과학기술정보통신부와 한국천문연구원(이하 ‘천문연’)은 17일 미 항공우주국(NASA)의 우주망원경 ‘스피어엑스(SPHEREx)’ 성능 시험을 위한 장비 개발을 완료했다고 밝혔다.

이 장비는 스피어엑스 망원경의 성능을 지상에서 정밀하게 시험하기 위한 시험 장비로, 천문연은 2019년 8월 개발 착수해 약 3년 만에 개발을 완료하고 지난 6월 미국으로 이송해 설치를 마쳤다.

천문연이 이번에 개발한 장비 중 핵심장비는 극저온 진공챔버로, 우주에서 적외선을 관측하려면 우주의 온도보다 한층 저온으로 냉각되는 망원경이 필요하다.

이에 스피어엑스에 최적화해 개발한 진공챔버는 망원경이 우주에서 냉각돼 도달할 영하 220도 이하의 극저온 진공상태를 구현한다.

▲ 최근 확정된 스피어엑스 단면도와 운영 상상도. (사진=과학기술정보통신부)  ©

또한 스피어엑스 망원경이 촬영하는 사진 속에서 초점이 고르게 제대로 맞춰지는지 검증하고, 사진의 각 부분에서 어떤 색깔이 보이는지를 측정하는 역할을 하게 된다.

특히 극저온 챔버에서 스피어엑스 망원경의 성능을 시험하기 위해서는 거대한 챔버 자체뿐만 아니라 고가의 망원경을 안전하게 집어넣을 수 있는 보조 장비 등도 필요하다.

이를 위해 천문연은 스피어엑스 망원경의 정밀 로딩 장비도 함께 개발했고 극저온에서 파장과 초점을 측정할 적외선 빛을 평탄하게 만들어주는 장치 등 보조 광학 장비들도 설계·제작했다.

한편 스피어엑스는 ‘전천(全天) 적외선 영상분광 탐사를 위한 우주망원경’으로, NASA 제트추진연구소(이하 ‘JPL’)와 미국 캘리포니아 공과대학(Caltech) 등 12개 기관이 참여하는 프로젝트다.

프로젝트의 주요 하드웨어는 우주에서 냉각을 위한 외곽 차폐막(JPL), 적외선 검출기를 포함한 관측 기기(Caltech), 적외선 망원경(Ball Aerospace), 스피어엑스의 극저온 성능시험 장비(천문연)로 각 기관이 역할 분담해 개발하고 있다.

이번 천문연의 스피어엑스 극저온 성능시험 장비 개발 설치 완료는 전체 스피어엑스 프로젝트 차원에서 2021년 상세 설계 이후 본격적으로 스피어엑스 하드웨어 개발이 가시화하는 것을 의미한다.

천문연과 스피어엑스 연구팀은 내년 상반기 미국 Caltech에서 망원경의 광학성능을 검증하는 검교정 시험을 진행할 예정이다.

▲ 스피어엑스 검교정 장비 개발에 참여한 연구진. (사진=과학기술정보통신부)  ©

아울러 천문연은 설치한 극저온 진공 챔버를 활용해 망원경의 우주환경시험을 주도하고, 관측자료 분석 소프트웨어 개발 및 핵심 과학연구 등에 참여한다.

스피어엑스는 계획상 2025년 4월 태양동기궤도로 발사돼 2년 6개월 동안 온 하늘을 네 번 102개의 색깔로 촬영하는 임무를 수행할 계획이다.

Caltech에서 스피어엑스 관측기기 개발을 총괄하고 있는 기기 과학자인 필 콘굿 박사는 “극저온 상태에서 우주망원경의 초점을 유지하는 것은 대단히 중요하며, 천문연의 진공챔버가 스피어엑스 발사에 크게 기여하고 있다”고 밝혔다.

한국 측 연구책임자인 천문연 정웅섭 박사는 “스피어엑스는 넓은 지역의 기본적인 물리적 특성을 제공하는 망원경”이라며 “추후 스피어엑스로 발견한 천체를 제임스웹 우주망원경과 거대마젤란망원경 등을 활용한 후속 관측 및 연구가 가능하다”고 설명했다.

이어 “우주기술 측면에서 이번 NASA와의 성공적인 공동 개발을 통해 우리나라의 적외선 우주망원경의 극저온 성능 시험 분야의 우주기술도 선진국 수준으로 도약할 수 있다”고 전했다.

권현준 과기정통부 거대공공연구정책관은 “한국이 이번에 개발한 장비는 스피어엑스 프로젝트에서 가장 주요 하드웨어 장비 중 하나“라며 ”우주 관측 분야를 선도 할 수 있는 핵심 기술 확보를 위해 세계 유수의 연구기관과 공동연구를 확대해나갈 계획”이라고 밝혔다.