40t급 중복 사용 가능한 액체산소/등유 엔진의 가스발생기, 터빈펌프 및 연소실 전부 설계를 완료했다. 이번 시운전을 통해 가스발생기 방안을 검증함과 아울러 제품 기술 상태를 확정했다. 시운전 제품을 후속 하프 시스템(Half system) 통합 테스트 및 엔진 전체 시스템 시운전에 직접 사용할 계획이다. 또한 해당 엔진을 "즈선싱" 운반로켓의 주동력(Main power)으로 이용할 예정이다. "즈선싱"은 중복 사용 가능한 중형(Medium) 액체 운반로켓이다.

세계 최대 규모 로켓 분리용 에어백 개발

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최근, 중국항천과기그룹 제1연구원이 “초장 대구경 고내압 에어백 검수 테스트”를 완료했다. 이는 중국이 세계 최대 규모, 강한 내압성 로켓 분리용 에어백 개발에 성공했음을 의미한다. 분리용 에어백은 운반로켓 페어링(Fairing)을 종방향으로 분리시키는 화공품이다. 분리용 에어백은 한 가닥의 가늘고 긴 허리띠와 같이 2개 페어링 하프 커버(Half face)에 압축돼 있다. 튜브모양의 에어백에는 화공품이 충전돼 있다. 로켓 비행 과정에서 에어백은 납작한 모양이고 2개의 페어링 중간에 긴밀히 압축됐다. 페어링 분리 과정에서 내부 화공품이 폭발하여 에어백이 부풀어 오름과 동시에 2개 페어링 하프 커버의 연결 구조가 펼쳐지면서 페어링이 분리됨과 동시에 위성을 방출한다. 새로 개발한 분리용 에어백은 기존의 운반로켓용 에어백에 비하여 길이가 5배, 구경이 2배 증가되고 내압성이 3배 향상됐다. 미래 중형 운반로켓은 페어링 사이즈가 크고 무게가 무겁기에 2개 페어링 하프커버가 결합된 후 페어링 중간의 분리용 에어백은 아주 큰 압력을 제공하여 2개 거대한 페어링의 분리를 방지해야 한다. 따라서 해당 에어백은 사이즈가 커야 하며 중형 운반로켓 페어링의 “허리”를 감싸야 할 뿐만 아니라 견고하여 2개 거대한 페어링의 압력 및 화공품 폭발 충격력에 견뎌야 한다. 해당 에어백 개발 과정에서 두 가지 기술적 어려움을 극복했다. 1) 대구경 초장 에어백의 안전한 제조 기술을 파악했다. 에어백 편직 규모가 아주 크기에 가황 복합 과정에서 쉽게 결함이 발생한다. 연구팀은 유연한 재질의 스프링 튜브를 통해 편직 과정의 견인력을 분산 및 평형시킴으로써 직물의 안정성을 유지함과 아울러 초장 에어백의 무손상 복합을 최대로 보장했다. 2) 내고압 에어백 재료 선택 및 편직 기술을 파악했다. 대형 에어백은 강한 내압성을 보유해야 한다. 페어링 분리 과정에서 발생하는 가스 누출 현상을 해결하기 위해 국내외 고강도 섬유 재료 및 라이닝 재료를 심층적으로 조사연구하여 지표 요구를 만족하는 제품을 선별함과 아울러 내고압 에어백 재료 선택 및 편직 기술을 파악했다. 이로써 한 장의 A4 용지 크기의 분리용 에어백이 20대 2t 중형 자동차의 압력에 견딜 수 있다. 초장 대구경 고내압 에어백은 현재 세계 최대 규모의 에어백이다. 해당 에어백의 성공적 개발은 중국의 에어백 분리 장치 기술 수준을 대폭 향상시킴과 아울러 중형 운반로켓 대형 페어링의 높은 안전성 수평 발사 분리에 기술 보장을 제공했다.

저장대 의학원 중국인뇌은행 구축

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최근 저장대학 의학원이 뇌과학 연구의 수요에 부응해 신경과학, 인체해부학, 병리학 및 기타 관련 학과의 전문가·역량을 통합하여 다학문적 견본플랫폼인 중국인뇌은행(아래 저장대 뇌은행)을 구축하였다. 저장대 뇌은행은 2012년 11월에 최초로 기증받은 대뇌를 수집한 후 국제 표준작업 프로세스에 따라 총 176개의 신선한 인간 전뇌 조직견본을 수집·저장하였다. 해당 조직견본은 노인성 치매, 파킨슨병, 조현병, 무도증(chorea) 등 흔히 볼 수 있는 정신질환, 신경질환, 노인퇴행성질환과 관련한 다양한 연령대의 중국인 뇌조직 견본을 포함한다. 저장대 뇌은행은 중국 유일의 체계적이고 완전하게 정신·신경계 질환자의 뇌조직 견본을 수집하고 있는 뇌은행이며 또한 현재 중국에서 가장 많은 질병 유형, 가장 규범적인 처리, 가장 완전한 임상데이터, 가장 완전한 신경병리학 진단자료를 보유하고 있고 국제표준과 완벽하게 연계되는 뇌조직 샘플은행이다. 현재 저장대 뇌은행은 다수 국가중점연구개발계획, 국가자연과학기금 중대특별프로젝트 등을 포함한 중국 25개 과학연구 프로젝트에 3,600여 건 인간 뇌조직 견본을 제공하는 등 중국인 뇌조직 견본 관련 연구 가동을 위해 효과적인 지원·서비스를 제공하고 있다. 2019년 4월에 저장대 뇌은행과 저장대학 의학원 부속제1병원의 협력·공동구축협의서 공식 체결을 계기로 병원플랫폼/투입을 효과적 결합했고 견본 제공원을 더욱 확충하였으며 견본 품질을 향상시켰다. 2019년 6월 5일에 과기부와 재정부는 국가과기자원공유서비스플랫폼 최적화 조정 리스트를 발표했는데 그중 저장대 뇌은행이 입선되어 국가급자원플랫폼 "국가 건강과 질병 인간뇌조직 자원풀"로 되었다.

베이징중의약대학 제3부속병원, 침자로 항암화학요법 약물 유도

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최근, 베이징중의약대학 제3부속병원 침구미세침습종양과 황진창(黃金昶) 연구팀은 중국 전통적 침자요법으로 항암화학요법 약물을 유도하여 집결시킬 수 있음을 발견했다. 해당 연구성과는 "Frontiers in Oncology"에 온라인으로 게재됐다. 연구팀은 종양 주변 위자(圍刺)가 삼중음성유방암 생쥐 종양의 택솔(Taxol) 농도 분포에 미치는 영향을 탐구함과 아울러 분자 수준에서 관련 종양의 모세혈관 및 미세환경 변화를 관찰했다. 연구 결과, 전기침에 의한 종양 주변 위자와 택솔을 결합하여 중재한 후 2시간 시점에서 종양 모세혈관 및 미세환경 조절을 통하여 종양 국소적 약물농도 농축을 촉진할 수 있다. 침자 결합 화학요법 연구 분야에서 연구팀은 임상에서 침자 결합 저위 직장암(Low rectal cancer) 새 보조 화학요법에 의한 병기축소(Downstaging) 항문 보존, 침자 결합 폐암 화학요법에 의한 병기축소 수술 및 침자 결합 난치성 난소암 화학요법 효과 증가 등 연구를 수행했으며 또한 현재 순조롭게 진척되고 있다. 침자는 전통적인 중의요법의 중요한 구성 부분으로서 중국에서 수천 년 내려오면서 현재 전세계 여러 국가로 보급되고 있으며 또한 중요한 비약물요법으로 종양치료에 광범위하게 이용되고 있다.

허혈성 뇌졸중을 표적화 치료 미셀 약물전달시스템 구축

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최근 푸단대학 약학학원 장천(蔣晨) 연구팀과 상하이의약공업연구원 루웨이건(陸偉根) 연구팀은 공동으로 뇌부 병소의 신경혈관유닛을 재구성하고 급성 허혈성 뇌졸중을 치료하며 혈전용해 후 부작용을 방지할 수 있는 신형 고분자 미셀(polymeric micelles) 약물전달시스템을 개발했다. 해당 성과는 "Advanced Materials"에 온라인으로 게재되었다. 신경혈관유닛은 신경세포, 뇌혈관내피세포, 미세아교세포 등 다양한 뇌속 세포 유형을 포함한다. 뇌졸중 혈전용해 치료시 재관류손상 과정에서 산화스트레스, 신경염증, 혈관손상 등 다양한 병리 메커니즘을 유발하는 캐스캐이드 반응은 해당 구조의 다양한 세포로 하여금 동시에 불량영향 후 대사/표현형/기능 이상 발생으로 인한 불가역적인 뇌부 손상을 입게 한다. 연구팀은 "신경혈관유닛"을 기본구조로 하는 뇌 병리 메커니즘 탐구모델을 제안함과 아울러 허혈병소 혈관 속 미세혈전을 표적화 치료할 수 있는 미셀 약물전달시스템을 설계 및 구축했다. 동 시스템은 세포 스트레스 경로 조절이 가능한 약물인 라파마이신(rapamycin)을 담지하므로 "신경혈관유닛" 내 다양한 세포에 대한 동시적 조절을 구현한다. 한편 동 약물전달시스템은 미세혈전과의 결합을 통해 손상된 혈뇌장벽을 더한층 뛰어넘어 허혈병소로 진입할 수 있고 또한 미세환경에서 고수준의 활성산소종(reactive oxygen species)의 자극에 의해 약물을 방출한다. 해당 시스템에 담지된 약물은 이외에도 신경세포의 자가포식 수준 상향조절, 허혈 스트레스 상태 저항, 세포 복원도 가능하다.

레지오넬라 뉴모필라에 의한 레지오넬라증 발병 메커니즘 규명

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최근 푸젠사범대학 어우양쑹잉(歐陽松應) 연구팀과 미국 퍼듀대학(Purdue University) 뤄자오칭(羅招慶) 연구팀은 공동으로 레지오넬라 뉴모필라(Legionella pneumophila) 이펙터단백질 SidJ가 인체 숙주세포에 침입한 후 숙주세포의 칼모듈린(calmodulin, CaM)을 이용해 자체 글루탐산 수식효소를 활성화시킴으로써 SdeA 기능을 조절하는 분자 메커니즘을 발견했다. 해당 성과는 "Nature"에 온라인으로 게재되었다. 속칭 "에어컨 폐"라고도 불리는 레지오넬라증은 무더운 여름날 에어컨을 켠 방안에 "숨어" 있는 레지오넬라 뉴모필라에 기인한 것으로서 인체 중증 폐렴증상을 유발한다. 다수 병원균은 인체에 침입한 후 숙주세포와의 장기적 게임과정에서 진화를 통해 다양한 방식으로 숙주에 관여하는 유비퀴틴 수식 시스템을 형성한다. 이로써 감염효율을 증대시킴과 아울러 숙주의 면역 "감시"를 회피하는 목적을 달성한다. 레지오넬라 뉴모필라는 300여 개 이펙터단백질을 숙주세포에 분비해 숙주의 각종 신호경로를 조절·교란시킴으로써 숙주세포에서 자신의 증식을 돕는다. 연구팀은 병원성 레지오넬라 뉴모필라 이펙터단백질 SidJ가 숙주 단백질 CaM을 이용해 글루탐산화 수식을 수행함으로써 숙주반응을 조절하는 분자 메커니즘을 상세하게 해석했다. 해당 연구는 글루탐산 수식효소의 촉매 메커니즘 탐구에 새 시스템을 제공함과 아울러 레지오넬라증 임상치료 약물 개발에 새 표적을 제공했다.

홍콩중문대학, 무릎굽힘으로 발전 가능한 웨어러블 장치 개발

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최근, 중국 홍콩중문대학 기계·자동화공학부 랴오웨이신(廖維新) 연구팀은 보행시 무릎 굽힘으로 생성되는 운동에너지를 통해 발전할 수 있는 웨어러블 장치를 개발해 웨어러블 건강 모니터의 전력 공급에 이용될 전망이다. 해당 연구성과는 "Applied Physics Letter"에 게재됐다. 연구팀은 압전 섬유재료 및 커넥팅 로드를 이용해 엔진 크랭크 구조와 유사한 장치를 설계했다. 해당 장치의 무게는 307g밖에 안되며 다리에 착용한 후 보행시 무릎 자연 굽힘 과정에서 생성되는 운동에너지를 "포획"해 전기에너지로 전환시킨다. 해당 장치를 착용한 후 4Km/h의 속도로 보행시 장치 출력은 1.6μW에 달한다. 해당 장치를 착용한 경우와 착용하지 않은 경우 피시험자의를 보행시 호흡 상황을 비교한 결과, 해당 장치를 착용한 후 보행시 추가적 힘이 필요하지 않았다. 인간의 보행 빈도가 매우 낮기에 진동 과정에서 에너지 수집 효율이 비교적 낮다. 하지만 이번에 개발한 무릎 굽힘 과정에서 생성된 운동에너지를 이용한 발전은 상기 문제점을 극복했다. 새로운 인체 운동에너지 수집 기술은 웨어러블 장치 개발을 추진하여 웨어러블 건강 모니터 등의 "자가 전력 공급"을 달성함으로써 사용자가 경상적으로 충전해야 하는 번거로움에서 벗어날 수 있다.

농촌 습식 폐기물 쾌속 퇴비화 기술 개발

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최근 중국과학원 청두생물연구소 리둥(李東) 연구팀이 2년 연구 끝에 개발한 농촌 생활유기폐기물 현장 쾌속 분해 퇴비화 플랜트 기술이 청두시 솽류구(雙流區)에서 시범응용에 들어갔다. 해당 기술은 음식물폐기물, 짚, 동물배설물 등을 높이 1m, 용적이 220L인 퇴비통에 넣고 전용 분해균을 뿌려 쾌속 부식화 발효를 시키는데 30일 후 폐기물은 토양과 흡사한 갈색 유기질로 분해된다. 퇴비통에서 꺼내 2차 부식화를 거치면 최종적으로 "검은 황금"—유기비료로 변신한다. 현재 중국의 농촌 생활폐기물 처리방식은 주로 간이매립과 야외소각이다. 농촌 생활폐기물은 분포가 광범위하고 규모가 작으며 구성성분이 복잡하다. 연구팀은 습식 폐기물을 농업용 유기비료로 전환시키는 기술을 자체적으로 개발했다. 동 기술은 쾌속 부식화 및 악취제어 통합 퇴비기, 친환경 가정용 퇴비통, 퇴비 분해균 등을 포함한다. 부식화 폐기물 퇴비화 과정에서 분해균은 퇴비주기를 단축시키고 영양분 손실을 줄이는 역할을 한다. 연구팀은 단백질분해균, 유지분해균 등 퇴비 기능성 미생물을 선별한 다음 생물학적 길항 테스트 등 실험을 거친 후 이들을 조합해 유기폐기물 종류별 전용 분해균 제품을 개발했다. 통합화 퇴비설비는 20㎡ 부지면적에서 매일 500kg의 습식 폐기물을 처리할 수 있다. 가정용 퇴비통은 매일 3kg의 습성 쓰레기를 투척할 수 있으며 쓰레기 한 층에 분해균 한층을 뿌리면 된다. 분해과정에서 자가발열 온도는 70℃에 달해 병원균, 회충란 등을 효과적으로 사멸시킬 수 있다. 퇴비설비와 분해균을 배합하여 사용하면 원래 60~90일이 소요되던 분해주기를 15~30일로 단축시킬 수 있다.

차세대 순전기차플랫폼용 40KW 차량 탑재 충전기 공진 변압기 개발

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최근, 닝샤(寧夏)인리(銀利)전기주식유한회사(이하 닝샤인리전기로 약칭)가 개발한 차세대 순수 전기차 플랫폼용 40KW 차량 탑재 충전기 공진 변압기 프로토타입이 검증에 통과된 후 3회 생산분량의 소규모 주문을 접수했다. 해당 제품은 세계 최초로 개발한 고출력 차량 탑재 충전기(OBC)에 응용될 전망이다. OBC를 다양한 순수 전기 상용차에 설치할 경우 지상 직류 충전기에 의존하지 않고 충전할 수 있다. 대출력 OBC는 대형버스, 중형버스, 택시 및 도시 쓰레기 수거차, 청소차 등 특수 차량에 이용될 전망이다. 2017년 11월, 닝샤인리전기는 모 유명 신에너지자동차 기업의 차세대 순수 전기차 플랫폼용 맞춤형 고주파수 변압기, 인덕턴스(Inductance) 제품 개발을 가동했다. 2018년, “신에너지차 맞춤형 차량급 인덕턴스 및 변압기 연구개발” 프로젝트가 닝샤후이족자치구(寧夏回族自治區) 중점 연구개발 계획에 입선됐으며 정부 특별자금의 지원을 획득했다. 2018년 7월, 제4 버전 프로토타입 방안이 확정되어 연구개발 및 테스트 절차를 수행했다. 결과, 전부하(Full load) 조건에서 온도상승이 안정적이었으며 최고 온도점이 65℃에 달하여 일본의 동일 유형 제품 성능을 초과했다. 그 후 제5 버전 프로토타입에 대한 테스트도 고온 작동 검증에 통과됐다. 2019년, 닝샤인리전기가 광둥성(廣東省)선전시(深圳市)에 신축한 공장이 TS16949 인증에 통과되어 자동자 제품 생산 자격을 획득했다.

디젤유 오염 복원 가능한 “나노 스펀지 복원제” 개발

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최근, 중국과학원 허페이(合肥)물질과학연구원 기술생물·농업공학연구소 우정옌(吳正岩) 연구팀은 수중 및 토양 내 디젤유를 고효율 제거할 수 있는 새 나노 복원제를 개발했다. 해당 연구성는 “Science of the Total Environment”에 게재되었다. 디젤유 채굴 및 수송 과정에서 적지 않은 디젤유가 수중 및 토양에 유출되어 환경오염을 유발한다. 디젤유에 함유된 분해되기 어려운 방향족탄화수소는 수생생물 및 농작물의 생장에 영향을 미치므로 디젤유 오염 복원은 환경 분야의 연구 핫이슈 및 어려움으로 되고 있다. 전통적인 디젤유 흡착제는 합성 공법이 복잡하고 원가가 높기에 대규모 응용이 어렵다. 따라서 공법이 간단하고 고효율적인 디젤유 흡착제를 개발할 필요가 있다. 프로젝트팀은 나노 스펀지를 기반으로 하고 아미노 실리콘유(Amino silicone oil)와 실란 커플링제(Silane coupling agent) 수식을 통하여 새 소수성 나노 스펀지를 제조했다. 실험 결과, 해당 소수성 나노 스펀지를 복원제로 수중 및 토양에 유출된 디젤유를 고효율적으로 제거할 수 있다. 해당 복원제는 성능이 안정할 뿐만 아니라 제조 공법이 간단하여 광범위하게 응용될 전망이다.

2차원 자성재료 비선형 광학연구에서 일련 성과 달성

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최근 푸단대학 물리학부 우스웨이(吳施偉) 연구팀과 워싱턴대학 쉬샤오둥(許曉棟) 연구팀은 공동으로 2차원 자성재료 이중층 삼요오드화크롬(Chromium triiodide) 층간 반강자성 구조에서 비롯된 비상호성 2차 고조파 비선형 광학응답을 관측함과 아울러 삼요오드화크롬 층간 반강자성 결합과 반데르발스 적층구조의 연관성을 규명했다. 해당 성과는 "Nature"에 게재되었다. 2차원 자성재료는 최근년래 국제적 연구이슈가 되고 있다. 하지만 해당 재료시스템은 전체적으로 외부에 자성 특성을 나타내지 않을 뿐더러 샘플이 얇고 작기에 이와 관련한 실험연구는 해당 분야의 어려움으로 되고 있다. 몇 개 원자층 두께의 2차원 반강자성재료가 외부에 주는 물리적 자극(physical stimulation)은 일반적으로 측정 가능한 응답을 발생하기 어렵다. 과거 해당 영역은 "어두운 구석"으로 남아있었지만 현재 2차 고조파 방식으로 그 비밀을 밝힐 수 있게 되었다. 연구팀이 실험에서 측정한 반강자성재료의 두께는 2개 단위포(unit cell)층 두께(<2nm)였다. 동 조건에서 중성자 산란 등 측정 수단은 효과가 없었다. 연구팀은 수년간 2차원 재료 비선형 광학연구를 기반으로 광학 2차 고조파 방법을 사용해 2차원 자성재료의 자기구조(magnetic structure) 및 관련 특성을 탐구했다. 광학 2차 고조파는 재료의 거시적 자성에 의존하지 않고 미시적 자기구조에 발생하는 대칭성 붕괴(broken symmetry)에 의해 결정된다. 반강자성 상태에서 이중층 삼요오드화크롬 자기구조에 시간반전대칭성(Time-reversal symmetry) 및 공간반전대칭성 파괴가 발생함에 따라 강한 비상호성 2차 고조파 응답이 발생한다. 한편, 시스템을 변태온도(transformation temperature) 이상에 도달시키거나 또는 면외 자기장을 가해 강자성 상태로 당겨오면 오히려 자기구조 대칭성에 변화가 발생하고 이에 따라 2차 고조파 신호도 사라진다. 이외 연구팀은 이중층 반강자성 삼요오드화크롬의 2차 고조파 신호의 응답계수가 3개 수량급 이상 높아짐을 발견했다. 이는 일반 강자성 계면에 발생하는 2차 고조파에 비해 10개 수량급 높은 수준이다. 연구팀은 이렇게 강한 2차 고조파 신호를 이용해 비로소 이중층 삼요오드화크롬의 단위포층 적층 구조의 대칭성을 규명했다.

중국산 중대형 태양광 무인기 "뭐쯔 Ⅱ형" 첫 비행 성공

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2019년 7월 27일, 상하이아오커싸이(奧科賽)항공기유한회사가 2년 거쳐 개발한 중대형 태양광 구동식 "뭐쯔(墨子) Ⅱ형" 장기체공 항공기가 저장(浙江)더칭(德清) 모간산(莫幹山) 범용비행장에서 첫 비행에 성공했다. 중국이 독자적 지식재산권을 보유한 "뭐쯔 Ⅱ형" 항공기의 광전전환효능, 비행시간 등은 Ⅰ세대에 비해 대폭 향상돼 상업화 응용 수준에 접근했다. 현재 "뭐쯔 Ⅱ형"은 저공 디지털화 산업 포석의 일환으로 이동통신사업자, 5G, 셀룰러(cellular)장비업체 등과 협력 중에 있다. 설계 익폭이 15m에 달하는 "뭐쯔 Ⅱ형"는 4대의 전기모터 구동 및 태양전지 전력공급 방식을 이용함과 아울러 에너지저장 전지도 장착했다. 6,000~8,000m 고공 비행시 광에너지를 전기에너지로 전환시켜 구동하기에 폐가스 배출이 없다. 이번 첫 비행에서 항공기의 공기역학, 태양에너지 전환효율, 완제품 구조, 비행 안정성, 조종 시스템 등 테스트를 통해 항공기의 고효율적 공력효율이 검증되었다. 안정성을 더한층 높여 복잡한 공중환경에 대비하기 위해 "뭐쯔 Ⅱ형"의 수평꼬리날개는 Ⅰ세대와 달리 동체 아래쪽으로 옮겼다. 또한 광에너지의 전기에너지로의 전환효율을 Ⅰ세대의 16%에서 23%로 향상시켜 맑은 날씨 상황에서 12시간의 체공작업이 가능하다. 날씨 조건이 허락될 경우 대낮에 구름층 위에서 저속으로 순항하면서 충전할 수도 있다. "뭐쯔 Ⅱ형"은 긴급 재난구조, 정찰통신 등 분야에 응용될 전망이다. 최근 2년간 범용항공기업에 대한 상하이 린강(臨港)의 대폭적 지원에 힘입어 현재 2개의 고도 300m 비행공역 및 이착륙지 허가가 떨어져 범용항공기업의 시험비행 및 납품에 유리한 조건을 마련했다. "뭐쯔 Ⅱ형" 태양에너지 항공기의 후속 성능테스트를 완료한 후 5G 셀룰러장비업체 및 모바일데이터사업자와 협력해 장기체공 항공기의 응용장면을 확장시킬 계획이다.

중국과기대, 강도와 인성이 뛰어난 생체모방 나노복합섬유 신소재 개발

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최근 중국과학기술대학 위수훙(俞書宏) 연구팀은 천연생물섬유를 참고해 강도와 인성이 뛰어난 매크로스케일 섬유소 기반 나노복합섬유 소재를 성공적으로 개발했다. 해당 성과는 "National Science Review"에 온라인으로 게재되었다. 나노스케일 섬유소는 저장량이 가장 풍부한 나노급 원재료로서 밀도가 낮고 열 안정성이 양호하며 기계적 특성이 뛰어날 뿐더러 분해/재생/지속 가능한 장점이 있어 다방면의 관심을 받고 있다. 하지만 인공적으로 제조한 섬유소 기반 매크로 섬유소재의 강도와 인성(toughness) 간 모순은 해결하기 어려운 문제로 남아있다. 따라서 해당 유형 소재의 낮은 인성, 쉬운 취성파괴(brittle fracture) 등 문제는 첨단직물 등 분야로의 실제응용을 크게 제한하고 있다. 한편 자연계의 수많은 동·식물섬유 모두 높은 강도/인성 조합을 완비한다. 이러한 섬유는 모두 천연나노복합재료이며, 고도의 방향성을 지닌 고강도 나노섬유 유닛에 의해 비교적 유연한 유기물 기질에 피복되어 형성되었으며, 매우 질서 있는 다단계 스파이럴 와인딩(spiral winding) 구조를 보유하는 등 공통성을 지닌다. 연구팀은 세균의 고강도 나노섬유소를 기본 보강유닛으로 하고 알긴산나트륨 생물대분자를 유기물 기질로 한 다음 양자의 복합 수용액으로 용액방사(solution spinning)를 수행해 인장강도가 대체적으로 향상된 단일 방향성 구조 매크로 나노복합섬유를 획득했다. 순수 알긴산나트륨 매크로섬유의 인장강도는 190MPa 밖에 안 되지만 해당 나노복합섬유의 인장강도는 420MPa로 향상되었다. 그 다음 다단계 스파이럴 와인딩 구조 설계를 통해 유사 생물섬유구조 특성을 보유한 매크로 인공섬유소재를 획득했는데 그 인장강도는 25% 향상되었고 파단연신율과 인성은 각각 50%, 100% 향상되었으며 최대인장강도(Ultimate tensile strength)는 535MPa, 파단연신율은 16%에 달했다. 해당 연구에서 획득한 최대인장강도는 고성능 섬유소 기반 천연식물섬유와 비슷했다. 해당 유형 생체모방 섬유구조 설계 전략은 기타 복잡계 구조재료 설계·제조에 응용될 전망이다.

무게가 약 8만 t에 달하는 회전체 사장교 "공중 연결" 달성

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2019년 7월 20일 새벽, 허베이성(河北省) 바오딩시(保定市) 웨카이거리(樂凱大街) 징광철도(京廣鐵路)를 가로지르는 무게가 약 8만 t에 달하는 초장 회전체 더블윙(Double wing) 사장교가 공중에서의 완벽한 회전체 연결을 달성했다. 이로써 세계 교량 건축사상 회전 무게, 회전 경간, 회전 힌지 지름의 세계기록을 경신했다. 중국건축교통건설그룹유한회사가 시공한 해당 사장교는 145+240+110m 이중 타워(Dual tower) 단일 케이블 표면 프리스트레스 콘크리트 사장교 구조 형식을 이용했으며 전체 길이는 495m, 너비는 39.7m이다. 주탑의 교면 상부 높이는 68m, 서브 타워(Sub tower)의 교면 상부 높이는 53m이며 횃불형 교탑 구조를 이용했다. 또한 횡방향 사장 케이블을 메인 보(Main beam) 중앙에 설치했으며 교량에 모두 42쌍의 사장 케이블을 설치했다. 교량 아래쪽은 북쪽에서 남쪽 순서로 징광철도의 21가닥 철도선 및 여러 가닥의 도시 도로를 가로지른다. 기차역 광장 및 징광철도의 안전 운영에 미치는 영향을 감소시키기 위해 서브 타워, 주탑 이중 회전법으로 시공했다. 회전체 무게는 각각 3.5만 t 및 4.6만 t이고 주탑 회전체 길이는 263.6m로, 회전 무게 및 회전 경간은 모두 세계기록을 경신했다. 해당 기술은 복잡하고 난이도가 매우 크다. 시공 과정에서 최초로 구면 편평 힌지(Flat hinge) 공법, 고정밀도 대직경 구면 편평 힌지 연결 제조 기술, 보 말단 무게 측정 시스템, 자체로 개발 설계한 W형 보 구조 등 선진 기술을 이용했을 뿐만 아니라 회전체 무게비는 기존의 기록에 비하여 약 1배 향상됐다. 해당 대교는 바오딩시 웨카이거리 남쪽 방향 확장 프로젝트의 핵심 공사로서 남쪽 방향 확장 프로젝트 전체 길이는 11.93km이고 총투자는 30억 위안(한화 약 5149억)이며 슝안신구(雄安新區) 주간선 연결을 담당한다.

초장 감마선 폭발 잔광의 X선 열방사 기원 규명

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최근 윈난천문대 류제잉(劉傑英)/마오지룽(毛基榮) 연구원은 초장 감마선 폭발원—GRB 130925A 잔광의 X선 열방사 기원에 대한 이론적 해석을 통해 해당 폭발원의 10keV 이상 열 X선 방사는 금속이 풍부한 먼지 항성풍의 열 제동방사 과정에서 기원한다고 추정했다. 관련 연구 성과는 "The Astrophysical Journal"에 온라인으로 게재되었다. 감마선 폭발은 우주에서 가장 강렬한 폭발 현상으로서 그 방사 지속 시간은 수 밀리초에서 수천 초까지 다양하다. 일반적으로 폭발 단계의 방사를 순간 방사라고 부르고 폭발 완료 후 X선, 광학, 전파 등 낮은 에너지 영역의 지속적 장시간 방사를 잔광이라 부른다. X선 잔광 단계의 방사 스펙트럼은 흔히 비열적 멱법칙 분포를 나타내며 상대론적 전자의 싱크로트론 가속방사에서 비롯된다. 최근 일부 X선 잔광 관측에서 열 성분이 발견되었다. 광학두께의 흑체방사가 해당 열 성분의 정합에 사용될 수 있지만 잔광에서 광학두께의 상황이 발생하기는 어렵다. 연구팀은 제동방사(bremsstrahlung)를 이용한 GRB 130925A에 대한 X선 열 성분 이론적 분석을 통해 해당 과정은 초장 폭발이라고 주장했다. 제1차 폭발주기는 약 900초 지속되며 두 번째 폭발주기는 2,000~3,000초에 달한 것으로 나타났다. 기존의 연구는 해당 폭발원의 선조별(progenitor star)이 청색 초거성 또는 적색 초거성이라고 주장하는데 이는 잔광 방사가 매우 큰 화구반경(radius of fireball)에서 발생함을 의미한다. 이외, 해당 폭발원의 숙주은하(host galaxies)는 소광이 심하며 높은 금속 존재비 특성을 보유한다. 이러한 환경은 풍부한 전리입자(ionizing particle)를 제공할 수 있다. 해당 폭발원 폭발 1.8일 후의 두 그룹 X선 방사 데이터 분석을 통해 연구팀은 충격파가 폭발원 중심으로부터 일정 거리 떨어진 항성풍 물질을 통과시 물질의 온도 상승 및 입자의 효과적인 전리를 초래하며 제동방사 냉각 평형을 거쳐 잔광 단계의 X선 방사가 발생한 것으로 추정했다. 이외, 방사 스펙트럼 비교를 통해 주변 항성풍의 수 밀도(number density) 및 전자 온도를 확정했다. 해당 연구는 유사 X선망원경으로 초장폭발을 관측하는 방법을 통해 감마선 폭발 선조별의 물리적 과정 및 그 주변 환경을 완전하게 정립할 수 있음을 시사한다.

고체물리연구소, 물전기분해용 저원가 고활성 이중기능 촉매 개발

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최근 중국과학원 허페이물질과학연구원 고체물리연구소 리웨(李越) 연구팀은 계층적 헤테로구조 Ni3Se4@NiFe 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 나노시트 제조 및 완전가수분해 연구에서 새 성과를 거두었다. 해당 성과는 "나노세계"에 게재되었다. 해당 연구는 저원가 고활성 이중기능 물전기분해 촉매 개발에 효과적인 설계 아이디어를 제공했다. 물전기분해 규모화 응용의 핵심은 양극 산소발생반응(OER) 및 음극 수소발생반응(HER)의 과전위를 낮추어 저전위 조건에서 대전류 수소생성을 달성함과 아울러 전력소비 및 수소생산원가를 절감하는 것이다. 기존의 연구에 의하면 Ru, Ir, Pt 등 귀금속 및 그 산화물은 가장 우수한 수소발생 촉매성능을 보유하지만 비싼 가격 및 자원 결핍으로 인해 해당 재료의 광범위한 응용을 제한한다. 따라서 저가의 고효율 비귀금속 물전기분해 촉매 개발은 매우 중요한 과학적 의미와 실용적 가치가 있다. 기존의 촉매는 일반적으로 한 가지 반응(OER 또는 HER)에만 높은 촉매활성을 나타내기에 물전기분해 반응은 두 가지 서로 다른 유형의 촉매를 필요로 한다. 이는 물전기분해 설비의 복잡화와 운영비용 증가를 초래한다. 만약 서로 다른 기능의 촉매를 1개 계층구조의 헤테로구조 나노재료에 조립해 이중기능 완전가수분해 촉매를 구축한다면 상기 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 연구팀은 간단한 2단계 수열합성법을 통해 수소발생성능을 보유한 Ni3Se4 나노시트와 산소발생성능을 보유한 NiFe를 계층적 구조를 보유한 이질적 완전 가수분해 촉매로 조립했다. 해당 촉매는 안정적인 계층적 구조 및 촉매 간 전자상호작용으로 인해 우수한 완전가수분해 활성을 보유한다. 또한 완전가수분해 전류밀도가 10mA/cm2일 경우 소요전압은 1.54V 밖에 안 되며 연속 100시간 작동 후에도 뚜렷하게 감쇠되지 않는 등 양호한 안정성을 입증했다.

중국과기대, 최초로 패리티-시간 대칭 관측

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최근 중국과학기술대학 두장퍼(杜江峰) 연구팀은 세계 최초로 패리티(parity)-시간 대칭을 관측했다. 해당 관측 방법 및 그 과정은 전통 양자시스템에서의 양자시스템 제어 방법을 뒤집었고 양자시스템 상호작용에 대한 이해를 심화시켰는바 향후 미시적 세계의 기이한 성질을 더 많이 인식하는데 일조할 전망이다. 넓고 아득한 우주에는 무수히 많은 일반적 대칭성 또는 기이한 대칭성이 존재한다. 공간을 대표하는 "우(宇)"와 시간을 대표하는 "주(宙)"는 그 자체가 한 쌍의 대칭성이다. 과학계는 물질이 동시에 시간과 공간의 대칭을 만족시킬 경우 패리티-시간 대칭을 충족시킨다고 주장한다. 물질의 각종 기이한 특성을 연구하기 위해 과학계는 다양한 방법을 이용하여 패리티-시간 대칭 상태를 제어한다. 고전물리 세계에서 이미 패리티-시간 대칭상태에 대한 제어를 구현했다. 하지만 양자 세계에서의 구현은 매우 어렵다. 양자역학의 이론에 의하면 양자시스템에서의 패리티-시간 대칭상태 구현 경로가 매우 협소하고 어렵다. 예를 들어 양자역학의 세계에서 "갑"이 현재의 자기 시간적 및 공간적으로 모두 대칭되는 자신으로 변하려면 가시덤불로 얽힌 좁고 질퍽한 길을 개척해야 하는데 이는 거의 불가능한 일이다. 두장펑 연구팀은 단일 스핀시스템에서의 양자제어 연구에 진력했다. 연구팀은 다이아몬드의 1개 "질소 빈자리 결함"(nitrogen-vacancy)에서 전자스핀을 제어하여 시스템 비트(Systematic bit)로 함과 아울러 핵스핀(nuclear spin)을 교묘하게 도입해 보조적 비트로 함으로써 해당 분야에서 실현한 적이 없는 전자스핀의 패리티-시간 대칭 제어를 구현했다. 연구팀은 특수한 소세계를 구축했고 또한 "을"을 창조했다. "을"은 "갑"을 이끌고 완전 다른 길을 개척할 수 있다. 비록 이 길이 굴곡적이고 예사롭지 않지만 은연 중 대칭성을 내재하고 있다. 해당 연구는 비전통적 양자시스템의 기이한 물리현상을 더한층 연구하는데 튼튼한 토대를 닦았다.

초당 4조 프레임 초고속 카메라로 광자의 운동 포착

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최근, 시안(西安)교통대학 전기통신학부 천펑(陳烽) 연구팀은 홍콩성시대학(CityU HK) 왕리다이(王立代) 연구팀과 공동으로 "압축 초고속 시간분광 이미징 기술(초고속 압축 이미징으로 약칭)"을 제안함으로써 프레임률, 프레임수 및 정밀 분광 이미징 등 분야에서 기존의 초고속 이미징 기술의 한계를 극복하고 광자의 운동을 성공적으로 포착했다. 해당 연구성과는 "Physical Review Letters"에 게재됐다. 연구팀이 제안한 초고속 압축 이미징 기술은 화학반응 과정의 원자 운동, 초단 레이저 펄스(Ultrashort laser pulse)가 재료에 작용시 발생하는 과도상태 비선형 과정 등 다양한 미지의 과도상태 과정을 연구하는 핵심 기술이다. 초고속 압축 이미징은 펨토초 레이저를 통하여 디지털 부호화를 수행함과 아울러 시간 및 분광 차원에서 압축 및 압축해제를 수행할 수 있기에 고속, 고프레임수 및 고분광 해상도를 동시에 구현할 수 있다. 초고속 압축 이미징의 초고프레임률은 3.85THz(1THz=1,012Hz), 해상도는 서브 nm급 초고분광 해상도에 달할 수 있다. 연구팀은 해당 초고속 압축 이미징 기술을 통하여 펨토초 레이저 펄스의 전파, 반사 및 자기 집속(Self-focusing) 등 지속 시간이 33피코초에 달하는 초고속 물리 과정을 실시간으로 기록했다. 초고속 압축 이미징의 기본 원리는 펨토초 레이저 시간-분광 상호 결합 원리이며 주로 3개 핵심 단계를 통하여 구현한다. 1) 펨토초 레이저의 풍부한 주파수 성분을 이용하고 색분산을 통하여 다양한 파장을 시간영역으로 확장시켜 하나의 "쳐프 펄스(Chirped pulse)"라고 부르는 고속 시계열을 형성한다. 2) 해당 확장된 시계열은 측정된 과도상태와 상호작용한다. 이로써 다양한 파장 성분으로 초고속 과정의 다양한 시간 정보를 기록할 수 있다. 3) 해당 시계열에 대한 2차원 공간 부호화를 수행함과 아울러 색분산을 이용하여 다양한 분광 정보를 하나의 2차원 평면에 압축시키며 또한 CCD를 이용하여 수집한다. 최종적으로 알고리즘을 이용하여 한 폭의 2차원 CCD 이미지를 시공간적 차원을 보유한 여러 폭의 초고속 이미지로 재구성한다. 해당 연구성과는 장시간, 광대역 분광 기반 펨토초 영상 기록이 가능하게 하였으며 더욱 많은 초고속 과정과 관련된 극단 물리학(Extreme physics), 화학, 재료 및 생물학 연구를 추진할 전망이다.