boundary layer의 제거 - 효과적인 망원경의 냉각을 위해

자작 정보란에는 처음 글을 써보는 것 같네요...  

제가 20인치로 업그레이드를 하고나서 생각보다 망원경 성능이 안 나와서 고민하던 것을 주변에 계시던 분들은 잘 아실 것 입니다 ^^;

우여곡절 끝에 미러를 제작자에게 다시 보내 리피규어링을 하고 난 뒤 전반적으로는 좋아졌지만 냉각에 걸리는 시간이 너무 긴 문제가 있었습니다.

미러 제작자도 대구경 단촛점이므로 냉각과 광축에 더 신경 써야 성능이 나올 것이라고 코멘트 했었구요.....

그래서 효율적인 냉각을 위해 인터넷으로 알아보다가 그동안 잘 몰랐었던 것들을 알게되었고 그 내용을 공유해보고자 합니다.

얼마 전 한승환님의 댓글도 있었지만 미러의 냉각은 미러의 열평형 문제와 미러 주변에서 일어나는 대류문제 두 가지로 나누어 볼 수 있습니다.

미러의 열평형은 온도에 따라 미러에 수축과 팽창이 일어나서 정밀도에 영향을 미치게 되는 것이며

 실제에 있어서는 열평형에 의한 수축 팽창보다는 대류에 의한 문제가 상에 미치는 영향이 더 큰 것으로 되어있습니다.

그러면 식지 않은 미러에 의한 대류현상이 어떤지 그림으로 보겠습니다.

이는 유체역학에서 나오는(공대출신이 아니라 잘 모릅니다 ㅎ) boundary layer 라는 개념으로 공기의 점성에 의해 더운 공기가 덜 식은 미러에 달라붙어서 경계층을 형성하고 그 안에서의 난기류와 더운공기/차가운공기의 굴절률 차이에 의해 상이 제대로 서지 않게 되는 것 이죠

이렇게 되면 마치 겨울철에 난방 빵빵하게 틀어놓은 아파트 베란다에서 관측하는 것 과 같은 상황일 겁니다. ㅠㅠ

미러의 빠른 냉각을 위해서는 냉각팬을 사용하게 되는데 이것도 불어주는 방식, 빨아내는 방식 옆에서 불어주는 방식등 다양한 방법이 있습니다.

이 그림을 보시면 대구경 미러에서는 밑에서 불어주거나 빨아주는 방식만으로는 boundary layer가 효과적으로 제거되지 않음을 알 수 있습니다.

 그래서 추가로 팬을 장착하게 되는데 여기서는  밑과 양 옆에서 불어주는 6번 모델이 가장 효과가 좋을 것이라고 주장하고 있습니다.

밑에서 불어주는 방식으로 boundary layer를 제거하기위해 미러 위/ 아래부분에 배플을 설치하기도 하지만 대구경 미러에서는 역부족일 것 같습니다.

대구경 돕소니안 제작자들 중에는 밑에서 불어주는 방식과 함께 옆에서 불어주는 방식을 같이 쓰는 경우도 있습니다.

망원경 홈페이지에 보면 이 경우 항상 “효율적인 boundary layer의 제거를 위해” 라고 광고하고 있는 것을 볼 수 있습니다. 이때 팬 앞쪽에 필터를 달면 미러에 먼지가 붙는 것을 막아줄 수 있다고 합니다.

최근에는 미러의 대구경화 단촛점 화에 맞추어 (사경이 커지므로)front fan을 다는 방식도 쓰이고 있습니다

이 경우 boundary layer의 제거와 동시에 직접 미러를 냉각시키는 효과가 있는 장점이 있습니다. 열평형에도 훨씬 빨리 도달함을 알 수 있습니다.

남희님도 좋은 방법 같다고 말씀하시고 미러박스에 구멍을 내기도 번거로운 것 같아서 front fan을 한번 테스트 해봤습니다.

90mm 팬을 고무줄을 이용해 장착한 모습입니다 

지난 토요일 홍천 정관때 테스트 해봤는데요 처음에 켰을때는 예상외로 상의 차이를 느낄 수 없어서 좀 당황 했었습니다. 

그런데 한 시간 정도 지나고 나니까 이전에 비해(지난달) 확연히 별상이 좋아지고 냉각이 된 듯 한 느낌을 받았습니다.

 이정도면 관측에 스트레스 주지 않을 정도로 별상이 나온다는 느낌이었습니다.

단점으로는 광축조절 때마다 팬을 제거해야하는 번거러움이 있고 혹시라도 팬이 미러위에 떨어지는 불상사가 생길 위험도 약간....... 

사경스파이더, 팬 고정 와이어 팬 전원선등 9개의 회절상이 생겨 밝은별을 볼 때 지저분하게 보이는 현상이 있었습니다. 

개인적으로는 사이드 팬이 여러모로 편할 듯 보이긴 했습니다.

아무쪼록 망원경 냉각에 있어 boundary layer의 중요성과 제거에 대해 생각해보는 계기가 됐으면 합니다.