우주선 손상도 신경망으로 검출

↑ 권일범 표준연 연구원

국내 연구진이 항공우주 구조물에 사용하는 복합재료 내부 손상을 정확하게 검출하는 기술을 개발했다. 7일 한국표준과학연구원에 따르면 이 연구원 권일범 박사팀은 최근 복합재료에 광섬유를 매설하고 변형 패턴을 측정함으로써 손상을 파악하는 '광섬유 감지 신경망 기술'을 최초로 개발했다.
두 재료 이상을 조합한 복합재료는 가볍고 높은 강도를 지니고 있어 항공우주 구조물이나 자동차, 선박 등의 재료로 각광 받고 있지만 물리적 강도가 일정하지 않아 한번 손상이 발생하면 정확한 손상부위를 파악하기 어려웠다. 특히 우주선 발사체에는 탄소섬유로 강화된 복합재료가 들어있어 충격을 받아도 내부에만 손상을 입고 표면에는 잘 드러나지 않는다. 이를 검출하지 못한 상태에서 우주선을 쏘아올릴 경우 손상된 부분에 압력이 분출돼 폭발사고 등이 발생할 수 있다.
기존에는 복합재료 손상을 검출하기 위해 초음파나 방사선으로 일일이 내부를 촬영해야 했다. 하지만 이 방법은 손상에 대한 신호를 얻는 과정에서 오류가 발생하면 정확한 정보를 얻을 수 없고 많은 부수장치와 노동력, 시간이 필요하다는 단점을 안고 있다.
연구팀은 복합재료에 알루미늄 코팅 광섬유를 매설하고 손상이 발생하면 재료의 변형 패턴이 광섬유에 남도록 설계했다. 이후 광섬유 변형률을 측정하기 위한 센서 시스템을 구성해 정확한 손상 위치와 정도를 검출하는 데 성공했다. 특히 직경 25㎝, 길이 1.6m 크기 복합재료 실린더 안에 광섬유를 일정한 간격(12㎜)으로 감아넣은 후 충격에 의한 영향을 탐지한 결과 손상 위치를 3㎝ 내외 정확도로 검출할 수 있었다.
복합재료 손상을 정확하고 손쉽게 검출하는 이번 기술은 우주 발사체 추진기관이나 중대형 산업 설비, 조선해양 분야에서 대형 구조물의 안전성 검사를 위한 측정 기술로 폭넓게 활용될 전망이다. 권 박사는 "사람의 신경망이 통증이나 온도, 압력 등을 감지하는 것처럼 구조물에도 광섬유를 통해 손상을 감지하는 신경망 기술을 개발했다"며 "산업 전반에 사용하는 복합재료의 찾아내기 힘든 충격 손상을 유효하게 검출할 수 있다"고 말했다.
[서진우 기자]