천체사진에 별이 흐를 때 4 (추정 원인과 대책)

무게 발란스를 잡아주니 확실히 별 흐름이 개선되었지만 때에 따라서 흐르기도 하였습니다. 요위의 그림을 보면서 설명하겠습니다. 위 그림의 확대율은 모두 100%로서 같은 비율의 크기입니다.

초기 무게 발란스를 안잡았을 때 별 모양은 예1, 2와 같았습니다. 가대가 극축이 안맞아 흘렀다면 별이 촌충마디처럼 균일하게 길쭉해야하는데, 이것은 예술적으로 들쭉날쭉입니다. 이건 왜 그럴까요? 그러다 무게 발란스를 잡아주니 예3처럼 동그리하게 나왔습니다(예1,2,3은 모두 같은 별임). 딱 5분 노출을 주었는데도 문제가 없습니다. SLR 카메라에서는 5분이 상한치입니다. 그 이상은 노이즈 때문에 힘든데, 이 5분간만 가대가 견뎌주면 되는 것입니다.

아싸!  이제 고생 끝! 행복 시작이구나~~

그래서 예4처럼 M82를 5분 노출을 주고 찍어보았습니다. 이제는 흐르기는 흘렀지만 촌충마디처럼 균일하게 흘렀습니다. 예1, 2와같은 이상한 흐름은 없습니다. 그러다 운이 좋으니까 예5와같이 안흐르기도합니다. 요런 그림만 골라서 NADA 홈페이지에 올리니까, 모두들 별이 안흐른다고 착각을 하지요.

그러나 무게 발란스를 맞추었다하더라도 예6과같이 참말로 희한한 꼬라지로 흐르기도 했습니다. M27을 찍을 때 나온 현상입니다. 도데체 왜 그럴까요? 그렇더라도 전반적으로 별의 흐름이 훨씬 줄어들어서 건지는 사진이 많아졌습니다.
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1. 무게 발란스 문제
현재보다 더 정밀하게 무게 발란스를 맞추라는 것은 제 능력으로는 어렵습니다. 차라리 성질 죽이고 별을 흘리고 말지.... 또 제 가대 위에는 두 경통이 양팔지지로 얹혀져 있어 아무리 무게 발란스를 잘 잡아줬다하더라도 경통 방향에 따라 쏠리게 되어있습니다. 만약 무게발란스를 더 잘 맞추려면 경통 하나를 내려야합니다. 그러나 이렇게 하기는 싫지요. 현재 가대에 올려진 중량은 33kg 정도인데 카메라와 어댑터, 보조 무게추를 더하면 37~8kg 정도가 되어 NJP 사양치인 30kg보다는 많이 무겁습니다만 그래도 이 정도는 돌려줘야 물건이라 할 수있지요.

2, 별이 흐르는 문제
결국 무게 발란스를 잡았다하지만 두개 경통을 양방향 거치식으로 할 경우는 문제가 있다는 이야기입니다. 예1,2를 보면 별이 흐르면서 한번씩 상태가 안좋을 때는, 별이 외곽으로 삐쭉 삐져나왔다가 다시 제자리하는 모양입니다.

이 추정 원인으로는...
1. 스퍼기어, 웜기어, 웜휠에 미세한 이물질이 끼어 순간적으로 삐끄덕거린다. <---이건 무게 발란스를 잘 맞추던 안맞추던 관계없으므로 수시로 나타나야 함.
2. 웜기어, 웜휠의 가공이 부분적으로 이상하게 되었다.<----요것도 마찬가지임.
3. 모터가 정속으로 잘 돌아가다가, 무엇인가의 이유로 한번씩 이상한 스텝을 밟는다.<---무게 발란스가 안맞던 또 다른 이유에서든.

여기서 1번은 가능성이 있습니다. 가대가 옥상에 비가 오나 눈이 오나 노상방치되어 있으므로 모래 먼지 등이 기어부에 부착될 가능성을 말합니다. 그래서 기어부를 한번 분해 청소를 하자고 작정했지만 여의치를 못했고 스퍼기어부만 칫솔로 닦아 내었습니다.

2번은 근본적인 기어부 가공 불량을 말하는데 가능성이 거의 없습니다. 그렇게 제조했다하더라도 마지막 검사공정에서 걸려들게 되어있습니다. 가대는 냉장고나 에어콘같이 수백만대를 생산하는 제품과는 다른 소량 생산이므로 이럴 가능성은 거의 없다고봐야합니다.

3번은 한번 생각해볼 필요가 있다고 보았습니다.

일반적으로 스텝모터는 펄스에 의한 구동이므로, 째깍째깍 돌아가는 정속 운전이라서 회전수의 쳐짐이 전혀없다고 하고 우리는 그기에 고정관념을 가져버립니다. 이 말은 원칙적으로 맞습니다. 그러나, 그러나...적도의 가대같이 엄격하게 정밀하고 이것에 의해 확대된 별을 찍어 그것을 가지고 흘렀니 안흘렀니 할 때의 ‘정속’이라는 것은 일반 산업용에서의 ‘정속’과는 개념이 다르다고 봐야할겁니다. 가대에서는 미세한 차이가 사진에서는 엄청나게 확대되어 나타나니까요.

스텝모터는 무조건 정속이다라는 생각을 버리고 모터를 ‘원점’에서 생각해봅시다. 스텝모터이던 다른 모터이던 마찬가지입니다. 만약 스텝모터를 설계한 설계자에게 물어봅니다.

‘이 모터 참말로 정속 운전하는가요?’

이럴 때 모터 설계자는 이렇게 대답해야 정상일겁니다.

‘이 모터는 상온 25도에서 부하가 XXkg.cm걸리고, 정격 전원 XX볼트에서 XX암페어를 주었을 때 정격 속도대비 +-99.99% 범위에서 돌아갑니다.’

이 논리가 맞다고 가정합시다.

만약 이런 조건이라면 부하와 전원 용량은 사용자가 조정가능한 것이나, 주위 온도는 조정이 불가능합니다. 이건 대책이 없습니다.

주위 온도가 왜 영향이냐하면 모터의 코일은 온도가 올라가면 올라갈수록 저항치가 늘어납니다. 구리선뿐만 아니라 일반 금속류도 저항치가 늘어나게 되어있습니다. 저항치가 늘어난다면 소모되는 전류치가 줄어들겠지요. 통상 모터에서는 이 전류치가 토오크에 관계됩니다.즉 주위 온도가 상승하면 모터의 토오크는 미세하나마 감소한다고 봐야합니다. 그러나 이건 대책이 없군요. 가대에 항온조를 설치할 수도 없고....-_-;;;

그럼 나머지는 부하와 전원 용량이 남습니다. 부하는 경통 두개를 양팔지지 구조로 계속하고 싶으므로 이것도 변동이 불가능합니다. 그럼 남는 것은 ‘전원 용량’만 딸랑 남습니다.

여기서 여담 하나하고 넘어가겠습니다.
일반 교류 유도 모터에서는 토오크는 전류치의 제곱에 비례합니다. 이것이 아주 큰 변수로 작용합니다.  교류 유도모터에서 저항치는 ‘순수저항(resistance)’과 코일의 유도성저항(inductance)'의 벡터합으로 나타납니다. 이것의 여현(餘弦-cosine-)분이 실제로 그 모터가 사용하는 ‘실제(유효) 전류치’입니다. 여기서 ‘역율’이란 개념이 나오게되지요. 이 ‘실제(유효)전류치’와 토오크와는 제곱의 관계가 있다는 이야기입니다. 즉 전류의 제곱에 따라 토오크는 팍팍 커집니다. 그러나 유도성저항값을 미리 예상하는 것은 아주 어려우므로 따라서 소요 전류를 추정하는 것도 아주 어려운데( at XXkg.cm 토오크 조건에서 ), 이것이 모터를 설계하는 것의 최대 난관이지 싶습니다. 만들어 보면 알 수있지만 만들기 전에 미리 추정하는 것이 쉽지않다는 이야기이지요. 1920년대 당시 어마어마한 규모였던 수풍발전소 발전기를 제작한 회사는 토시바였습니다. 이 사람들이 계산기도 없던 그 시절에, 어떻게 간 크게 그런 큰 발전기를 설계했는지 지금도 불가사의합니다.

교류유도모터에서는 부하가 걸릴때와 안걸릴 때 전류치의 차이는 대략 10배 차이가 납니다. 그냥 돌아갈 때는 1암페어를 소모한다하더라도 부하를 팍 줘버려 힘에 부쳐 안돌아갈 정도로 만들어버리면 흐르는 전류치(무효분+유효분)는 10암페어가 넘어갑니다.

교류유도모터가 그렇다면 직류모터도 결국 토오크는 전류치에 아주 큰 영향을 받을겁니다. 그 놈이 그 놈이니까요.

3. 결론
제 가대처럼 부하가 불균일하게 걸리는 구조에서는 토오크의 변동이 있을 수밖에 없고 이것을 모터의 전류치로 메꿀 수밖에 없습니다. 따라서 용량이 큰 DC 정류기를 사용하는겁니다. 현재 사양이 24볼트 4.5암페어 사양인데, 지난번에 뜯어서 가져왔습니다. 청계천에 가서 6암페어 정도의 큰 것과 교체하려고요.

거참 결론은 간단한데 말은 엄청 길었군요. 어쨌던 전 다른 사람은 모두 망원경 하나를 내려라고했지만, 그것은 고수를 하고 돈 10만원 들여서 DC 정류기를 교체할렵니다. 그래도 안되면 돈 날리는 것이고 별이 흐르더라도 팔자려니 하면서 잘 나오는 것만 고르며 사진을 찍는겁니다. 만약 정류기를 교체하여 5분 노터치에 전혀 문제가 없다면 고생끝 행복시작인겁니다.