우주쓰레기, Space Debris

우주개발이후 필연적으로 발생하는 우주쓰레기(Space Debris)에 요약해 보겠습니다.

 

인류는 1957년 최초로 스푸트니크 위성을 발사한 이래 2021년까지 6,370번 우주 로켓을 발사했습니다. 지금까지 우주에 올린 인공위성만 1만5,000여 기에 이릅니다. 이 중 아직까지 작동하는 위성은 절반 정도인 7,200여 기에 불과합니다. 나머지는 작동 불능 상태로 우주 쓰레기(SpaceJunk, Space Debris)가 되었습니다. 

1. 우주쓰레기

우주쓰레기가 발생하는 주요 원인은 수명이 다한 인공위성의 폭발입니다. 인공위성이 태양을 향하고 있는 면의 온도는 영상 120도, 반대쪽인 그늘 쪽은 영하 180도에 달합니다. 평소의 인공위성은 빙글빙글 돌거나 냉각수 파이프를 이용해 온도를 골고루 분산시키는데, 인공위성이 수명을 다해 가동을 멈추면 양쪽 면의 극심한 온도 차로 인해 깨져버리고 배터리나 남아 있는 추진체가 폭발하게 됩니다. 우주쓰레기의 40%가량을 차지하는 파편들이 여기서 발생합니다.

우주쓰레기는 크게 10cm 이상의 물체, 1~10cm, 1cm 이하로 구분합니다. 지름 10cm 이상의 쓰레기는 3만6,500개(2021년 기준), 1cm 이상은 100만개, 1cm 이하로 작은 것들은 무려 1억3,000만개나 된다고 유럽우주국ESA는 밝히고 있습니다. 무게로는 1만700t에 이릅니다. 우주 쓰레기는 아무리 작아도 속도가 AK소총으로 쏜 총알의 10배(시속 2만5000km)로, 우주선이나 위성에 충돌하면 심각한 피해를 줄 수 있습니다. 미국은 길이 5cm 이상 크기의 우주 쓰레기 3만2300여 개를 잠재적 위험물로 보고 추적하고 있습니다. 

2. 관련 국가 및 기업

이미 발빠른 국가들과 기업들이 우주 쓰레기 청소 시장에 뛰어들었습니다.

현재 500개 이상의 위성을 가지고 있는 중국은 2045년까지 우주강국을 목표로 쓰레기 처리에도 박차를 가하고 있습니다. 2022년 1월 수명이 다한 인공위성을 "무덤 궤도"로 성공적으로 견인하였습니다. "무덤궤도"란 폐차장처럼 폐기된 인공위성들을 모아놓은 것으로 보통 수명이 다한 정지궤도 위성은 고도가 높은 "무덤 궤도"로 이도하여 폐기 됩니다. 고도를 강제로 낮출 경우, 연료가 많이 들어가며 다른 궤도에도 영향을 줄 수 있기 때문입니다. 

일본 역시 우주 쓰레기 제거 분야에 선두가 되기 위해 노력하고 있습니다. 일본의 스타트업 아스트로스케일은 2021년 거대 자석을 부착한 인공위성인 '엘사-d'를 발사하여 세계 최초로 잔해 제거 임무를 완료하고 2030년까지 정기적인 제거 서비스를 제공하기로 했습니다. 이 기술을 위해 약 2,600억원을 투자 받았으며, 22년 9월에는 영국 우주국과 2026년까지 미사용 위성 제거 임무를 위한 62억원짜리 계약을 맺기도 했습니다. 아스트로스케일은 영국에 자회사를 설립하여 영국과 밀접하게 협력하고 있습니다. 

스위스의 클리어스페이스는 2018년 창업 후 불과 몇달 만에 유럽우주기구(ESA)와 계약을 체결했습니다. 2025년까지 베가 로켓 잔해를 제거하는 임무로 1,185억원의 계약금을 받아냈습니다. 클리어스페이스는 로봇을 이용해 잔해를 모은 다음 대기권에서 이를 연소할 계획입니다.  

영국은 우주개발에 대해 미국, 러시아보다 늦었지만, 우주쓰레기 처리에서 만큼은 이들 국가보다 앞서겠다는 계획을 가지고 있습니다. 영국의 서리대학교는 EU의 공동 출자를 받아 2018년 '리무브데브리스'라는 이름의 청소 위성을 보냈습니다. 이 위성은 그물로 우주 쓰레기를 수거하고, 떠돌아다니는 태양전지판에 작살을 꽂아 포획하는 실험에 성공하였습니다. 

이미 위성발사 및 발사체 개발 기술을 성공적으로 보유한 대한민국도 우주 쓰레기와 관련한 개발에 박차를 가하고 있습니다. 한국항공우주연구원은 우주물체 포획용 기술과 이를 시연할 초소형 위성을 개발 중입니다. 한국항공우주연구원은 우리나라의 인공위성을 안전하게 보호하기 위한 우주 파편 충돌위험 분석 및 대응 소프트웨어(SW) 카리스마(KARISMA)를 개발한 바 있습니다.