지구 궤도에는 약 4300개의 인공위성이 돌고 있고, 이 가운데 약 1200기가 실제 작 동중이다. 수명을 다해 운용을 멈춘 위성들은 그저 우주쓰레기일 뿐이다. 우주 궤도에는 임무가 종료된 인공위성뿐 아니라 위성을 실어 나르고 버려진 로켓, 인공위성끼리 충돌해 발생한 파편과 같은 쓰레기들도 있다.
지구에서 레이더를 통해 추적할 수 있는 우주쓰레기 개수는 약 50만개로 추정된다. 추적이 되지 않는 1㎝ 크기 이하의 쓰레기까지 합하면 그 개수는 3억개 이상일 것으로 예상된다. 이 가운데 지름이 10㎝ 이상으로 야구공보다 큰 우주쓰레기는 2만3000여개로 분석된다.
그런데 이렇게 많은 우주쓰레기들은 인공위성의 지구 관측 영상에 한 번도 촬영된 적이 없다. 왜 그럴까?
◆너무나 빠른 우주 쓰레기의 속도
무엇보다 우주쓰레기가 매우 빠르게 움직이기 때문이다. 지구 저궤도(약 400~600㎞)를 돌고 있는 우주쓰레기들은 초속 7.5 ~ 8㎞로 총알보다 빠르다. 위성이 지구를 찍을 때 우주쓰레기가 지나간다고 해도 워낙 찰나의 순간이라 카메라에 잡히기가 매우 어렵다. 또한 우주쓰레기의 크기가 대부분 매우 작기 때문에 위성 영상에 잡히기 쉽지 않다.
◆위성사진엔 안 찍혀도 위험하다
위성사진엔 촬영되지 않는다 하더라도 우주쓰레기는 잠재적인 위험성을 지닌 존재다. 초속 400m 정도인 총알보다 약 20배 이상 강력한 파괴력을 내기 때문이다. 실제로 지난해 9월 유럽우주국(ESA)의 위성 ‘센티널-1A’호의 태양전지판에 크기가 불과 1㎜ 정도의 우주쓰레기가 충돌했는데, 전지판은 폭 40㎝ 정도의 파손이 발생했다. 이 때문에 발전량이 급격히 줄어들고 그 충격으로 위성 궤도도 변경됐다. 당시 우주쓰레기의 속도는 초속 11㎞ 정도였다.
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| 우주쓰레기와 충돌해 손상된 인공위성 태양전지판. 사진=유럽우주국(ESA) |
과거로 거슬러 올라가면 1981년 구 소련의 인공위성 ‘코스모스1275‘가 발사 한달 만에 우주쓰레기와의 충돌하며 부서졌다. 이로 인해 300개 이상의 우주쓰레기가 추가로 만들어졌다. 1996년에는 프랑스에서 발사한 소형위성이 1986년 폭발한 ‘아리안-1’ 발사체의 부스터(승압 변압기)와 부딪혀 심각한 손상을 입기도 했다.
◆우주쓰레기, 어떻게 관측하나?
미국의 통합우주운영센터는 지구촌 29곳에 설치한 대형 광학망원경과 레이더 추적 시스템을 이용해 2만개의 우주쓰레기 궤도를 분석하고, 그 결과를 전 세계에 제공한다. 국제우주정거장도 이 정보를 이용해 우주쓰레기와 충돌 사고를 피한다. 우리나라는 이 센터가 제공하는 우주쓰레기의 궤도 정보를 이용해, 우리 위성들과 충돌 확률을 계산해 피할 수 있도록 ‘KARISMA’ 시스템을 개발·영 중이다.
◆우주쓰레기 위험을 줄이기 위한 노력
국제우주파편조정위원회(IADC·Inter-agency Space Debris Coordination Committee)는 우주쓰레기의 증가를 막고자 위성발사국을 대상으로 저궤도 위성은 수명이 다할 때쯤 고도 600㎞ 이하로 낮춰 25년 안에 지구 대기권에 진입·소멸하도록 하고, 정지궤도위성은 수명이 다할 때 더 높은 고도로 올려 보낸다’는 가이드라인을 마련했다.
ESA는 ‘클린 스페이스’(Clean Space) 프로젝트를 수행 중이다. 버스 크기의 커다란 고장 난 위성인 ‘엔비셋‘을 오는 2020년 초 붙잡아 고도를 낮추어 지구 대기권으로 진입시켜 태워버리는 기술을 개발 중이다. 고도 800~1000㎞에 위치한 우주쓰레기를 그물이나 작살, 로봇 팔을 가지고 수거하는 방식도 연구되고 있다. 우주쓰레기를 모은 청소 위성은 대기권에 진입, 마찰력에 의해 온도가 3000도까지 상승해 모두 타 없어지게 되는 개념이다.
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| 유럽우주국(ESA)에서 고안한 청소 위성(Netting Satellite) 개념도 |
일본우주항공연구개발기구(JAXA) 등에서도 우주쓰레기를 줄이기 위한 연구를 다양하게 진행하고 있다.
국내에서는 한국항공우주연구원이 초소형위성을 이용해 우주쓰레기를 붙잡아 제거하는 기술을 연구하고 있다. 먼저 지상에서 우주 환경을 모사한 시험이 이뤄지고 있다. 아직은 기초적인 단계지만 우주쓰레기를 줄이는데 기여하게 될 것이라고 기대된다.
한국항공우주연구원 홍보실