로봇이 제임스 웹 망원경 건설을 도왔다 — 거울 조각 배치에 참여
2022년 1월 우주망원경 제임스 웹은 망원경 거울을 구성하는 18개의 육각형 거울 조각을 정렬하는 3개월짜리 과정을 준비하기 시작했습니다. 이 과정은 각 조각을 위로 단 12,5mm만 들어 올리는 것으로 시작됩니다.
우주망원경 «제임스 웹»은 지금까지 우주로 발사된 가장 큰 망원경입니다. 거울 조각을 모두 펼치면 테니스 코트 크기와 같습니다.
«먼저 엔지니어들은 주거울 조각을 움직이고 형태를 잡는 126개의 액추에이터와 부거울을 위치시키는 6개의 액추에이터에 명령을 내려, 발사 후에도 모두 제대로 작동하는지 확인했습니다. 또한 팀은 웹의 미세 조향 거울을 아주 작게 움직이는 액추에이터에도 명령을 내려 정상 작동을 확인했습니다. 정밀 조향 거울은 영상 안정화 과정에서 매우 중요합니다»라고 NASA가 밝혔습니다.
지상 관제팀은 주거울과 부거울 조각들이 발사 때의 접힌 구성에서 벗어나도록 명령을 내리기 시작했습니다. 이전에는 진동으로 인한 흔들림을 막기 위해 댐퍼가 조각들을 단단히 붙잡고 있었습니다. 이 움직임에는 최소 10일이 걸리며, 그 후 엔지니어들은 조각들이 하나의 거울처럼 작동하도록 3개월짜리 정렬 과정을 시작할 수 있습니다.
NASA 엔지니어들은 각 육각형 부품을 극도로 높은 정밀도로 배치해야 했습니다. 이를 위해 6개 방향으로 움직일 수 있는 로봇 팔을 사용했습니다. 이 팔은 PI USA가 만든 특수 헥사포드로 제어되었습니다. 헥사포드는 각 부품이 올바른 위치에 놓이도록 조작기 끝에 장착되었습니다.
“거울 조각들의 조합이 하나의 거울처럼 기능하려면, 조각들은 서로 몇 밀리미터 이내에 배치되어야 하며 정확도는 0,1밀리미터 단위여야 합니다. 사람 조작자는 거울을 이렇게 정확하게 배치할 수 없기 때문에 조립을 위한 로봇 시스템을 개발했습니다”
부품 배치에는 두 엔지니어 팀이 동시에 작업해야 했습니다. 첫 번째 과제는 조작기를 제어하고 망원경 구조물 주위를 이동하는 것이었습니다.
“그곳에 도달하려면 인내가 필요합니다. 컴퓨터로 제어되는 거울 액추에이터는 나노미터 단위로 측정되는 극히 작은 움직임을 위해 설계되었습니다. 각 거울은 10나노미터(사람 머리카락 너비의 약 1/10,000) 단위로 조정하며 놀라울 만큼 정밀하게 움직일 수 있습니다. 이제 우리는 같은 액추에이터를 1센티미터 이동에 사용합니다. 따라서 이 초기 전개는 우주에서 수행된 웹 거울 액추에이터의 가장 큰 움직임임이 분명합니다”
다른 팀은 조각들이 배치되고 볼트로 고정되며 접착될 때 레이저로 측정하는 작업을 했습니다.
“매우 정밀한 거리 측정에는 줄자 대신 레이저가 사용됩니다. 이 측정값을 바탕으로 좌표계를 사용해 주거울의 각 조각을 배치합니다. 엔지니어들은 거울을 망원경 구조물 위의 정확한 위치로 종이 한 장 두께의 정밀도로 옮길 수 있습니다”
제임스 웹 우주망원경은 2021년 12월에 발사되었습니다. 우주에서 최소 5년 6개월 이상 작동하도록 설계되었습니다. 하지만 NASA는 이상적으로는 망원경이 10년 동안 작동하기를 기대하고 있습니다.
이 망원경은 허블 우주망원경의 성과를 토대로 만들어졌으며 확장됩니다. 우주에서 형성된 최초의 은하들 중 일부를 관측하기 위해 지구에서 약 100만 마일 떨어진 곳을 돌게 됩니다.
“거울 제어 시스템은 한 번에 하나의 액추에이터만 제어하도록 설계되었습니다. 이 방식은 제어 전자장치의 복잡성 측면에서 더 단순하고, 컴퓨터와 센서가 각 액추에이터의 작동을 면밀히 감시할 수 있어 더 안전합니다. 또한 구동 모터에서 매우 차가운 망원경 거울로 전달되는 열을 제한하기 위해 각 액추에이터는 짧은 시간 동안만 작동할 수 있습니다. 따라서 각 조각에 대한 12,5밀리미터의 큰 이동은 하나씩 차례로 진행되는 여러 짧은 움직임으로 나뉩니다. 임무 운영센터에서 보낸 스크립트가 사람의 감독 아래 이 과정을 관리하며, 조각들 사이를 번갈아 가며 한 번에 하나의 액추에이터를 천천히 꾸준히 움직입니다. 전체 속도로도 모든 조각을 1밀리미터 옮기는 데 약 하루가 걸립니다. 이는 풀이 자라는 속도와 거의 같습니다!”
그녀의 말에 따르면, 이것은 망원경 가동에서 가장 흥미진진한 시기가 아닐 수도 있지만 괜찮습니다. 서두를 수는 없습니다. 거울이 천천히 펼쳐지는 날들에도 거울은 계속 천천히 식으며 우주의 차가운 공간으로 열을 방출합니다.
기기들은 점진적으로, 그리고 세심하게 통제된 방식으로 식고, 망원경은 L2를 향해 부드럽게 바깥쪽으로 계속 이동합니다. 천천히 그리고 꾸준히, 이 모든 점진적 과정이 매일 과학자들을 거울 정렬이라는 최종 목표에 조금씩 가까이 데려갑니다.
