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피아이(PI), 각종 솔루션으로 최첨단 우주 망원경까지 ‘완벽 지원’
PI 개발 헥사포드, 리니어 축 등 제임스 웹 우주 망원경 조립 및 보정에 큰 역할해

[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.

PI는 각종 산업에 맞는 다양한 솔루션을 제공한다. [사진=피아이]

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.

PI의 헥사포드는 정밀한 작업 수행이 가능하다. [사진=피아이]

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.

PI는 각종 조립 및 보정 과정에 활용 가능한 맞춤 솔루션을 갖추고 있다. [사진=피아이]

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 (inwisendow@gmail.com)]

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