※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1877호(2018. 12. 19. 발행)에 기고한 원고입니다.


▶ IITP에서 PDF 포맷으로 퍼블리싱한 파일을 첨부합니다. 가독성이 좋으니 참고하시기 바랍니다.

쌓여가는 우주 쓰레기, 지구 저궤도를 뒤덮을 정도로 급증할 가능성.pdf



달 기지와 화성 이주 등 지구 밖 행성에서 살아갈 미래가 회자되지만, 실은 지금까지 벌여 놓은 우주 탐사 때문에 앞으로 우주가 가는 것이 불가능해질 것이란 우려가 제기되었음


독일의 유명한 과학 분야 유튜버 쿠르츠작트(Kurzgesagt)는 현재 지구 주변에 우주 쓰레기가 가득 차 있으며, 이것들이 문제를 일으키면 인공위성과 GPS에 의존하는 우리의 삶이 단번에 1970년대로 회귀할 가능성이 있다고 주장



쿠르츠작트에 따르면 우주에는 로켓이나 망가진 위성의 파편 등 우주 잔해(space debris)’가 존재하는데, 그 수가 해마다 증가하고 있음


게다가 이 우주 잔해들은 최대 시속 3만 킬로미터로 지구 주위를 돌며 정상적으로 작동 중인 위성 등과 부딪히며 새로운 우주 쓰레기들을 만들어 내는데, 파괴의 연쇄가 발생하면 대다수 인공위성들이 파괴되어 기능이 정지될 위험이 있음


2018년 현재 이 우주 잔해들의 수는 약 18천 개로 추정되는데, 여기서 계속 늘어 지구를 둘러쌀 정도가 되면 로켓이 지구 궤도 밖으로 나가는 것 자체가 불가능해 지금 논의 중인 행성 이주 계획 등은 아예 불가능하게 될 수도 있음


오래 되어 고장 난 위성, 연료 로켓의 잔해 등에서 주로 우주 쓰레기가 발생하는데, 현재 지구 주위에는 작동하지 않는 인공위성이 2,600개가 있다고 함


지상에서 우주로 나가려면 우선 빠른 속도로 로켓을 밀어 올려 대기권을 벗어나야 하며, 일단 대기권을 벗어나면 로켓은 빠른 속도를 유지하면서 가로로 누워 지구 주위를 돌게 됨


이 과정이 잘 되어야 지구의 저궤도에 오르게 되는데, 저궤도에 오르는 것도 쉬운 일은 아니나 일단 저궤도에 오르기만 하면 로켓이 다시 저궤도 밖으로 이동하는 일은 거의 없음


이는 지구 바로 위에서 머무를 필요가 있는 우주 정거장이나 정지 위성, 그리고 고장 수리를 해야 하는 우주인에게는 아주 고마운 일임


그렇게 오랜 시간에 걸쳐 지구 저궤도를 따라 유랑하게 되면 구조물은 조금씩 공기 저항에 의해 마모되어 가고 결국에는 파손되어 지구로 떨어지게 되는데, 그 망가진 구조물의 일부는 지구로 낙하하지 않고 저궤도에 남는 경우가 있음


로켓에서 우주 잔해가 발생하기도 하는데, 우주로 떠나는 수단이 되는 로켓은 대부분 연료를 적재한 거대한 실린더로 구성되어 있으며, 연료가 소진되면 기체를 가볍게 하기 위해 불필요해진 부분을 버리게 됨


이때 버려진 부분은 지구로 떨어지거나 대기권에 진입하며 타버리기도 하지만 대부분은 지구의 둘레의 남아 우주 공간을 감돌게 됨


이로 이유들로 인해 지난 수십 년 동안의 우주개발 결과, 지구 저궤도에는 부서진 위성이나 미사일 시험의 파편 등과 같은 우주 쓰레기들이 넘쳐나게 되었음


현재 지구 주위에 작동하지 않는 인공위성은 2,600 , 모니터보다 큰 물체는 1만 개, 사과보다 큰 물체는 2만 개, 구슬 크기의 물체는 50만 개, 추적 불가능할 정도로 작은 물체는 1억 개가 있는 것으로 알려져 있음


<자료> Kurzgesagt – In a Nutshell

[그림 1] 크기별 우주 쓰레기의 개수


개수보다 심각한 문제는 이 물체들이 매우 빠른 속도로 이동하고 있어, 콩알만 한 것들도 금속에 구멍을 내고 그 에너지가 주변에 영향을 미치는 플라즈마 대포와 같은 위력이 있다는 점


우주 잔해들은 최대 시속 3km의 속력으로 서로 교차해 가며 지구 주위를 돌고 있음


쿠르츠작트는 지금껏 수조 달러를 투자해 통신 위성, 내비게이션과 GPS용 위성, 기상 데이터용 위성, 소행성 추적 장치, 위성 레이저 측거기기 등을 쏘아 올린 우주에 이런 위험한 우주 파편들이 가득한 상황에 대해 우려를 표하고 있음


일상생활에서 우주 탐험까지 수많은 경우에 연관이 있는 이러한 장비들이 우주 쓰레기와 충돌하면 어느 날 갑자기 사용할 수 없게 되어 버릴 가능성이 있기 때문인데, 실제로 매년 3~4개의 위성이 우주 잔해와 충돌로 인해 파괴되고 있다고 함


향후 10년 동안 인공위성의 수는 지금보다 10배가량 증가할 전망인데, 우주 파편의 수 역시 10배 증가할 것으로 보이기 때문에 충돌 가능성은 100배 이상 증가할 것으로 보임


가장 두려워 할 상황은 우주 파편과 충돌에 의해 다양한 구조물이 파괴되는 연쇄 반응이 일어나고 파괴의 속도가 가속화되어 지구가 우주 잔해들로 둘러싸이게 되는 것임


2개의 구조물끼리 부딪히면서 파괴되어 나온 부품들은 빠른 속도로 우주에 흩어져가고, 흩어진 잔해에 의해 다른 인공위성이 파괴되고, 그렇게 나온 파편에 또 다른 물체가 파괴되어 마치 도미노 식으로 우주를 떠도는 물체에 의한 파괴가 연쇄적으로 발생할 수 있음


파괴된 하나의 위성에서 여러 가지 플라즈마 탄환이 만들어지고 그것이 여러 위성을 파괴하면서 또 다른 위성이 파괴를 야기하면서 전체적인 파괴 속도가 가속되어 가고 있음


처음 2~3 개의 충돌이 발생하기까지는 시간이 걸리겠지만, 인류가 연쇄 충돌이 일어난 것을 깨달았을 때에는 이미 돌이킬 수 없이 늦은 상태가 될 수도 있음


<자료> Kurzgesagt – In a Nutshell

[그림 2] 우주 진해들의 연쇄 충돌


최악의 시나리오는 시속 3 만 킬로미터의 속도로 이동의 추적이 불가능한 아주 작은 우주 잔해들로 지구가 뒤덮여 버리는 것임


이렇게 되면 지구의 저궤도를 횡단하는 것이 어려워지기 때문에, 달기지 구축이든 화성 탐사든 현재 논의되고 있는 우주 개척 계획들은 모두 좌절될 수밖에 없음


우주 개척이야 안하면 그만이지만, 정작 큰 문제는 통신과 GPS 등 우주로부터 중개되는 데이터에 의존하는 우리 삶의 대부분이 1970년대 이전으로 되돌아가야 한다는 것임


이러한 우려가 현실화되는 것을 방지하게 위해 다양한 아이디어들이 제시되고 있는데, 어떤 기술을 사용해서든 우주 잔해의 제거는 지금 당장이루어져야 할 것임


우주 잔해 제거 아이디어 중 대표적인 것은 궤도상에 있는 작은 우주 파편들을 그물로 잡아 작은 로켓을 통해 지구로 돌려 보내야하는 방안임


그물로 가져갈 수 없을 만큼 큰 물체는 테이저 건의 끝에 작살을 달아 타깃을 찔러 회수한 후 대기권에 낙하시킨다는 계획도 있음


<자료> Kurzgesagt – In a Nutshell

[그림 3] 그물을 이용한 우주 잔해 포획


또한 거대 전기 자석을 우주로 보내고 위성 내부에 포함된 자성 부품을 이용해 비행 경로를 지구의 자기장에 따라서 조종하는 방법도 제시되고 있음


그물이나 작살을 사용하는 방법은 우주 파편을 잡으려고 할 때 새로운 충돌을 만들어 잔해를 늘리는 꼴이 될 가능성이 있기 때문에, 전기 자석을 사용하는 방법이 그물이나 작살보다 더 나은 방법이라는 것임


레이저를 탑재한 위성을 발사해 작은 우주 파편을 기화시키는 방법도 있는데, 이 역시 대상에 접근할 필요가 없어 잔해를 더 발생시킬 위험은 없으며, 부피가 큰 우주 파편은 격추시킬 수는 없지만 절단한 후 위험이 없는 궤도로 이동시키는 것은 가능하다고 함


어떤 방법을 쓰든 우주 파편은 지금 바로 제거를 시작해야 하는데, 1억 개의 작은 탄환들을 방치하면 그 수는 순식간에 1조 개로 늘어날 것이어서 당장 조치를 취하지 않으면 더 먼 우주로 나아가려는 인류의 꿈은 도전해보기도 전에 기회가 사라질 것이기 때문


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