새해 들어 우주과학 분야에 굵직한 이벤트들이 이어질 전망이다. 2월에는 미국의 퍼시비어런스 로버와 중국의 톈원 1호 로버가 차례로 화성에 도착해서 착륙을 시도한다. 그리고 허블우주망원경의 뒤를 이을 ‘제임스 웹 우주 망원경(JWST)’이 올해 안으로 발사될 예정이라 과학계의 기대감은 한층 커지고 있다.

JWST는 1999년부터 추진되어 온 거대 프로젝트다. 미항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA)이 공동 참여했고, 현재까지 개발 비용만 100억 달러 이상 소요됐다.

발사 앞두고 최종 테스트 돌입

오는 10월 31일 발사될 JWST는 ‘종합 시스템 테스트(Comprehensive systems tests, CSTs)’를 진행하고 있다. 발사 3개월 전까지 발사 장소인 프랑스령 기아나우주센터로 운반해야 하기 때문에 사실상 최종 점검 단계에 돌입한 셈이다.

지난해 12월 18일에는 캘리포니아의 노스롭그루먼사 조립시설에서 CSTs 일환으로 ‘대규모 전개 및 인장강도 테스트(Large-scale deployment and tensioning tests)’가 실시됐다. 실험의 목적은 조립된 상태에서 태양 실드가 제대로 펼쳐지는지 확인하기 위해서다.

제 모습을 갖춘 JWST가 태양 실드까지 전개한 것은 이번이 처음이다. 또한, 지상에서 실드가 펼쳐진 것을 마지막으로 볼 수 있는 기회였다. 테스트에서는 폴리머 필름으로 처리된 다섯 겹의 보호막이 모두 팽팽하게 펼쳐졌다.

NASA 고다드우주비행센터의 알폰소 스튜어트(Alphonso Stewart) 실드 전개 책임자는 “이번 실험은 JWST와 관련하여 2020년도에 거둔 가장 큰 성과라고 볼 수 있다. 태양 실드는 매우 느린 속도로 정확하게 펼쳐졌고, 우주에서도 연 모양을 유지한 채 작동할 준비를 끝마쳤다”라며 테스트가 성공했음을 밝혔다.

거대한 태양 실드가 성공의 관건

JWST는 대형 발사체인 아리안 5 로켓을 이용해 발사된다. 금으로 코팅된 반사경의 직경은 6.5m에 달하고, 태양 실드까지 펼치면 테니스장 면적과 비슷해서 접어야 간신히 페어링 안에 수납할 수 있다.

태양 실드는 태양, 지구 및 달에서 나오는 빛과 열을 차단해 제임스 웹 우주 망원경을 보호한다. 적외선 센서가 열에 매우 민감해서 -223.2℃ 미만에서만 정상 작동하기 때문이다.

우주 공간에 배치되면 실드가 항상 태양 쪽으로 향하고 있어야 반사경을 그림자 속에 숨길 수 있다. 그러면서 지구와 일정한 거리를 유지해야 원활한 통신이 가능하므로 태양-지구 라그랑주 L2 지점에 자리 잡아 활동하게 된다.

이처럼 태양 실드가 JWST의 성패를 좌우하는 상황에서 너무 먼 거리에 배치해야 하는 것이 최대 걸림돌이다. 지구 저궤도에 배치된 허블망원경은 여러 차례 수리를 거쳐 오랜 기간 활동할 수 있었다. 만약 실드가 제대로 펼쳐지지 않으면 고칠 수가 없어서 JWST는 무용지물이 될 가능성이 크다.

6개월간 150만 km 비행해야

인류의 단일 천문학 프로젝트 중에서 제임스 웹 우주 망원경만큼 많은 시간과 비용이 들어간 사업은 없었다. 20년이 넘는 기간 동안 기술적 난제 등으로 개발이 계속 지연되면서 비용이 치솟았기 때문이다. 그러나 성공한다면 지금껏 볼 수 없었던 먼 거리의 천체 관측이 가능해진다.

고다드비행센터의 빌 오츠(Bill Ochs) JWST 프로젝트 매니저는 “우리 기술진은 지금까지 놀라운 진전을 이뤘다. 올해 발사를 성사시키기 위해 프로젝트의 위험 요소를 줄여 나가고 있다”라면서 “발사 장소로 운송하기 전까지 몇 달간 최종 환경 테스트를 실시할 예정이다”라고 밝혔다.

계획대로 JWST가 10월 말에 발사되면 6개월 동안 비행해서 목표 궤도에 도달하게 된다. 작동 테스트를 거친 후 관측 임무를 시작하려면 빨라도 2022년 중반쯤이 될 전망이다.

그럼에도 제임스 웹 우주 망원경은 천체 관측 분야에 새로운 지평을 열 것으로 기대된다. 우리 태양계의 미스터리를 풀고, 다른 별과 우주 깊숙한 곳을 관측해서 그 구조와 기원을 조사하는 데 큰 도움이 될 수 있다.