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지구 위협하는 우주 쓰레기… 매년 100t씩 하늘서 떨어진다

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2018년 04월 03일 08:51 프린트하기

중국의 우주정거장 ‘톈궁(天宮) 1호’가 남태평양 상공 대기권에 재진입하며 연소하는 모습. - 독일 프라운호퍼 고주파물리학레이더기술연구소 제공
중국의 우주정거장 ‘톈궁(天宮) 1호’가 남태평양 상공 대기권에 재진입하며 연소하는 모습. - 독일 프라운호퍼 고주파물리학레이더기술연구소 제공

지구로 추락하던 중국의 우주정거장 ‘톈궁(天宮) 1호’의 잔해가 2일 오전 9시 16분경 남태평양 중앙부 해상에 흩어져 떨어졌다. 중국유인우주국(CMSA)에 따르면, 톈궁 1호는 대기권 재(再)진입 과정에서 대기와의 마찰에 의해 대부분 소실됐지만 티타늄, 스테인리스 등 일부 연소되지 않은 파편들이 바다에 떨어진 것으로 확인됐다. 만에 하나 지상으로 떨어졌다면 자칫 인명피해로도 충분히 이어질 수 있는 상황이었다.


세계적으로 이목을 모았던 톈궁 1호 추락은 별다른 피해를 내지 않고 일단락됐지만 지구 궤도를 떠돌고 있는 우주쓰레기 위협은 날로 심각해지고 있다.
 
한국천문연구원 우주위험감시센터에 따르면, 1957년 이후 지난해 말까지 지구 궤도로 쏘아 올린 인공위성 7900여 개 중 현재까지 운용 중인 위성은 1900여 개다. 나머지는 퇴역하거나 부서진 채 궤도를 돌고 있거나 추락했다. 위성을 쏘아 올린 뒤 버려진 발사체들도 상당수가 지구 궤도를 따라 돌고 있다.
 

지구 궤도를 돌고 있는 우주쓰레기의 상상도. - 위키미디어
지구 궤도를 돌고 있는 우주쓰레기의 상상도. - 위키미디어

우주쓰레기는 포화 상태로 치닫고 있다. 위성, 발사체 같은 인공물체가 서로 부딪혀 더 작은 파편을 계속 양산하고 있기 때문이다. 유럽우주국(ESA)에 따르면 지난해 1월 기준으로 지름 1㎜~1㎝의 우주쓰레기는 총 1억6600만 개에 이른다. 부딪혔을 때 인공위성에 구멍을 내는 등의 피해를 입힐 수 있는 지름 1~10㎝의 우주쓰레기는 75만 개, 지름 10㎝ 초과인 우주쓰레기는 2만9000개다.

 

이 파편들은 고도 500㎞를 기준으로 평균 시속 2만8000㎞(초속 7.8㎞)의 속도로 날아간다. 지름이 1㎝인 파편에 부딪히기만 해도 위성은 1.5t 트럭에 시속 70㎞로 부딪히는 것과 같은 충격을 받는다. 조중현 천문연 우주위험감시센터장은 “군인이 사용하는 소총 총알 속도의 8배”라며 “우주쓰레기에 맞아 구멍이 뚫리거나 고장이 나면서 지구로 떨어지는 위성도 있다”고 말했다.

 

최근 10년간 대기권 재진입 과정에서 전소되지 않고 지구 표면에 떨어진 1t 이상의 인공우주물체는 연평균 420여 개, 모두 합쳐 100t에 이른다. 85t의 톈궁 1호처럼 상대적으로 큰 물체는 보통 전소되지 못하고 남은 10~40%가 지구 표면으로 떨어진다. 이렇게 최근 50여 년간 대기권 재진입 과정에서 연소되지 않고 지구 표면에 떨어진 인공우주물체 파편의 총 질량은 약 5400t으로 추정된다.

 

자료: 한국천문연구원
자료: 한국천문연구원

우주쓰레기가 사람에게 떨어진 적은 단 한 번이다. 1997년 미국 ‘델타’ 로켓에서 약 15㎝ 길이 파편이 미국 오클라호마주 털사에서 걷고 있던 한 여성의 어깨에 떨어졌는데, 부상으로 이어지지는 않았다. 2009년 과학기술잡지 ‘와이어드’의 분석에 따르면 당시 파편이 가벼운 데다 바람을 거슬러 날아오느라 속력이 느려 충격이 약했던 것으로 추정됐다. 하지만 최근에는 ‘팰컨9’ ‘팰컨헤비’ 같은 재사용로켓 사용과 소형 위성·발사체 증가 추세로 인공물체가 더 자주, 더 많이 지구 궤도로 올라가 안심할 수 없다는 지적이 나온다.

 

우주쓰레기 문제는 국제적 분쟁으로 이어지기도 한다. 1977년 핵연료를 탑재한 옛 소련의 핵추진 위성 ‘코스모스 954호’가 캐나다 그레이트슬레이브 호숫가에 추락하면서 캐나다는 대대적인 제염 작업을 벌여야만 했다. 이에 대한 대가로 캐나다는 당시 600만 캐나다 달러를 소련에 청구했고, 양국간 협상을 거쳐 300만 달러를 받았다.

 

2013년에는 러시아의 과학실험용 인공위성 ‘블리츠(BLITS)’가 2007년 폐기된 중국의 기상관측위성 ‘펑윈 1호’의 잔해와 부딪혀 파손되면서 궤도를 이탈했다. 펑윈 1호는 퇴역 후 중국이 위성공격무기(ASAT)의 요격실험 대상으로 사용됐던 위성이다. 당시 미사일에 맞아 산산조각 난 위성 파편 3000여 개가 지구 궤도를 돌다 블리츠와 부딪힌 것이다. 2009년에는 시베리아 상공에서 미국의 민간통신위성 ‘이리듐 33호’와 러시아의 군사통신위성 ‘코스모스 2251’이 충돌해 1500여 개의 파편이 발생하기도 했다.
 
때문에 비탈리 아두슈킨 러시아과학아카데미 지구역학연구소 교수는 2016년 1월 국제학술지 ‘악타 아스트로노티카’에 발표한 우주쓰레기 분석 논문에서 “우주쓰레기와 위성 간의 충돌 사고는 관련 국가들의 보복 공격을 불러 세계대전을 일으킬 수 있다”고 경고하기도 했다. 각국은 지구저궤도(LEO)에 쏘아 올린 위성을 25년 내로 퇴역, 회수하도록 하는 ‘25년 규칙’을 만들었지만 법적인 강제성이 없어 대부분 지켜지지 않고 있다.
 

유럽우주국(ESA)이 제안한 우주쓰레기 제거 방안 중 하나로 그물을 펼쳐 지구 궤도를 도는 우주쓰레기를 수거한다. 에어버스는 이달 3일 기술검증을 위한 초소형 청소위성 ‘리무브디브리(RemoveDebris)’를 발사했다.
유럽우주국(ESA)이 제안한 우주쓰레기 제거 방안 중 하나로 그물을 펼쳐 지구 궤도를 도는 우주쓰레기를 수거한다. 에어버스는 이달 3일 기술검증을 위한 초소형 청소위성 ‘리무브디브리(RemoveDebris)’를 발사했다. - ESA 제공

우주쓰레기 청소위성 개발도 늘고 있다. 유럽 에어버스는 ESA의 ‘클린 스페이스 이니셔티브’의 일환으로 올해 말 1m 길이 작살로 우주쓰레기를 찍어내는 ‘스페이스 정크 하푼’을 발사할 예정이다. 2012년 본체의 기계적 결함으로 통제불능 상태가 된 지구관측위성 ‘엔비샛’을 지구 대기권으로 끌고 와 연소시킨다는 계획이다. 에어버스는 이달 3일 그물을 탑재한 초소형 청소위성 ‘리무브디브리’도 발사했다. 일본 민간우주개발 업체인 아스트로스케일은 자석을 이용해 우주쓰레기를 끌어오는 청소위성을 2020년 발사할 예정이다. 한국항공우주연구원은 2020년 발사를 목표로 우주쓰레기를 수거하는 청소위성을 개발하고 있다.
 
한편 우주쓰레기의 추적과 위험 대응, 수거에는 국제적인 공조가 필수적이다. 이번 톈궁 1호 추락 때도 미국과 일본, 한국, 영국, 호주, 캐나다, 프랑스, 독일, 이탈리아 등 9개국은 함께 톈궁 1호의 추락 경로를 확인했다. 한국천문연구원은 향후 우주쓰레기를 보다 정밀하게 추적할 수 있는 ‘레이더’ 관측 장비를 도입하는 방안을 고려 중이다.

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