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[에코매거진] 인간의 우주 활동 위협…우주 쓰레기의 정체는?

■ 최은정 / 한국천문연구원 우주위험감시센터 박사

[앵커]
우주 공간을 위협하는 우주 쓰레기에 대해 들어보신 분들 많으실 텐데요. 이런 우주 쓰레기의 정체는 무엇이고, 줄이는 해결방법은 무엇일까요?

오늘 <에코매거진>에서는 '우주 쓰레기'에 대해 알아보겠습니다. 한국천문연구원 우주 위험감시센터 최은정 박사와 함께합니다. 박사님, 반갑습니다.

[앵커]
우주 쓰레기 이야기하기 전에 현재 우주 공간에 얼마나 많은 인공위성이 존재하나요?

[인터뷰]
인공위성은 인간이 특별한 목적을 위해 지구 주위를 일정한 주기로 돌게 하는 우주 비행체인데요. 1957년 10월 4일 최초의 인공위성인 스푸트니크 1호가 발사된 이후, 62년이 지났고요, 현재 약 8,600여 개의 인공위성이 발사되었습니다, 현재 지구궤도에 남아있는 것은 약 5,200여 개이고요. 그 중, 50%가 안 되는 2,400여 개의 인공위성만이 고유 임무를 수행하고 있습니다.

하지만 미국 연합우주작전본부인 CSpOC에서 전 지구적인 관측을 통해 공개한 데이터에 의하면 약 4만4천여 개의 인공우주물체가 등록되어 있고, 그중 2만여 개가 지구궤도에 남아있는 것으로 보고되고 있습니다. 결국, 약 10% 정도만이 현재 활동하고 있는 인공위성이라고 볼 수 있습니다.

[앵커]
그런가 하면 얼마 전엔 중국의 실험 우주정거장이죠, '톈궁 1호'가 통제를 잃고 지구로 추락한 사건이 있었는데, 이처럼 인공위성이 지구로 추락하면 어떤 문제가 발생할까요?

[인터뷰]
지금까지 약 2만 5천여 개의 인공우주물체가 지구로 떨어졌는데요. 평균적으로 보면 매년 400여 개의 우주물체가 지구로 추락한다고 볼 수 있습니다. 인공위성이 지구로 추락할 때는 그 형상을 그대로 유지하고 떨어지는 것은 아니고요. 인공위성의 재질이나 크기, 형상에 따라서 약 10~40% 정도만이 지구로 떨어지게 되고요, 다행히도 지구 대기 마찰에 의해서 연소가 되기 때문에 피해를 조금 줄일 수 있죠.

하지만 작년 4월에 추락한 중국 우주정거장 톈궁 1호는 약 8.5t으로 스쿨버스 정도의 크기였고, 또 우주정거장에 사용된 독성이 강한 연료인 하이드라진과 같은 물질을 포함하고 있을 가능성이 컸기 때문에 아무래도 생존하는 파편이 적어도 1t 이상이 될 것으로 추정됐습니다, 그래서 추락 시각과 위치를 예측하는 것이 매우 중요했는데요.

톈궁 1호의 경우는, 마지막 예측 궤도에 한반도가 포함되어 있어, 과학기술정보통신부에서도 인공우주물체 추락 충돌 대응 매뉴얼에 따라, 우주 위험대책반이 소집되어, 우주 위험 위기 경보를 발령하기도 했습니다.

[앵커]
우리가 아직 직접 겪은 적은 없지만, 사고가 나면 큰 피해로 이어질 것 같은데요. 그렇다면 인공위성 추락을 예방하는 해결책은 없을까요?

[인터뷰]
고도에 따라 시기가 달라지지만, 지구궤도에 올라간 것은 자연적으로 언젠가 지구로 추락하게 되는데요. 그래서, 인공위성의 추락위험에 안전하게 대응하는 것도 또한 중요합니다.

사실 가장 중요한 것은 인공위성을 제어 가능한 상태에서 지구로 재진입 시키는 것인데요. 직접적인 제어나 자연적으로 대기권에서 자연 연소가 되게 하는 방법이 가장 좋겠죠. 그런데 그게 어렵기 때문에 NASA에서도 우주 파편의 발생 수를 감소시키기 위해 저궤도에서는 임무 종료 후 25년 이내에 궤도를 감소 시켜 재진입을 시도하라는 지침을 갖고 있습니다.

[앵커]
하지만 이렇게 지구 재진입이 불가한 경우는 어떻게 해야 할까요?

[인터뷰]
재진입이 불가한 고도가 있습니다. 정지궤도 36,000km 정도 되는 정지궤도에서는 지구로 떨어뜨리기보다는 고도를 100~200km 정도 상승시켜서 폐기 궤도라는 곳으로 이동을 시킵니다. 그래서 영역을 확보하는 것인데요. 만약에 통제가 된다면 괜찮지만, 통제되지 않는 경우에는 적용하기 어려운 상태라서 그대로 지구궤도에 남아있게 됩니다.

현재 전 세계적으로도 인공위성의 발사가 급증하고 있고, 우주 공간이 혼잡해지면서 우주 쓰레기로 인한 인간의 우주 활동이 위협을 받고 있는 것이 현실입니다. 이러한 우주 환경에 대한 문제의 심각성과 우주 감시 분야의 국제 협력, 정책의 필요성이 강조되고 있죠.

특히 UN의 우주의 평화적 이용을 위한 위원회 UN COPUOS 와 국제우주파편위원회 IADC에서는 우주파편 감소를 위한 지침을 만들어 우주개발국에 권고하고 있습니다.

하지만 아직은 권고사항에 그치고 있어 우주개발국들의 자발적인 이행이 필요하겠습니다.

[앵커]
아직 해결해야 할 문제들이 많은 것 같은데요. 그렇다면 지구 궤도에 남아있는 우주 쓰레기는 얼마나 되는 것으로 추산되나요?

[인터뷰]
현재의 관측 성능으로 파악할 수 있는 것은 약 2만여 개 중 임무를 수행하는 인공위성을 제외한 90% 정도는 우주 쓰레기라고 할 수 있습니다.

우주 쓰레기를 관측할 수 있는 장비는 광학망원경과 레이다가 있는데요. 현재 고성능 레이다의 경우, 저궤도인 고도 1,000km 이하에서 약 10cm 정도 되는 인공우주물체를 탐지할 수 있다고 합니다. 그래서, 관측되지 않는 1cm급의 잔해물들을 모형화해보면, 현재 오십만 개 이상으로 예측됩니다.

[앵커]
20,000여 개 중 90%가 우주 쓰레기라고 하셨는데, 우주에 어떤 영향을 끼치나요?

[인터뷰]
아무래도 인공위성은 고도가 1,500km 아래에서는 보통 초속 7~8km로 움직입니다. 보통 K-2 소총의 총알이 초속 1km 움직인다고 하니, 인공 우주 물체의 속도는 총알의 속도보다 7~8배 빠르게 움직이는 거죠. 그래서 1cm 크기의 알루미늄 구가 약 1.4g 정도 되는데요. 지름이 1cm 알루미늄 구가 초속 8km로 인공위성과 충돌한다면, 인공위성의 정상 운영을 어렵게 할 수 있고, 만약 주요 부품에 충돌한다면, 전체 기능에 장애를 발생시킬 수도 있습니다.

만약 그것보다 큰 지름이 10cm 크기의 알루미늄 구라면, 인공위성 전체가 파손되는 심각한 영향을 미치게 되죠.

우주 쓰레기로 인해 통신위성의 기능이 상실되면 위성 한 대의 비용보다 훨씬 큰 사회적 비용을 치러야 할 수 있기 때문에 우주 쓰레기에 대비하는 것이 무엇보다 중요하다고 할 수 있겠습니다.

[앵커]
그래서 우주 쓰레기를 해결하기 위해 기술 개발에 한창이라고 들었는데, 어떤 기술이 있나요?

[인터뷰]
우주 쓰레기를 처리하기 위한 기술은 크게 두 가지로 분류할 수 있는데요. 하나는 인공위성이 임무를 다했을 때 스스로 폐기하는 임무 후처리 방식과 다른 하나는 직접 우주 공간으로 다른 인공위성을 이용해 우주 쓰레기를 제거하는 능동적인 제거 방식이 있습니다.

무엇보다 우선시 되어야 하는 것은, 우주 쓰레기를 만들지 않는 것인데요. 임무 후처리 방식을 적용해 우주발사체를 설계할 때부터 분리된 단이 제대로 회수될 수 있도록 클린 발사가 선행되어야 하겠고요.

그리고 임무를 마친 인공위성이 아름답게 퇴장할 수 있도록, 남은 연료와 추력기를 이용해 지구 대기권으로 들어오거나 우주 폐기 궤도로 이동시키는 것이 중요합니다.

능동적인 제거방식으로는 사실 인공위성을 직접 보내 작살, 그물, 로봇 팔 등을 이용해 우주 쓰레기를 직접 제거하는 기술도 연구되고 있는데요.

여러 아이디어가 실험되고 기술이 확보되고 있지만, 이러한 방법들은 기술적으로나 경제적으로 한계를 가지고 있습니다, 그래서 실제 우주 쓰레기 경감 조치를 현실적인 방법으로 적용하기는 아직 먼 이야기라고 할 수 있겠습니다.

[앵커]
우주 쓰레기를 처리하는 기술이 계속 개발되고 있지만, 현실적인 방법이 아니다-라고 말씀해주셨는데요. 그럼 우주 쓰레기 해결을 위해 가장 먼저 확보해야 하는 기술은 무엇인가요?

[인터뷰]
우리의 안전과 자국의 인공위성에 위협이 되는 우주 쓰레기가 어디 있는지부터 알아내는 기술이 가장 중요한데요. 현재는 미국은 지구 궤도에 있는 2만여 개의 우주물체에 대한 궤도정보를 공개하고 있습니다. 하지만 우주 쓰레기의 추락위험이나 충돌위험 등을 경고하기에는 턱없이 부족합니다.
그래서 미국도 Space Fence라는 고성능레이다를 완성해서 올해부터 운영할 계획인데요. 이 레이다는 성능이 저궤도에서 2~3cm의 우주물체를 탐지하고 추적할 수 있는 성능이라고 하니까 앞으로 무궁무진하게 위치를 알 수 있겠죠.

우리나라도 한국천문연구원을 통해 우주 위험 대응의 기본적인 인프라인 우주 감시 레이다를 확보하려고 노력을 하고 있는데요, 하지만 아직 기초연구만을 수행하는 단계이기는 합니다.

[앵커]
앞서 우주 쓰레기가 안 나오는 것이 최선의 방법이라고 말씀하셨는데, 어떤 방법이 나오고 있나요?

[인터뷰]
결과적으로, 지속가능한 우주 환경을 위해서는 장기적으로 궤도에 남아있는 우주 쓰레기를 제거해야겠지만, 중·단기적으로는 우주 쓰레기 경감 조치를 시작해서, 궤도 위의 우주 쓰레기를 없애는 것보다는 앞으로 발생하는 것들을 줄여나가는 일들을 해야 하고요. 그렇게 되면 이제 우주개발국들이 우주 쓰레기에 대한 문제를 인지하고, 임무 후처리 방식을 통해 우주 쓰레기를 줄이기 위한 노력하는 것이 해결 방법의 가장 중요한 시작점이라고 할 수 있겠습니다.

[앵커]
오늘 말씀 감사합니다.
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