물 에어로졸 분사를 통한 고출력 레이저 세기 감소에 관한 실험적 연구

Abstract

비행체 내부 전자회로를 무력화하기 위한 고출력 레이저의 개발이 활발히 진행되고 있으며, 이러한 공격형 레이저를 능동적으로 방호 할 수 있는 방호체계의 개발 역시 요구되고 있다. 현재 개발 중인 시스템은 흡수와 반사를 이용하여 레이저의 세기를 저감하는 방식을 사용한다. 하지만, 많은 정보가 공개되지 않았고, 개발이 가능한 기술인지 파악이 불가능하다. 이에 따라, 본 연구에서는 현실적으로 고출력 레이저가 목표로 하는 비행체를 보호하는 방호체계를 소개하고자 한다. 레이저의 광경로에 밀도가 서로 다른 매질이 존재하면 산란, 흡수, 반사 등의 변형이 발생하여 레이저 세기가 감소한다. 일반적으로 고출력 레이저에 사용되는 파장 1064 nm를 가지는 레이저는 대기 중 투과율이 높아 흡수와 반사를 이용하여 그 세기를 감소하는 데 어려움이 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 해당 파장을 가지는 레이저의 세기를 감소하기 위해 산란의 방식을 사용하였으며, 산란의 종류 중 1064 nm의 파장을 가지는 광은 Mie 산란(Mie scattering)을 통하여 세기가 감소할 수 있다는 것을 확인하였다. Mie 산란은 광을 산란하는 매질이 조사되는 광의 파장대와 비슷한 크기를 가지는 경우에 발생하며, 광을 산란하는 입자가 구형에 가까울수록 효과적으로 일어난다고 알려져 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 표면장력이 높은 액체인 물을 사용하여 1064 nm의 파장과 비슷한 1 $\sim$ 5 $\mu$m 크기의 에어로졸을 Collison Nebulizer를 통해 분사하여 레이저 세기를 감소시키는 능동 방호 시스템 개념을 소개한다. 시스템이 다양한 환경에서 작동하는지 확인하기 위해 유동이 없는 정적 상태와 아음속 풍동 및 초음속 풍동을 이용하여 다양한 유동 환경을 모사한 환경에서 해당 실험 결과를 비교하였다. 또한, 성균관대학교와 공동 연구를 통하여 실제 레이저 무기와 유사한 출력을 가지는 레이저의 세기를 본 방호체계를 통하여 감소할 수 있는지 확인하였다. 최종적으로 물 에어로졸 분사를 통하여 비행체를 목표로 하는 고출력 레이저의 세기가 다양한 유동 환경에서도 적용될 수 있는지 실험하였으며, 본 논문에서 그 결과를 요약한다.