(시사저널=김형자 과학칼럼니스트)
그야말로 마른하늘에 날벼락이었다. 10월18일 호주에서 벌어진 일이다. 하늘에서 갑자기 불타는 물체가 서부 지역 뉴먼 인근 필바라 사막에 뚝 떨어졌다. 당시 광부들이 이 의문의 물체를 발견해 소방 당국에 신고했다. 소방 당국이 호주 우주국·경찰 등과 함께 합동조사를 벌인 결과, 해당 물체는 지난 9월말 중국이 발사한 로켓의 일부일 가능성이 제기됐다. 호주 플린더스대학교 우주 고고학자 앨리스 고먼은 이 물체가 지구 궤도를 한동안 돌다가 갑자기 추락한 것이라고 전했다.
2024년 3월엔 미국 플로리다주 바다이야기사이트 네이플스의 주민 알레한드로 오테로의 자택에 국제우주정거장에서 나온 배터리 부품 우주 쓰레기가 추락해 지붕을 비롯한 주택 일부가 파손되는 사고가 일어났다. 다행히 인명 피해는 없었지만 오테로와 가족들은 미국 항공우주국(NASA)을 상대로 손해배상소송을 제기했다.
보통 우주 쓰레기는 지구 표면이 대부분 물이어서 대개 바다로 떨어진다. 호주 사 알라딘릴게임 건처럼 우주 쓰레기가 지상에서 불타는 상태로 발견되는 일은 상당히 드문 현상이다. 로켓·우주선을 제작할 때 혹시라도 지구에 재진입할 경우 대기에서 마찰열로 쉽게 타버릴 수 있는 재료를 써 지상에까지 도달하지 못하도록 설계하기 때문이다. 하지만 스테인리스나 티타늄 합금, 탄소섬유는 녹는점이 매우 높아 간혹 불타는 상태로 지상에 떨어지기도 한다.?
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ⓒChatGPT 생성이미지


총알보다 10배 빠른 속도로 날아다녀
이번 호주 사건을 계기로 인류를 위협하는 우주 쓰레기 문제가 다시 대두되고 있다. 지구 저궤도(지상에서 고도 2000km까지 구간) 중 900~ 바다이야기무료 1000km 구간과 1500km 구간은 이미 임계 밀도를 돌파했을 정도다. 유럽우주국(ESA)에 따르면, 2022년 12월 기준 지금까지 인류가 우주로 쏘아올린 로켓 수는 6340개, 지구 궤도에 있는 인공위성은 1만4710개에 이른다. 이 중 실제로 임무를 수행하는 인공위성은 6900개에 불과하다. 나머지는 모두 쓰레기인 셈이다.
우주 바다이야기오리지널 쓰레기가 발생하는 주원인은 수명을 다한 인공위성의 폭발 때문이다. 인공위성에서 태양을 향하고 있는 면의 온도는 영상 120도, 그늘 쪽은 영하 180도에 달한다. 평소 인공위성은 통닭처럼 빙글빙글 돌거나 냉각수 파이프를 이용해 온도를 골고루 분산시키는데, 인공위성이 수명을 다해 가동을 멈추면 양쪽 면의 극심한 온도 차로 깨져버리고, 배터리나 남아있는 추진체가 폭발하게 된다. 우주 쓰레기의 40%가량을 차지하는 파편들이 여기서 발생한다.
문제는 파편들의 놀라운 속도다. 우주 쓰레기는 총알보다 10배 빠른 초속 10km 정도로 날아다닌다. 원래 인공위성은 초속 7~8km로 지구 주변을 돈다. 지구의 중력에 못 이겨 대기권으로 빨려 들어가지 않으려면 이 정도 속도로 비행해야 한다. 그런데 인공위성이 폭발하면 이때 발생하는 힘을 받아 파편들의 운동 속도가 인공위성보다 더 빨라지게 된다.?
이렇듯 엄청난 속도로 우주 쓰레기들끼리 부딪혀 계속 쪼개지다 보면 셀 수 없이 많은 파편이 만들어진다. 우주 쓰레기는 지름 10cm 이상 물체, 1~10cm, 1cm 이하로 구분한다. ESA에 따르면 2021년 기준 10cm 이상 쓰레기는 3만6500개, 1cm 이상은 100만 개, 1cm 이하는 1억3000만 개나 된다. 대도시 못지않은 교통 혼잡이다. 현 추세대로라면 2030년에는 지금의 3배에 가까운 우주 쓰레기가 지구 궤도를 돌 것이라고 한다.?
우주에 파편 수가 기하급수적으로 늘어나면 자칫 충돌이 연쇄적으로 일어나는 '도미노 현상'이 생길지도 모른다. 파편들에 또 다른 인공위성이나 우주정거장, 우주비행사가 맞기라도 한다면 치명적인 우주 교통사고를 유발할 수 있다. 포화상태의 우주 쓰레기 문제, 과연 어떻게 해결할 수 있을까.
미국·러시아·일본 등 우주 선진국은 2010년부터 우주 쓰레기 처리 연구를 본격화했다. 수명이 다한 인공위성을 지구로 다시 가져오거나, 로봇팔 등을 이용해 쓰레기를 잡은 뒤 지구 대기권으로 떨어뜨려 불태우는 방식 등이다. 하지만 아직은 기술 성숙도가 낮다.?



2023년 7월17일 호주 그린헤드 해변에 자동차 크기의 원통형 물체가 하늘에서 떨어졌다. ⓒAP 연합


AI로 우주 쓰레기 감시·관리하는 기술 연구
현재까지 나온 기술 중 하나는 '그물망' 사용법이다. 미국의 우주기업 '테터스 언리미티드'가 이 기술을 선보였다. 위성에 2.4km의 전기역학 사슬을 장착해, 위성이 수명을 다하면 사슬이 전개되고 여기에 우주 쓰레기가 닿으면 그물을 펼쳐 포획하는 방식이다. 우주선에 해를 끼치는 아주 작은 쓰레기도 잡을 수 있다. 이후 쓰레기와 함께 대기권으로 돌입, 장렬히 산화한다. 하지만 수km 길이 사슬이 우주 쓰레기가 될 수도 있어 운용하기가 까다롭다. 현재 NASA의 그물 타당성 실험이 끝나 청소에 투입될 수 있을 전망이다.
로봇팔 사용법도 있다. 이 분야 선두는 일본 기업 '아스트로스케일'이다. 2021년 민간기업으로는 처음으로 로봇팔에 자석이 설치된 청소용 위성 '엘사-d'를 발사했다. 강한 자력으로 우주 쓰레기를 끌어모은 뒤 지구 대기권으로 진입해 같이 불타 없어지는 게 핵심이다.
중국 또한 청소 위성 '스젠 21호'를 발사해 2022년 1월말 위성항법시스템인 '베어더우-2 G2'(BeiDou-2 G2)를 견인해 고도 300km 궤도에 버리는 데 성공했다. 위성에 달린 센서가 목표물의 형태·속도·회전 등을 파악하면 위성이 목표물 가까이 접근해 문어발처럼 생긴 로봇팔로 잡아끌어 지구 대기권으로 밀어낸다. 중국의 베어더우-2 G2는 2009년 발사됐지만 이후 시스템 고장으로 우주 쓰레기가 돼 10년 넘게 우주를 떠도는 신세였다.
작살 장치를 응용한 방법도 있다. 2018년 영국 서레이대 우주센터 연구팀은 2019년 위성에서 1.5m 길이 작살로 우주 쓰레기를 맞혀 제거하는 실험에 성공했다. 고분자 소재의 작살을 장착한 위성을 우주 쓰레기 근처로 보낸 뒤 작살을 쓰레기에 쏘아 궤도에서 이탈시키는 방식이다. 다만 작살 청소법은 연료탱크 등 다른 요소까지 파손할 위험이 있어 상용화에 어려움을 겪고 있다.
가장 흥미로운 방법은 '레이저를 사용한 요격' 기술이다. 현재 NASA는 레이더로 우주 쓰레기의 정확한 위치와 경로를 추적한 다음, 사거리 안에 들어오면 요격 레이저로 쓰레기를 맞혀 대기권으로 떨어뜨려 태우는 시험을 진행 중이다. 이 방법은 우주 무기로 개발될 위험이 있어 논란의 소지가 크다.
최근엔 AI를 이용해 우주 쓰레기를 감시하고 관리하는 기술도 활발히 연구되고 있다. 이미 생긴 우주 쓰레기를 완전히 없애기란 거의 불가능하다. 지금은 조금씩이라도 우주 쓰레기를 청소해 충돌 사고를 없애는 게 최선책이다.?



김형자 과학칼럼니스트