“우주에서 안경을 씌웠다”… 허블 우주망원경 첫 사진 흐릿했던 이유, 1993년 우주유영 5번으로 고쳤다

1990년 4월 24일 우주왕복선 디스커버리호(STS-31)에 실려 궤도에 오른 허블 우주망원경은 첫 사진부터 과학자들을 당황하게 했다. 별이 또렷한 점이 아니라 번진 빛으로 찍혔기 때문이다. NASA는 발사 두 달 뒤인 1990년 6월 27일 망원경에 결함이 있다고 공식 발표했다.

원인은 지름 2.4m짜리 주거울이었다. 3년 반 뒤 우주인들이 궤도 위에서 교정 장치를 달아 주면서 허블은 설계 성능을 되찾았다. 허블 우주망원경 ‘안경 수리’로 불리는 1993년 첫 서비스 미션의 경위를 NASA 기록으로 정리했다.

허블 우주망원경 주거울 결함, 2.2마이크로미터의 오차

NASA에 따르면 허블 주거울은 가장자리가 설계보다 약 2.2마이크로미터(μm) 더 평평하게 깎였다. 사람 머리카락 굵기의 50분의 1 정도다. NASA는 이 오차가 설계상 허용 오차보다 10배 컸다고 설명한다.

거울 가장자리가 평평해지면 가장자리에 닿은 빛과 가운데에 닿은 빛이 서로 다른 지점에 초점을 맺는다. 이를 ‘구면수차’라고 한다. 초점이 여러 개 생기니 사진이 뿌옇게 나올 수밖에 없었다.

원인은 거울 검사 장비의 렌즈 간격 1.3mm

NASA는 1990년 7월 2일 조사위원회를 꾸렸다. 위원회는 거울을 깎을 때 모양을 검사한 장비 ‘널 코렉터(null corrector)’를 찾아냈는데, 장비는 9년 전 검사 때 모습 그대로 남아 있었다. 분석해 보니 장비 안 렌즈 간격이 1.3mm 어긋나 있었다. 잘못 세팅된 장비를 기준으로 거울을 깎았으니 거울도 그만큼 잘못 깎인 것이다.

• 발사: 1990년 4월 24일, 디스커버리호 STS-31
• 결함 발표: 1990년 6월 27일
• 주거울: 지름 2.4m, 무게 828kg
• 오차: 가장자리 약 2.2μm(머리카락 굵기의 1/50)
• 원인: 검사 장비 렌즈 간격 1.3mm 오류

거울 대신 ‘안경’을… 교정 장치 COSTAR와 새 카메라 WFPC2

궤도 위에서 거울을 갈아 끼울 수는 없었다. NASA는 거울 대신 빛이 들어가는 쪽에 보정 장치를 다는 방법을 택했다. 공중전화 부스만 한 교정 장치 COSTAR는 작은 보정 거울 다섯 쌍을 기존 관측 장비 앞에 놓아 초점을 바로잡도록 만들었다. 이 장치를 넣을 자리를 만들려고 고속광도계(HSP) 하나는 떼어 내야 했다. 광역·행성 카메라는 보정 광학계를 내장한 새 카메라 WFPC2로 통째로 바꾸기로 했다.

STS-61 엔데버호, 우주유영 5번에 35시간 28분

1993년 12월 2일 새벽 우주왕복선 엔데버호가 케네디우주센터 39B 발사대에서 이륙했다. 승무원 7명 모두 우주 비행 경험자였다. 사흘째 유럽우주국(ESA) 우주인 클로드 니콜리에가 로봇팔로 허블을 붙잡아 화물칸에 고정했다.

우주유영은 두 명씩 짝을 지어 하루씩 번갈아 다섯 번 진행됐다. 첫날에는 자이로스코프 장치를 바꿨고, 둘째 날에는 접히지 않던 태양전지판을 떼어 우주로 놓아 보냈다. 셋째 날 새 카메라 WFPC2를 달았고, 넷째 날 캐서린 손턴과 토머스 에이커스가 COSTAR를 설치했다. 다섯 번의 우주유영 시간은 모두 35시간 28분이었다. 당시까지 왕복선 한 번의 비행에서 이렇게 많은 우주유영을 한 적은 없었다.

1994년 1월 공개된 새 사진, M100 은하가 또렷해졌다

엔데버호는 1993년 12월 13일 귀환했다. 한 달 뒤인 1994년 1월 13일 NASA는 조정과 시험이 끝났다고 발표하며 새 사진을 공개했다. 수리 전후의 M100 은하 중심부 사진을 나란히 놓으면 차이가 확연하다. NASA는 이 미션 뒤 허블이 처음 설계했을 때보다 오히려 성능이 좋아졌다고 평가한다.

COSTAR는 이후 들어간 장비들이 모두 보정 광학계를 내장하면서 필요가 없어졌다. 2009년 5월 마지막 서비스 미션 때 떼어 내 지구로 가져왔고, 지금은 워싱턴 스미스소니언 국립항공우주박물관에 전시돼 있다.

36년째 관측 중인 허블, 2033~2034년 대기권 진입 예상

허블은 스스로 고도를 올릴 추진 장치가 없어 대기 저항 때문에 조금씩 고도가 낮아지고 있다. NASA는 허블이 2033~2034년쯤 대기권에 들어올 가능성이 높다고 본다. NASA는 2026년 10월 29일 허블의 궤도를 올리거나 수리하는 방안, 또는 안전하게 대기권에 진입시키는 방안에 대해 민간 기업의 의견을 구하는 정보요청서(RFI)를 냈다. 응답 마감은 11월 30일이다. NASA는 임무가 이뤄진다면 2032년까지는 실행돼야 한다고 밝혔다.

정리

• 허블 첫 사진이 흐릿했던 이유: 주거울 가장자리가 약 2.2μm 더 평평하게 깎인 구면수차
• 근본 원인: 거울 검사 장비 널 코렉터의 렌즈 간격 1.3mm 오류
• 해결: 1993년 12월 STS-61 우주유영 5회(35시간 28분)로 COSTAR·WFPC2 설치
• 현재: 2033~2034년 대기권 진입 예상, NASA가 2026년 10월 민간 수리·궤도 상승 방안 정보 요청

영상: NASA 고다드우주비행센터 공식 유튜브 “Hubble’s Servicing Mission 1”

참고: NASA Science ‘Hubble’s Mirror Flaw’·’Servicing Mission 1’, NASA History ’30 Years Ago: STS-61, the First Hubble Servicing Mission'(2023), NASA JPL ‘Hubble Adjustments and Tests Completed'(1994.1.13), NASA ‘NASA Provides Venerable Hubble Hardware to Smithsonian'(2009.11.18), NASA 보도자료(2026.10.30). 이미지·영상: NASA 고다드우주비행센터 공식 유튜브 ‘Hubble’s Servicing Mission 1’ 영상 캡처.