우주 파편의 초고속 충돌(HVI)이 광학 부품의 손상과 광학 시스템 산란에 미치는 영향을 연구하기 위해 유한 요소법-평활 입자 유체 역학(FEM-SPH) 적응 결합 방법을 기반으로 고속 충돌 실험과 결합하여 초고속 충돌 하에서 광학 부품의 손상 메커니즘 및 광학 성능 저하 효과를 체계적으로 연구하였다. 연구 대상은 크기 범위가 0.1~1 mm인 2024-T3 알루미늄 미립자로, 입자 크기, 충돌 속도, 입사 각도 및 입자 형상(SAVM) 네 가지 매개변수를 종합적으로 고려하였다. 수치 시뮬레이션 결과, 충돌 구덩이의 직경과 깊이는 입자 크기와 충돌 속도가 증가함에 따라 단조롭게 증가하며, 약 25° 입사각 조건에서 손상이 가장 두드러지게 나타났다. 서로 다른 입자 형상은 손상 정도에 유의미한 영향을 미치며, 긴 원통형 입자가 가장 눈에 띄는 손상을 유발하였다. 충돌 과정에서는 잔해 구름의 진화 및 표면 융기 현상이 동반되며, 그 형성 기전은 주로 응력파 전파, 재료의 동적 소성 유동 및 SPH 입자 압축 결합 작용에 기인한다. 더 나아가 추출된 손상 형상을 광학 시스템 모델에 결합하여 충돌로 인한 표면 결함이 시스템 광학 성능에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 연구 결과 충돌 입자 크기가 0.4 mm를 초과할 경우 시스템 산란광 억제비(ER)가 40 dB의 공학 임계값 이하로 현저히 감소하여 시스템 산란광 수준이 급격히 상승하고 광학 영상 및 통신 성능이 심각하게 저하됨을 발견하였다. 본 연구는 초고속 충돌 시뮬레이션에서 손상 형상 추출 및 광학 성능 저하 분석에 이르기까지 완전한 분석 체인을 구축하여 우주 광학 부품의 손상 평가 및 보호 설계에 이론적 근거와 방법론적 지원을 제공한다.

우주 파편;HVI;FEM-SPH;광학 성능 저하;산란광 분석