과학기술정보통신부 국립중앙과학관 주관 국가중요과학기술자료 등록

KRISS가 소장한 4개의 자료가 과학기술정보통신부 국립중앙과학관에서 선정하는 국가중요과학기술자료로 신규 등록되었다. 국가중요과학기술자료 등록제는 과학기술에 관한 역사적, 교육적 가치가 높고 후대에 계승할 필요가 있는 자료를 국가적 차원에서 체계적으로 보존, 관리하기 위해 과기정통부와 국립중앙과학관에서 2019년부터 운영하는 제도이다.

이번에 등록된 자료는 ‘우주용 비구면 광학 거울’, ‘1 MN 실하중 힘 표준기’, ‘KRISS-Laser-2’, ‘1세대 실린더 무게 측정 장치’ 등 총 4건이다. 지난 2021년에 KRISS 보물 중 ‘세슘원자시계 KRISS-1’이 국가중요과학기술자료로 등록된 바 있으며, 신규로 선정된 4건을 합치면 총 5건의 KRISS 보물이 국가중요과학기술자료로 등록된 것이다.
지난 12월 10일 국립중앙과학관에서는 제6회 국가중요과학기술자료 등록·수여식을 개최하였으며, KRISS 황인용 홍보실장이 참여하여 신규 등록된 국가중요과학기술자료 4건에 대해 상장과 상패를 수여하였다.

신규로 등록된 4건은 다음과 같다.

우주용 비구면 광학 거울
‘우주용 비구면 광학 거울’은 멀리 있는 천체를 고해상도로 관측하기 위한 필수 장비로, 대기의 영향을 받지 않는 우주 환경에서 최고의 성능을 발휘해야 한다. 이러한 거울은 물체로부터 나오는 빛을 최대한 많이 수집하기 위해 큰 구경을 사용하며, 고해상도 관측을 위해 형상 오차를 최소화하는 것이 중요하다. 가시광을 사용하는 고해상도 망원경의 경우, 비구면 거울의 형상 오차는 20nm(RMS) 이하로 유지되어야 한다. 이를 위해 거울은 초정밀 비구면으로 연마되며, 레이저를 이용한 홀로그래픽 측정법이 사용된다.
우주에서의 환경은 극심한 온도 변화, 강한 방사선, 발사 시의 강한 충격과 진동 등 다양한 도전 과제를 제공한다. 이러한 환경에서도 성능을 유지해야 하므로, 고도의 기술력이 요구된다. 한국은 1970년대 일본의 기술 지원으로 단순 광학 부품을 OEM 생산하던 수준에서, 40년 만에 초정밀 비구면 광학 거울을 국산화하여 과학기술의 위상을 높였다.
2016년에는 지름 1m의 우주용 비구면 광학 거울이 개발되어 국가 과학기술 성과로 인정받았다. 이 거울은 0.8m의 직경을 가지고 있으며, 형상 오차가 18nm (RMS)로, 고도 600km에서 분해능 0.4m의 고해상도 영상을 획득할 수 있다. 이러한 성능은 아리랑위성 3호와 같은 다른 고해상도 위성 카메라와 유사하다. 또한 차세대 중형위성용 직경 600mm 거울 개발로 이어졌고, 2021년 3월에 성공적으로 발사된 이후 정상 임무를 수행 중이다.
대구경 비구면 광학 거울은 군사적 목적이나 첨단 기초과학의 인프라 수준을 나타내는 중요한 기술로 간주되며, 선진국에서 전략 물자로 분류하여 기술 이전이 엄격하게 제한되고 있다. 따라서 한국이 이러한 기술을 국산화함으로써 휴대폰 카메라와 같은 소형 광학계 위주의 국내 광산업에 대형 광학계를 접목시키고, 차세대 우주 산업과 광계측 산업을 발전시킬 수 있는 기회를 제공한다.

1 MN 실하중 힘 표준기
KRISS는 1979년부터 힘 표준기 개발에 착수해 미국의 표준 기관인 NIST로부터 500 kN 실하중 힘 표준기를 도입하고, 1986년에 구축을 완료했다. KRISS는 2 MN 유압식 힘 표준기를 시작으로 10 MN 빌드업 힘 표준기, 20 N, 200 N, 20 kN, 100 kN 실하중 힘 표준기를 국산화했다. 2010년, 기존의 500 kN 힘 표준기의 노후화로 1 MN 힘 표준기 개발을 결정했고, 2014년 1 MN 실 하중 힘 표준기 개발을 성공했다.
KRISS는 이러한 과정을 통해 미국과 독일에 이어 세계 3위 수준의 대용량 힘 표준 능력을 확보하였으며, 1 MN 실하중 힘 표준기는 높이 17m, 총 중량 180 톤, 불확도 0.002%로 국내 최대 용량이다. 이 힘 표준기는 선박, 플랜트, 교각, 발전소 등 대형 건축물 설계 시 필수적인(정확한) 무게 측정과 밸런스 조절에 활용되며, 우주선 발사체의 추력 측정을 위한 기준 역할도 수행한다.
KRISS의 힘 표준기는 중공업 발전의 필수적 인프라로, 국가적 도약을 가능케 하였으며, 측정 표준 기술 향상에 기여하여 국민의 삶의 질을 높이고 있다. 또 한국의 측정 표준 기술이 필요한 개발도상국에 수출되어 그들의 기간 산업과 중공업 발전에 활용되고 있으며, 한국의 교역 증진과 산업 발전에 기여하는 계기가 되었다.

KRISS-Laser-2
‘KRISS-Laser 2’는 한국표준과학연구원이 자체적으로 개발한 길이 원기로, 미터(m) 정의에 사용된다. 이는 1983년 제17차 국제도량형총회(CIPM)에서 채택된 새로운 미터 정의에 기반하며, ‘빛이 진공에서 1/299 792 458초 동안 이동한 거리’로 미터를 정의한다. 이를 구현하기 위해서는 레이저 기술을 사용한 고도의 정밀 측정 능력이 필요하다.
KRISS는 설립 초기부터 길이 일차 표준기 개발에 힘써왔으며, 국제 비교에 참여하기 위해 총 3대의 레이저를 제작하였다. 이 중 2번째로 제작된 ‘KRISS-Laser 2’는 주파수 안정도가 가장 높아 국제표준 원기와의 비교에서도 우수한 성능을 인정받았다. 이 레이저는 요오드 안정화 헬륨-네온 레이저로, 요오드의 흡수선을 이용하여 레이저 광주파수를 안정적으로 유지한다.
‘KRISS Laser 2’는 빛의 속도와 주파수를 활용하여 미터를 정의하고, 길이 측정의 역사적 발전에 결정적인 기여를 하였다. 지구 둘레를 기반으로 한 초기 정의부터, 물리적 원기의 사용, 물질에 구애받지 않는 물리 상수를 이용한 정의에 이르기까지, 길이 측정의 정확성과 안정성을 극대화하는데 중추적인 역할을 해왔다. 이는 대한민국 길이 표준 확립과 정밀 측정 기술의 핵심 기반을 마련했으며, 국제 비교를 통해 한국의 길이 측정 수준이 세계적 수준임을 인정받았다.

1세대 실린더 무게 측정 장치
‘1세대 실린더 무게 측정 장치’는 정확하고 편리한 가스 표준을 제공하며, 2세대 및 3세대 개발을 통해 국제적으로 선두 위치를 공고히 하였다. 통상적으로 표준 가스 제조는 매우 복잡한 단계를 거치며, 빈 실린더의 무게를 측정한 후 특정 가스와 바탕 가스를 넣고 무게를 반복 측정하는 과정이 필요하다. 이 과정에서 무거운 실린더를 수동으로 저울에 올리고 내리는 작업은 불확도를 발생시키고 작업자의 피로를 증가시킨다. 이를 해결하기 위해 자동화 시스템이 개발되었고, 2003년 1세대 실린더 무게 측정 장치가 개발됐다. 이 장치는 온실가스 국제 비교를 통해 가스 표준 분석의 정확도를 입증하며, 세계 표준 기관에서 주목받았다.
KRISS는 1세대의 단점을 보완한 2세대 실린더 무게 측정 장치를 2006년에 개발하였고, 실린더 이동 장치를 원형으로 바꾸어 부피가 1/3로 줄었다. 2020년에는 3세대 실린더 무게 측정 장치가 개발되었고, 200cc 이하의 미니 실린더를 한 번의 혼합으로 제조할 수 있게 됐다. 이로 인해 측정 시간과 사용되는 실린더의 수가 줄어들었다.
KRISS는 고순도 가스의 순도 분석, 가스 종별 동위원소 비율 측정 등 다양한 가스 표준을 제공하고 있으며, 이는 반도체·디스플레이·석유화학 산업에 매우 중요하다. 자동 무게 측정 장치는 미국·영국·중국 등 8개국에 총 9대가 수출되어 그 우수성을 국제적으로 인정받고 있다.
창립 50주년을 맞이한 KRISS는 과거 50년 간 이룬 KRISS의 연구 성과물 중에 역사적·과학 기술적 가치가 있는 ‘KRISS 보물’들을 추가로 발굴하여 국가중요과학기술자료 등록 제도와 연계할 뿐만 아니라, 세종홀 리모델링 및 과학 대중화 활동 등 다양한 홍보에 활용할 예정이다.