Chang'E-5 미션이 귀환한 달 샘플의 크기와 모양을 측정하는 베터사이저 S3 플러스

2020년 12월 17일, 창어 5호는 달 샘플을 싣고 무사히 착륙했습니다. 임무는 성공적으로 완료되어 총 1731그램의 달 암석과 토양 샘플을 가져왔습니다.

그림 1. 창어 5호 착륙 전과 후의 샘플 채취 현장을 촬영한 현장 카메라 이미지

2021년 7월 12일, 중국우주기술학원의 첸쉐센 연구소는 국가우주국으로부터 달 샘플의 첫 번째 배치를 받아 샘플의 크기, 형태 및 구성에 대한 연구를 수행했습니다. 2021년 10월 19일, 중국과학원은 창어 5호 달 과학 연구 샘플의 연구 결과를 발표했으며, 이 연구는 중국 과학자들이 독자적으로 주도했으며, 주요 분석 장비로 레이저 입자 크기 및 입자 형상 분석기인 Bettersizer S3 Plus가 사용되어 성공적으로 작업을 완료했습니다.

그림 2. 달 과학 연구 샘플의 첫 번째 배치 출시 회의

그림 3. 레이저 입자 크기 및 형상 분석기 Bettersizer S3 Plus

달 토양의 물리적, 화학적 특성에 대한 연구는 달 탐사 및 달 자원 활용에 있어 매우 중요한 의미를 갖습니다. 달 토양의 입자 크기와 분포를 파악하는 것은 인간이 달을 이해하는 데 큰 도움이 됩니다. 입자의 응집 여부는 달에 수자원이 존재한다는 것을 반영하며, 분포 결과는 태양풍 주입, 기상 또는 미기상 영향, 풍화 등 달의 자연 현상을 유추하는 데도 활용할 수 있습니다. 달 토양의 입자 모양과 크기 정보를 여러 위치에서 측정함으로써 달의 다양한 지형에 대한 원인을 연구할 수 있습니다. 첸 쉬에센의 연구실에서는 Bettersizer S3 Plus를 사용하여 샘플의 입자 모양과 입자 크기 분포를 측정했습니다. Bettersizer S3 Plus는 레이저 회절과 동적 이미지 분석의 조합입니다. 두 기술은 서로 보완하여 분석 범위를 확장하고 밀리미터, 마이크로미터, 심지어 나노미터 시료의 입자 크기를 정확하게 측정하며 연구자들이 입자의 모양을 잘 알 수 있게 해줍니다.

'CE-5 LR의 입자 크기와 형상 분포는 이미지 분석기와 결합된 Bettersizer S3 Plus 레이저 회절계를 통해 측정했습니다. 532nm의 광파장을 가진 레이저 회절분석기는 0.01~3500µm의 입자 크기를 분석할 수 있었습니다. 입자 이미지는 2-3500 µm의 크기 범위에서 기록 및 분석되었습니다.' (사이언스 차이나) 이 논문은 2022년 3월에 발표될 예정입니다.

그림 4. 레이저 회절 + 동적 이미징 투인원 시스템(베터사이즈 특허 기술)

실험에 따르면 달의 토양은 입자 크기가 0.31μm에 이르는 작은 입자와 515.70μm에 이르는 큰 입자 등 광범위한 입자 크기 분포를 가지고 있습니다. 입자 크기의 누적 분포도에 따르면, 토양 분석에 일반적으로 사용되는 일반적인 입자 크기 값은 다음과 같습니다: D10, D30, D50 및 D60은 4.75±0.39μm, 24.34±0.91μm, 55.24±0.96μm 및 71.87±0.89μm입니다. 달 토양 샘플의 넓은 크기 분포는 입자 크기의 주파수 분포도에서 관찰할 수 있으며, 입자 크기 분포는 연속적인 모양입니다. 베터사이저 S3 플러스에 장착된 고속 CCD 카메라로 촬영한 이미지를 보면 달 토양의 입자는 평균 원심도가 0.875로 균일한 모양이며, 이 값보다 작은 원심도를 가진 입자는 약 10%에 불과한 것으로 나타났습니다.

이 결과는 아폴로 프로그램에서 가져온 달 토양 샘플의 이전 측정 결과와 다릅니다. 차이가 나는 이유는 분류 방법에 있는데, 아폴로 달 토양 샘플은 품질에 따라 체질하는 방법을 사용했습니다. 2008년부터 2010년까지 레이저 방법을 사용하여 아폴로 달 토양 샘플을 다시 분석한 결과, 중간 지름이 66.47~30.05 μm로 Bettersizer S3 Plus의 결과에 더 가까워졌습니다. 베터사이저 S3 플러스는 시료에 대한 분산 효과가 더 강하고 스크리닝 방법의 응집 현상을 피할 수 있으며 귀중한 시료의 손상과 손실을 일으키지 않으며 결과가 더 직관적이고 신뢰할 수 있습니다.

그림 5. 달 시료 CE5C0400의 입자 모양 및 크기 분포. (a) 레이저 회절을 통한 개별 입자의 대표 이미지, (b) 15.0 ~ 438.2 µm 크기의 원형도 분포, (c) 부피 비율 분포, (d) 레이저 회절을 통한 누적 부피 프로파일.

표 1 Chang'E-5 미션에서 돌아온 달 샘플 CE5C0400의 기본 물리적 특성

베터사이저 S3 플러스는 달 토양 연구에 많은 공헌을 해왔으며 레이저와 이미지가 결합된 기술로 실험실 연구에 도움을 주고 있습니다. 첸 쉬센의 연구실에서는 기기의 정확성을 검증하기 위해 모의 달 토양을 사용했습니다. 입자 모양과 입자 크기에 대한 실험 결과는 정확하고 신뢰할 수 있었으며 기기가 제공하는 분석 결과는 큰 참고가 되었습니다. 따라서 첸 쉬센의 실험실은 실제 귀중한 달 토양 샘플의 크기와 형태를 연구하기 위해 계속해서 베터사이즈 기기를 선택했습니다.

지구 반대편에 있는 독일 뮌헨 대학교의 환경 및 지구과학 연구소에서도 달 토양 분석 및 연구를 위해 Bettersize 기기를 사용했습니다. Bettersizer S3 Plus의 결과 또한 연구소에서 좋은 평가를 받았습니다.

그림 6. 현재 독일 뮌헨 대학교 환경 및 지구과학 연구소에서 사용 중인 Bettersizer S3 Plus

많은 국제적인 첨단 과학 연구 프로젝트에서 프로젝트 연구와 희귀 시료 분석을 위해 레이저 입자 크기 및 형상 분석기인 Bettersizer S3 Plus를 사용했습니다. 베터사이즈 인스트루먼트는 앞으로도 지속적으로 기술을 개선하고 우수한 제품 품질로 국내외 항공 우주 산업을 한 단계 더 높은 수준으로 끌어올릴 수 있도록 지원할 것입니다.

Chang'E-5 임무에 대한 자세한 내용은 다음을 방문하세요: https://bit.ly/3oF00YE
베터사이저 S3 플러스에 대한 자세한 내용은 다음을 방문하세요:https://bit.ly/3rQiHeb