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우주 망원경이 기기에 필요한 모든 에너지(데이터 정렬, 데이터 전송)는 태양광에서 얻는다.
우주 망원경은 2002년부터 3세대 ‘날개’ 실리콘 기반 대신 효율적인 갈륨비소 반도체로 구성.
태양 돛은 작은 크기에도 불구하고 약 20% 더 많은 에너지를 얻을 수 있다.
‘날개’가 작을수록 망원경의 마찰 저항이 작아져 속도가 빨라지고 더 높이날 수 있다

허블 망원경의 수난사 태양광 날개

우주 망원경이 기기에 필요한 모든 에너지, 데이터 정렬 및 데이터 전송은 태양 항해에서 얻는다. 지구가 밤이 되는 지역을 비행할 때 기기에 전원을 공급하기 위해 배터리를 충전한다.  낮은 지구 궤도의 가혹한 조건을 견뎌내도록 설계하는 것이 쉬운 일이 아니었다.

▲ 솔라 돛이 우주 왕복선에 들어가기 위해 감겨져 있다. 이들은 이제 궤도에서 조심스럽게 확장된다. © NASA / ESA.

태양광 돛은 펼쳐지지 않고 감겨 있다.

대부분의 일반 위성에는 아코디언처럼 접을 수 있는 단단한 천막이 있다.
그러나 돛이 약 4미터이고 길이가 13미터인 허블(Hubble)은 우주 왕복선에 맞지 않을 것이다. 공간이 충분하지 않았다. 허블 태양광 시스템의 ESA 프로젝트 매니저 로타 게를락(Lothar Gerlach)는 “돛은 망원경의 둥근 껍질과 서랍의 둥근 벽 사이에 맞도록 유연해야 했다”고 설명한다.

이를 보장하기 위해 NASA와 ESA의 엔지니어들은 태양 전지로 코팅된 일종의 롤러 블라인드와 같은 허블용 말을 수 있는 태양돛을 개발했다. 망원경이 운송될 때 이 다층 필름은 자체 보호 덮개로 감겨 졌다. 허블이 출시 되자마자 모터 구동식 지지 프레임이 확장돼 솔라 돛이 늘어났다. 최소한 그렇게 계획했다.

▲ 망원경의 첫 태양 항해에 관한 필름은 매우 얇았다. © NASA / ESA

냉탕과 열탕을 반복

또 다른 문제가 있었다.
처음부터 솔라 돛은 몇 년마다 정기적으로 교체되도록 설계되었다.
그럼에도 불구하고 그들은 낮은 지구 궤도의 극한 조건을 견뎌야 했다.
Gerlach는 "태양이 여기에서 96분마다 떠오르고 다시 가라앉는다."라고 설명한다.
"온도는 항상 태양에서 +100도℃에서 그늘에서 -100℃까지 변한다.“

5년 안에, 차양은 약 3만 번의 열탕과 냉탕을 반복해야 한다. 온도에 따라 팽창하거나 수축하지 않는 재료는 없다. 고정 프레임에 고정된 태양광 필름은 이것을 견뎌야 한다.
최소한 그것이 생각했던 것이다.

궤도 전환

그러나 우주 망원경이 궤도에 오르자마자 문제가 있었다.
허블이 낮-밤 국경을 지날 때마다 열 망원경처럼 망원경 전체가 10초 동안 흔들렸다.
천문대 사이에서 계속 비틀거렸다. 이러한 조건에서는 노출 시간이 더 긴 관찰이 불가능했다.

허블의 태양 돛이 말썽이어서 문제의 위치를 ​​빨리 알 수 있었다.
예상대로 이 물질은 지구의 밝은 쪽으로 이동하면서 팽창했다. 그러나 이것을 안정화하고 보정해야 하는 보정기가 제대로 작동하지 않았다.
또한, 돛의 프레임에 말려있는 강판에 구조 결함이 있었다.
Gerlach는 “한쪽이 햇빛에 있고 다른 쪽이 그늘에 있으면 서로 다르게 확장되어 서로 대소동을 일으킨다.

▲ 현재의 돛은 더 작고 단단하다. © NASA / STScI

작지만 강력해졌다.

1993년 첫 서비스 임무를 위해 허블은 안경을 받았을 뿐만 아니라 이러한 문제를 해결한 새로운 솔라 돛을 받았다. 에너지 저장을 위한 배터리는 모두 새로운 모델로 교체되었다.

우주 망원경은 2002년부터 3세대 ‘날개’ 가지고 있다.
이들은 더 이상 실리콘 기반이 아니고 더 효율적인 갈륨비소 반도체로 구성된다.
결과적으로 태양 돛은 세 번째 작은 크기에도 불구하고 약 20% 더 많은 에너지를 얻을 수 있다. 또 다른 장점은 ‘날개’가 작을수록 망원경의 마찰 저항이 작아져 속도가 빨라지고 더 높이날 수 있다.  (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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