Optics Simulation of Korean Astronaut MEMS space Telescope for Extreme Lightning and Building of Spectrophotometer

Abstract

고층 대기 방전 현상(Transient Luminos Events, TLEs)의 연구는 지구의 전기적 모델에서 전기 발생을 이해하는 데 중요하다. TLEs 자체가 전리층에서 매우 빠르고, 동적인 가시광선을 방출하는 . 이 중 어떤 현상들은 지구 대기의 가장자리에 닿기도 한다 . 지구의 전기적, 화학적 환경을 만드는 모델의 한 요소이다. 또한 TLEs는 초고에너지 우주선 관측의 주요 배경 복사 중 하나로 여겨진다. 지상에서는 복합체를 지속적으로 관측하는 데에 있어 보다 위험이 적지만, 지구 대기와 미세 먼지에 의한 강한 간섭에 의해 방해되어 안정적인 관측이 요구되는 대기의 관측에서 항상 만족할만한 방법을 제시하는 것은 아니다. 다수의 관측 기술 혁신은 TLEs의 양식화된 그림과 과학에서 차지하는 위치를 재 조정하게 할 것이다. 극히 작은 부피와, 가벼운 질량, 낮은 전력 소비와 전자 소자의 집적으로 이루어진, MEMS (Micro.Electro-Mechanical Systems) 센서와 구동 장치는 탑재체의 기능을 줄이지 않고도, 크기와 무게를 많이 줄일 수 있다는 것에서 주목을 받고 있다. 고층 대기 방전 현상 관측을 위한 한국 우주인 임무 MEMS 우주 망원경 (Korean Astronaut MEMS space Telescope for Extreme Lightning, KAMTEL)은 좀 더 자세히 관측될 필요가 있는 TLEs와 우주로부터의 방전 현상을 연구하기 위해 고안되었다. 이는 MEMS 망원경과 분광계 (spectrophotometer), 근적외선 카메라, 세 개의 부분으로 구성되어 있다. KAMTEL은 우주에서 처음으로 MEMS 기술을 사용하는 것으로, 바늘 구멍 사진기의 원리를 차용하였다. 이러한 망원경은 상의 선형 왜곡 없이, 광 시야를 가지고, 밝은 물체를 관측하는 데에 있어 효과적이다. 분광계와 근적외선 카메라는 TLEs의 스펙트럼을 연구하기 위해 고안되었으며, 이는 전리층에서 어떻게 TLEs가 작용하는 지에 대한 이해에 중요하다. 이 논문은 프로젝트의 핵심 개념에 중점을 두어, MEMS 망원경과 분광계에 대한 설명과 실험의 목적에 대해 포함하고 있으며, 망원경의 광학계에 대한 시뮬레이션 결과도 제시하고 있다. 광학 시뮬레이션의 목적은 망원경의 궤도가 유지하고 있는 고도에서 사건의 효과적인 트리거를 제공하기 위해 망원경의 광학계 변수들을 최적화하기 위한 것이다.;The study of upper atmospheric transient luminous events (TLEs) is important for understanding the electrical generator in global circuit model of the Earth. Since TLEs manifest themselves as extremely fast and highly dynamic optical emissions at the ionosphere · some of them reach the very edge of space · it is a factor in the model of the Earth·s electrical and chemical environment. Also, TLEs are one of the main backgrounds in the observation of ultra-high energy cosmic rays. Observation from the ground allows to continually observe multiple objectives with lower risk, however, it suffers from strong interference by the Earth·s atmosphere and aerosol, so it is not always a satisfactory method for observation of the atmosphere which requires stable monitoring. A number of technological innovations in observation will be designed to revise the conventional picture of the TLEs and their position in science. With their low mass and volume, low power consumption and tight integration with electronics, MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) sensors and actuators are appealing for reducing the size and mass of spacecraft without sacrificing functionality. Korean Astronaut MEMS space Telescope for Extreme Lightning (KAMTEL) is designed to study TLEs and lightning-discharge activities from space which need to be assessed in more detail. It consists of three parts: MEMS telescope, spectrophotometer, and NIR (near infra-red) camera. KAMTEL is the first application of MEMS technology in space telescope. The telescope obscure is effective for bright objects and completely free from linear distortion, depth of field and wide angular field. Spectrophotometer and NIR camera are designed to study lightning spectrum of TLEs. It is important for understanding of how TLEs interact with the ionosphere. This thesis focuses on the main concepts of the project and contains the descriptions of the MEMS telescope, spectrophotometer and the purpose for measurements. Also, the simulation results for telescope optics are presented. The results of the telescope optics simulation aim to determine the optimized parameters of telescope optics in order to provide effective triggering of events with the conditions of the orbit altitude of the telescope.