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지구궤도 떠도는 수십만개 우주쓰레기, 시한폭탄

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지난 2일 통제 불능 상태에 빠진 중국 우주정거장 '톈궁(天宮) 1호' 추락이 임박해지면서 추락 범위에 있던 나라에는 팽팽한 긴장감이 감돌았다. 우리나라도 거의 막판까지 최종 추락 예상 지역에 포함되면서 경계의 끈을 놓지 못했다.

톈궁1호는 큰 피해없이 남태평양 한가운데 떨어졌지만, 이번 소동으로 향후 우주물체가 가져올 위험에 대한 경각심은 더 커졌다.

전문가들은 최근 우주로 쏘아올린 발사체가 크게 늘면서 인공우주물체의 추락 위협이 더 커질 것으로 보고 있다.

◇ 우주물체로 인한 위험 갈수록 커져

현재 우주를 떠도는 우주물체의 총질량은 8000t을 넘어섰다. 우주물체 중 지름이 10cm 이상으로 추적이 가능한 것만 약 1만9000개에 이른다. 연구한 기관마다 다르지만 1cm 이상으로 범위를 넓히면 우주물체 숫자는 최소 50만~100만개로 추정된다.

지구 주변 궤도를 떠다니는 우주물체는 궤도속도를 지닌다. 이 궤도 속도는 궤도의 형태와 고도에 따라 달라지지만 원궤도의 경우 고도 500km에서 대략 초속 7.8km로 움직인다. 일반적으로 소총의 총알 발사 속도가 초속 1km에 미치지 못한다. 원궤도를 갖는 우주물체가 총알보다 약 8배 빠른 것이다. 속도가 8배라면 운동에너지는 64배나 된다.

이런 이유로 지구 궤도에서의 우주물체는 1cm 크기라 하더라도 운영중인 인공위성이나 국제우주정거장에 심각한 손상을 유발할 수 있다.

또 고도 500km 이내 대형 우주물체는 형상·무게에 따라 다르지만, 일반적으로 수년 내 지구로 추락한다. 매년 100회 정도 이런 인공 우주물체의 잔해가 지구로 떨어지고 있다.


지난 60여 년간 대기권 재진입과정에서 연소하지 않고 지상이나 바다에 추락한 인공우주 물체 파편의 질량은 약 5천400t에 달한다. 이 중 많은 분량은 스테인리스 스틸이나 티타늄 등 열에 강한 물질로 되어 있다. 앞으로 우주물체 충돌 및 추락에 의한 위험은 갈수록 커지는 것이 현실이다.

◇ 우주물체 추락 감시 까다로워…정밀 감시·추락 예보시스템 갖춰야

연구기관들은 현재 관측을 통해 우주물체의 이동을 감시하고, 추락 위험을 예보하고 있다.

하지만 추락하는 우주물체의 속도가 초당 7km 정도로 빨라, 몇 분의 차이에도 추락궤도가 변경되므로 현재 기술로는 추락 1~2시간 전에야 정확한 추락 시점과 위치를 예측할 수 있다.

관측기기가 많을수록 우주물체를 보다 잘 감시할 수 있다. 우리나라 우주환경감시기관인 한국천문연구원도 몽골, 모로코, 이스라엘, 미국 등에 5개의 광학관측소를 구축해, 여기서 얻은 자료를 바탕으로 우주 위험에 대응하고 있다.

여기에 전자파를 이용하는 레이다 관측 장비를 갖추면 관측의 정밀도를 더 높일 수 있다는 게 천문연의 설명이다.

◇ 우주물체 처리 기술개발도 활발

최근에는 관측에서 한발 더 나아가, 부피가 큰 우주물체를 직접 수거하는 기술을 개발하려는 연구도 진행 중이다.

현재 가장 주목받는 기술은 로봇팔 활용이다. 유럽우주국(ESA)은 청소용 위성을 띄워 우주물체를 그물과 작살이 연결된 로봇팔로 수거하는 방법을 연구하고 있다. 이 위성은 우주물체를 끌어모은 다음엔 지구로 추락하면서 대기권에서 발생하는 약 3000℃의 마찰열에 불타 완전히 사라지도록 설계돼 있다.


미국 스탠퍼드대의 경우, 우주물체를 붙일 수 있는 로봇 집게를 개발해 작년 국제학술지 '사이언스 로보틱스'(Science Robotics)에 발표한 바 있다.

미국 콜로라도대학은 소형 위성에 끈끈이 풍선을 매달아 우주물체를 수거한 뒤 일정량을 채우면 풍선이 폭발해 대기권에서 소멸하는 방법을 제안했다. 일본우주항공연구개발기구(JAXA)는 위성에 자력(磁力)을 띤 긴 밧줄을 매달아 우주물체를 모으는 기술을 연구 중이다.

우리나라는 우주물체의 추락·충돌을 효과적으로 감시·예측하기 위한 우주 감시 레이더시스템 구축 방안 등을 모색하고 있다.

우주 감시 레이더시스템은 한반도 상공을 24시간 관측하는 레이더를 이용해 대형 우주물체의 정확한 추락궤도 감시를 통해 추락 시각·지점 예측의 정확도를 높이며, 우리나라 위성에 접근할 가능성이 있는 우주물체를 정밀 감시해 안정적으로 위성을 운용할 수 있다.

한국항공우주연구원은 우주물체 포획용 기술과 이를 시연하기 위한 초소형 위성을 개발 중이다. 지난 2014년 항우연은 우리나라의 인공위성을 안전하게 보호하기 위한 우주파편 충돌위험 분석 및 대응 소프트웨어(SW) '카리스마'(KARISMA)을 개발한 바 있다.

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