고장난 허블우주망원경 수리가 완료됐다. 12월2일 7명의 승무원을 태우고 11일간의 장도에 오른 엔데버는 예정대로 망원경 수리를 마치고 무사히 귀환했다. 수리가 100% 성공했다면 허블망원경은 94년 1월말부터 정상상태의 맑은 우주사진을 지상에 전송할 것이다.
이번에 수리된 곳은 초점이 맞지 않아 흐릿한 상을 보내왔던 제1반사경을 비롯 심하게 떨리는 태양전지판 등 11곳. 총 7명의 승무원중 수리를 담당하는 4명의 과학자들은 한번에 6-7시간씩 걸리는 우주유영을 5회 수행하면서 총력전을 펼친 끝에 무사히 임무를 완수했다.
12월4일 엔데버는 허블망원경 10m 가까이 접근, 로봇팔을 이용해 우주왕복선 화물칸으로 망원경을 끌어들여 2개조로 교대작업을 시작했다. 5일에는 태양열집열판과 회전의 수리를 마쳤고 7일에는 고장난 카메라를 빼내고 2백80㎏짜리 신형카메라를 정확히 밀어넣었다. 8, 9일에는 낡은 전자부품을 교체하고 제 1반사경의 초점을 보정하기 위한 보조렌즈를 부착시켰다.
이 모든 작업은 태양이 반대편에 있을 때만 진행해야 했기 때문에 '어둠속에서 진행된 최고의 정밀작업'으로 기록될 것이다. 작업 결과가 좋으면 앞으로 11년 동안 허블은 우주의 신비를 밝히는데 크게 기여할 것이다.
뉴욕타임스에 게재된 허블우주망원경 수리작업에 얽힌 뒷이야기를 전재한다.
미국 알라바마주 헌츠빌에 있는 마샬 항공우주 센터에는 마치 인간을 사육하는 수족관을 연상시키는, 4층 건물 높이의 무중력 시뮬레이터가 있다. 그곳의 밑바닥에는 침몰한 해적선과 같은 우주왕복선 화물실, 첨단 장비로 가득찬 이중 도르래, 기밀식 출입구, 케이블 선으로 복잡하게 연결된 로봇 팔 등이 있다. 그 옆에는 허블 우주 망원경의 모형이 수조의 밑바닥에 수직으로 놓여 있다. 이것은 지난 3년간 지상으로부터 6백㎞ 되는 우주 공간에 떠돌고 있는 진짜 허블우주망원경과 같은 크기의 것이다.
바로 이 수조 속에서 잠수부들의 도움을 받아가며 둥그런 우주복 차림으로, 바다속의 로보캅처럼 떠다니는 사람은 캐시 손튼(Kathy Thornton)과 톰 에이커스(Tom Akers)이다. 수조의 가장자리에서 배회하는 사람은 스토리 무스그레이브(Story Musgrave). 그는 58세의 외과의사로서 마치 승려처럼 대머리인데다가 6개의 학위를 소지하고 있으며, 문학평론 원예 고공점프에 능숙하다. 전에는 해병대원, 베테랑 우주인으로도 활약한 이색 경력의 소유자이다. 이외에 4명의 우주인들이 첨단장비로 가득찬 우주왕복선 엔데버(Endeavour)호의 승무원들이다.
무스그레이브의 임무는 현재 해상도가 무척 떨어졌을 뿐 아니라 앞으로 치명적인 고장의 가능성을 지닌 채 지구 궤도를 돌고 있는 허블망원경을 고치는 일이다. 그는 지상에서의 끊임없는 연습이 성공적인 임무 수행을 가져 올 것으로 기대하며, 그의 동료들과 함께 무중력 수조에서 무려 4백시간의 기간을 보냈다.
44년의 노력이 웃음거리로
허블 망원경은 44년간의 계획과 개발 끝에 1990년 4월 우주왕복선에 의해 발사되었다. 이때까지만 해도 미항공우주국(NASA)은 이 망원경이 갈릴레이 이후 천문학의 가장 위대한 발전을 가져올 것으로 기대 했다. 지구의 불규칙한 대기가 관측에 영향을 미치지 않기 때문에 이 망원경으로 수많은 새로운 발견들이 가능하다고 생각한 것이다. 정교한 거울과 렌즈들은 멀리 떨어진 별들의 빛을 집중시켜 지상의 망원경들보다 1백배나 해상도를 높일 수 있도록 설계되어 있었다. 천체 물리학자들은 이 망원경으로 퀘이사의 중심부를 관찰하거나 블랙홀의 증거를 찾을 수 있을 것으로 보았고 1백억광년 떨어진 곳에서 새로운 은하가 탄생하는 것도 관찰할 수 있으리라고 생각했다.
그러나 발사 직후 얼마 안 돼, 천체 물리학자들은 허블의 2.4m자리 주거울 (제1반사경)이 정상동작을 하고 있지 않다는 사실을 발견했다. 150억 달러짜리가 웃음거리가 되고 만 것이다.
책임자 무스그레이브의 임무는 우주선의 선장으로서 이 비웃음을 일소시키는 것이다. 6억 9천만 달러가 소요되는 이 비행에는 6시간짜리 우주 유영이 5회 가량 포함된다. 이 계획에 수년간 참여했던 프린스턴 고등연구소(Institute of Advanced Study)의 천체 물리학자 존 바콜(John Bahcall)은 "이 계획이 성공한다면 우리 시대의 기적으로 표현할 만하다"라고 말하고 있다.
무스그레이브의 이번 임무는 단지 우주의 새로운 비밀을 캐내는 문제에만 국한된 것이 아니다. NASA는 오래전부터, 미래의 우주 개발 계획은 인간이 경제적으로 우주에서 일하는 것이 가능하게 될 것이라고 공언해왔다. 그러나 이와는 달리 우주 왕복선이 취항한 지 10년이 넘는 동안, 그 어느 때보다도 우주에서 일하는 것은 비싸고 위험한 일이라는 인상이 널리 퍼지게 되었다. NASA의 신용은 실추된 상태이고, 만일 1986년의 챌린저호 폭발사고나 금년 여름의 화성탐사선 옵서버호의 실종과 같은 상황이 다시 일어난다면 그것은 더욱 치명적일 것은 분명하다.
최근 상원에는 "이 임무가 허블의 기능을 완전히 되찾는 데 실패한다면, NASA의 전체 비행계획은 재정 지원감소로 심각히 퇴보하여 당분간 회복 불가능할 것이다"라는 내용의 보고서가 제출되었다.
허블망원경은 우주에서의 인간 활동에 불가능은 없다고 NASA가 생각하던 시대의 유산이다. 1946년에 이 계획이 처음 입안되던 때는 우주인에 의해 직접 작동되는 망원경이 제안되었다. 1970년대 초반 우주 망원경의 지지자들은 당시 NASA가 유인 우주선에 열광해 있던 것에 편승해서 우주왕복선의 승무원들에 의해 조작되는 망원경을 디자인하였다. 그 당시 NASA에서 우주유영 전문가로 활동하던 무스그레이브는 이 계획의 입안에 결정적인 역할을 했다. 그 결과 1989년에 완성된 허블 망원경은 2백25m 길이의 난간과, 휴대용 발디딤대를 달 수 있는 31개의 핀을 갖추고 있었다.
이 망원경은 우주왕복선이 쉽게 접근할 수 있도록 지상으로부터 6백㎞ 떨어진, 낮은 고도에 고정되었다. 그러나 접근이 용이한 대신 이 고도에서는 하늘의 반을 지구가 덮게 되어 천체의 절반 이하만을 관측할 수 있다.
우주인에 의해 고장 수리를 하는 데에도 많은 돈이 들어갔는데, 한 천문학자의 표현을 빌면 그것은 마치 텔레비전을 권투 장갑을 낀 사람이 고칠 수 있도록 만드는 것과 같은 작업이었다.
1990년 여름에 발생한 허블 망원경의 결함은 NASA의 방만한 운영, 세력 다툼, 부적당한 투자, 그리고 경쟁력 저하가 그 원인이었다. 주거울의 외곽 끝부분이 설계도보다 70만분의 1인치 모자랐다. 볼티모어에 있는 우주망원경연구소의 컴퓨터 프로세서들은 즉시 그 차이를 보정하고 비교적 밝은 천체들의 화상을 재현하려고 했지만 1년 운영비로 1억달러가 소요되는 허블의 기능은 쉽게 회복되지 않았다. 버클리 대학의 천문학자 마크 데이비스는 "망원경을 고치든가 연구소를 폐쇄하든가 둘 중 하나를 택해야 한다"고 까지 주장했다.
문제는 이것만이 아니었다. 망원경이 궤도를 돌면서 낮과 밤을 교차할 때마다 약 10분간 심하게 흔들린다는 사실이 발견되었다. 태양전지 어레이를 받치고 있는 기둥들이 기온변화에 의해 불규칙하게 수축, 팽창하면서 태양전지판을 떨게 하는 것이다. 이것이 부러지면 망원경의 전원이 끊긴다. 설상가상으로 발사 직후 망원경의 방향을 제어하는 자이로스코프(회전의)도 망가졌다. 결국 애초에 설치된 6개의 자이로스코프 중 지난 여름에는 최소한의 필요량인 3개만이 작동했다.
지옥훈련으로 단련된 7인의 우주수리공
엔데버호의 승무원들은 지금까지 우주를 비행한 사람들 중 가장 경험이 많은 사람들일 것이다. 7명의 승무원들은 통산 16회의 우주비행 경력이 있으며, 무엇보다도 31시간의 우주 유영 경험이 있다. 사령관인 딕 코비와 조종사 캔 바워삭스는 전에도 우주왕복선을 조종한 경험이 있는 사람들이다. 무스그레이브는 지난 1983년 우주왕복선 밖으로 첫 우주 유영을 한 바 있다. 그는 매사추세츠공과대학(MIT)의 X-선 천문학자였으며 네번째 우주비행에 참가하는 제프리 호프만과 함께 허블의 고장을 수리한 것이다. 전 공군 조종사였던 에이커스와 핵물리학자인 손튼은 2번째 우주 유영조를 이루어 활동한다. 이 두 사람도 각기 2번의 우주 비행 경험이 있다. 이들의 임무에 필수적인 로봇 팔은 ESA(유럽우주국)에서 활동하는 스위스 천문학자 클라우데 니콜리어에 의해 작동된다.
고장난 허블을 수리하기 위해 이 우주인들이 준비하는 과정은 흔히 생각하듯이 매혹적인 과정은 아니었다. 지루하고 어려운 과정이었다. 이들 우주인의 하루 일과는 아침 7시의 브리핑으로 시작되고, 잠이 미처 깨기도 전에 수조 속으로 들어가야 한다.
아침시간의 대부분은 수조속에서 우주 유영을 연습하기 위해 특수제작된 우주복을 입고 장비를 갖추는데 소요된다. 장비를 다 갖추면 수조속으로 천천히 들어간다. 들어가서는 로봇 팔을 사용해서 허블을 수리하는 작업을 연습한다. 손튼과 에이커스는 수조속에서 코스타(COSTAR; 허블의 시야를 회복시킬 두 개의 장치중 하나)를 설치하는 연습을 한다. 이 기발한 장치는 우주망원경연구소의 기술자들에 의해 개발되었다.
이들은 허블의 다른 네개의 기구에 빛이 입사하는 것을 교정하는 장치를 개발하려 했는데, 일원중 짐 크로커가 뮌헨의 샤워기에서 힌트를 얻기 전까지 아무도 문제를 해결하지 못했다. 샤워기의 꼭지 부분은 기둥에 달려 있는데 기둥을 따라 상하로 이동하기도 하고 뒤로 젖혀지기도 했다. 여기에 착안해서 우주 비행사들이 허블의 기구 하나를 잠시 떼어내면 장비들로 밀집된 초점면을 가로질러 얇은 기둥 모양의 장치를 밀어 넣을 수 있고, 이로부터 마치 만능칼처럼 생긴 작은 교정 거울들이 다른 기구들의 입구 앞으로 펼쳐져 나오도록 코스타를 고안했다.
한시간 후에 코스타는 제자리를 찾게 되고 우주인들은 다음 일로 넘어간다. 연습이 계속되면서 정보들이 우주선에 탑재된 컴퓨터에 속속 입력된다. 무중력 상태이므로 작은 나사들 조차도 수류탄 만큼의 피해를 입기 때문에 대단히 조심해야 한다.
무스그레이브의 집념
이 계획에서 중요한 임무를 맡고 있는 무스그레이브는 아주 오랜 시간 그의 임무를 위해 준비해 왔다. 그는 1967년, 달에 가고 싶다는 생각에 우주 비행단의 일원이 되었다. NASA는 소련과의 우주 개발 경쟁에서 역전한 후 아폴로 계획을 축소하였는데, 이 때문에 그는 달로 가는 승차권을 잃은 셈이 됐다. 그후 그는 우주로 나가기까지 16년이라는 세월을 기다려야만 했다.
그동안 그는 1만7천시간 이상 비행했고, 여객기 조종사 자격증을 취득했으며, 4백60회 이상의 낙하 경험을 쌓아 갔다. 그는 여러 대학교를 전전하며 학위 취득에 취미를 붙이면서도 의사로서의 그의 직업을 중단하지 않았다. 그의 이러한 의학 지식은 NASA가 우주왕복선용 우주복과 우주 유영 기술을 개발하는 데에 공헌했다. 이러한 그의 경험과 기술이 참작되어 1992년 4월, 그는 이번 임무의 승무원 선발에서 최우선으로 낙점받았다.
지난 20개월 동안 망원경 보수 임무는 무스그레이브의 생활의 전부가 되어 버렸다. 지난 여름에 자칫했으면 손가락을 잃을 뻔 하기도 했다. 계획의 초창기에는 태양 광선에 의한 망원경의 정교한 광학기구 손상을 방지하기 위해, 화물선이 어두운 상태를 유지하도록 우주왕복선을 운행할 예정이었다. 이러한 조건을 모방한 휴스턴의 진공 탱크에서 연습 중 무스그레이브는 4도의 동상을 입게 된 것이다. 그는 이 때, 영하 90℃로 냉각된 도구들을 다루던 중이었다. 사고 발생 후 이러한 계획은 수정되었다.
그 후 무스그레이브는 볼트와 너트에 심취하기 시작했다. 특히 그의 신경은 온통 특정한 나사에 대해 쏠려 있다. 'A래치'라고 불리는 이 나사는 결코 보통 나사는 아니다. 이것은 2백10㎝ 길이의 막대 모양이다. 이것은 그랜드 피아노 크기이며 1억달러를 호가하는 WFPC 카메라를 고정시키는 역할을 한다. 이 나사는 빛에 의한 신호로 조여들게 되어 있고, 과도하게 조이는 것을 방지하기 위한 스프링이 있다. 무스그레이브와 호프만은 A래치를 풀어서 구형 카메라를 빼내고 보다 발전된 신형 카메라를 장착하도록 되어 잇다. 이들이 A래치를 다시 조여서 WFPC-2를 장착하는 순간 우주망원경은 그 제작자들이 의도했던 환상적인 화면을 지구로 전송할 것이다.
그러나 50원짜리 동전 크기의 교정용 거울이 제 역할을 하기 위해서는 WFPC-2가 광학축선상에 정확히 정렬해 있어야 한다. 우주인들이 WFPC-2를 끼워 넣기 전에 무스그레이브는 거울의 커버를 아주 조심스럽게 벗기게 될 것이다. 만약 거울의 위치가 정상 위치로부터 1／4도 이상 기울어지게 되면 화상은 이전보다도 더 못하게 될 것이다. 그는 "만약 그런 일이 발생한다면, 그냥 우주복의 공기 구멍을 열어 젖히고 우주왕복선과 연결된 줄을 끊어버리는 것이 낫겠다"고 농담하기도 한다.
마치 중요한 공연을 앞둔 무용수 바리시니코프 처럼 무스그레이브는 이 순간을 대비해 왔다. 거울의 커버를 벗길 때, 우주복에 쌓인 그의 몸의 각 부분들이 정확히 어디에 가 있어야 할지 그는 너무도 잘 알고 있다.
지난 봄까지, 무스그레이브의 수첩에는 그들이 해야할 12개의 임무가 기록되었다. 그중에서 태양전지판의 기둥, 자이로스코프, WFPC, 코스타를 교체하는 것은 망원경의 성능을 복원하는 데에 워낙 중요한 요소였기 때문에, NASA에서는 이를 완수하기 위해 2차 우주비행을 계획하기도 했다고 한다. NASA는 원래 우주왕복선의 표준용량을 감안, 3번의 우주 유영으로 일을 마치기를 기대했으나, 무스그레이브는 더 많은 우주 유영을 주장했다. 결국 우주 유영 횟수는 5회로 늘어나게 되었다.
무스그레이브와 그의 동료들의 성공을 기원해야 할 이유는 헤아릴 수 없을 정도로 많다. 다시 태어나는 우주망원경이 제공하는 분명한 화상을 통해 천문학자들은 몇가지 큰 문제들에 접근할 수 있을 것이다. 우주는 얼마나 빨리 팽창하고 있는가? 언젠가 우주는 다시 수축하기 시작해서 대충돌이 일어나게 될까? 멀리 떨어진 은하에 있는 별들의 케페우스 변수를 알아냄으로써 캘리포니아 공과대학의 천문학자 제레미 모울드는 이 성운들의 정확한 거리를 계산할 수 있기를 기대하고 있다.
그보다 작은 목표는 내년 7월에 20여개의 핵을 가진 슈메이커－레비 혜성이 목성에 충돌하는 장면을 촬영하는 것이다. 이 혜성의 핵 중에는 지름이 5㎞짜리도 있어 텍사스주만한 불덩이를 만드는, 태양계 유사 이래 최대 재난을 일으킬 것으로 예상되고 있다.
그러나 허블을 복원한다고 해도 NASA와 과학자들간의 망가진 관계를 완전히 회복시키기는 힘들지도 모른다. NASA는 천문학 및 천체물리학 관련 예산이 연간 7억 달러 이상으로 세계에서 가장 큰 천문학 연구의 스폰서다. 그러나 이 혜택은 과학의 발전에 그다지 이바지하지 못하면서 연구비용만의 증가 경향이 있었던 것이 사실이다. 예를 들어 1980년대 NASA는 문제 투성이에 발사 지연마저 잦은 우주왕복선을 통해 인공위성을 쏘아 올리도록 주도해 왔다. 이제는 많은 과학자들이 NASA를 2개의 기관, 즉 과학연구와 우주왕복선 운영기관으로 분리해야 한다고 주장하고 있다.
NASA 내에서도 허블의 보수작업을 계기로 새로운 NASA의 탄생, 또는 예전의 NASA로 복귀하고 싶어한다. 그러나 아무리 긍정적인 표현법을 사용하더라도 NASA가 달 착륙 경쟁에서 옛소련을 이긴 후 좌초하기 시작한 사실을 숨길 수는 없다.
이젠 냉전도 끝나서 야망에 찬 과학 프로젝트에 대한 대중들의 관심도 더욱 감소하고 있다. NASA 또한 우리와 그들 자신을 다시 들뜨게 할 새로운 꿈을 제시하지 못하고 있는 실정이다. 현재 제안된 국제 우주기지 계획과 같은 것이 대중적인 것이긴 하지만 여론의 시선을 끌지는 못하고 있다. 최소한 그들의 첨단기술을 다시 과시할 수 있기 위해서라도 NASA는 새로운 영감을 필요로 한다.
