[인더스트리뉴스 조창현 기자] 인류 최초의 우주 망원경인 ‘허블 우주 망원경’ 발사 31년 뒤인 2021년 12월 25일, 제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 아리안 5호 로켓에 실려 우주로 떠났다. JWST는 탑재된 거울과 탐지기로 우주 탐사를 하며, 우주의 탄생과 기원에 관한 과학적 관측 자료를 지구로 보낸다.

최첨단 기술이 집약된 항공·우주 산업은 투입되는 자본 규모뿐만 아니라 정밀하고 수준 높은 기술을 요구한다. 지난해 발사된 ‘제임스 웹 우주 망원경’에는 PI의 주요 기술이 다수 접목됐다.

정교한 조립 돕는 ‘헥사포드’

JWST의 주경은 직경 6.5m 이상이며, 육각형 거울 18개를 벌집처럼 이어 붙여서 제작했다. 주 반사거울을 모두 펼치면 테니스 코트만큼 크다. 다만, 전체 거울은 몇 밀리미터 이내 오차 수준에서 높은 정확도를 갖도록 배치돼야 하고, 각 거울 자체가 커 사람이 직접 배치하기 곤란했다. 문제 해결을 위해 PI는 거울의 배치 및 조립을 돕는 로봇을 개발했다.

18개 거울 조각을 정확하게 설치하기 위해 PI는 조립로봇 팔 끝에 6축 모션을 제공하는 ‘헥사포드’를 장착했다. 헥사포드를 장착하면 개별 거울을 정밀하게 이동 및 배치 가능하다. 특히 한 명의 엔지니어가 로봇 팔을 조작하면, 다른 엔지니어는 레이저 측정해 거울들이 정확한 위치에 있는지 확인한다. 이후 볼트 고정하고, 각 주경을 장착한다.

냉각 테스트 중 응력 측정

절대온도 평균 2.7K(섭씨온도 -270°C)인 우주의 온도까지 냉각되는 동안 JWST 내 주경과 각 요소들은 높은 수준의 열응력을 겪는다. 열응력에 따른 물체의 변형을 사전에 찾아내는 것과 장비 설계 과정에서 해당 사항까지 고려하는 것은 어렵다.

JWST에 탑재되는 각 요소의 냉각 중 변형 및 움직임을 관찰하기 위해 마셜 우주 비행 센터내 X-ray & Cryogenic Facility(XRCF)에서는 ‘광학 파면 테스트’와 ‘열 구조 변형 테스트’를 진행했다. PI는 복잡한 과정을 수행하는 테스트를 위해 ‘H-850 헥사포드’를 맞춤 설계했고, 냉각 중 발생하는 거울의 변형 기록을 위한 ‘간섭계’를 헥사포드에 장착했다. PI서 개발한 헥사포드를 사용하면, 각 온도 목표 값에 대해 비교적 간단하면서도 정밀하게 간섭계 위치 이동 및 정렬이 가능하다.

근적외선 분광기 캘리브레이션

JWST에 탑재한 근적외선 분광기(NIRSpec)는 0.6~5µm 범위 내 파장을 나타내며, 각 물체의 스펙트럼을 최대 100개까지 동시 기록할 수 있다. 해당 물체가 악조건이 가득한 우주에서도 제대로 작동할 수 있도록 절대온도 77K(섭씨온도 -196.1°C)와 높은 진공 상태를 유지하는 극한의 조건 속에서 시뮬레이션을 통해 분광기를 보정했다. 보정에는 ‘PI 리니어 축’이 사용됐다. 축 설계에는 ‘Dispal’이라는 특수 유형 알루미늄을 사용해 사전 테스트를 거친 기후 조건에서 오류 없이 작동하도록 했다.

조창현 기자 다른기사 보기