"인류 위협하는 흉기"…총알보다 7배 초속 7km로 날아오는 우주 쓰레기 - 매일경제

[사이언스 라운지] 최근 인기를 끌고 있는 영화 '승리호'는 '우주 청소부'들이 주인공이다. 우주 청소부지만 우주 쓰레기 '사냥꾼'에 가깝다. 이들은 우주선으로 지구 궤도 주변을 빠르게 돌고 있는 고장 난 인공위성과 로켓 파편 등 잔해물을 수거하고, 이를 재활용 센터에 가져다주고 '고철값'을 받는다. 우주 쓰레기가 영화에 등장한 것은 '승리호'가 처음이 아니다.영화 '그래비티'에서도 우주 망원경을 수리하던 우주인이 우주 쓰레기에 부딪혀 '우주 미아'가 된다.

우주 쓰레기는 지구상의 쓰레기처럼 멈춰 있지 않다. 그래서 위험하다. 우주 쓰레기의 평균 속도는 총알보다 7배 이상 빠른 초속 7㎞다. 아무리 작은 파편도 속도가 붙으면 위성과 우주정거장, 우주선을 부술 수 있는 무기가 된다. 특히 반대편에서 날아온 우주선에 부딪힐 때 충돌 속도는 더 빠르다. 지름 약 1㎝짜리 우주 쓰레기가 초속 10㎞로 날아와 부딪힐 경우 대형 위성도 절반 이상 부서진다. 1996년 프랑스 인공위성 세리즈는 로켓 잔해에 부딪혀 운영이 중단됐다. 우주 쓰레기로 인한 첫 인공위성 피해다. 유인우주선이 이러한 우주 쓰레기에 부딪힌다면 인명 피해가 생길 수도 있다.

우주 쓰레기가 늘어나면서 미래에는 인류가 우주를 탐사할 수 없을 뿐 아니라 위성조차 쏠 수 없을 것이라는 최악의 시나리오도 나왔다. 1978년 미국 항공우주국(NASA) 소속 과학자 도널드 케슬러 박사는 우주 쓰레기가 다른 위성에 충돌하면 또 다른 우주 쓰레기가 생성되고, 이들이 연쇄반응을 일으켜 궤도 전체가 우주 쓰레기로 뒤덮일 수 있다는 '케슬러 증후군' 이론도 내놨다. 이러한 우려는 일부 현실이 될 수 있다. 영국 주간지 이코노미스트에 따르면 최근 3년간 인공위성이 우주 쓰레기와 충돌한 횟수는 이전 대비 2배 이상 늘었다.

우주 쓰레기는 지구에 거주 중인 인류를 위협할 수도 있다. 1979년에는 미국의 첫 우주정거장 '스카이랩'이 수명을 다하고 지구로 떨어졌다. 무게 80t, 길이 27m에 달하는 스카이랩은 추락하는 과정에 대부분 소실됐지만 완전히 불타지 않은 일부분이 호주에 떨어졌다. 스카이랩처럼 인류가 사용했던 우주정거장이나 위성 잔해물들이 수명이 다한 후 궤도를 돌다가 조금씩 지구의 중력에 이끌려 지구로 떨어질 가능성은 항상 열려 있다. 추락하는 우주 잔해물들은 고도 80㎞ 인근에서 대기권과 만나는데, 이때 추락 속도는 시속 2만5000㎞에 달한다. 엄청난 속도에 따른 마찰열 때문에 대기권 진입 과정에서 인공 우주 물체 대부분이 전소된다. 다만 녹는점이 높은 부품 등을 포함해 일부는 소실되지 않고 지구 표면으로 추락한다.

NASA에 따르면 2021년 현재 지구 궤도에 크기 10㎝짜리 우주 쓰레기는 2만3000여 개에 달한다. 10㎝ 미만인 우주 쓰레기는 50만개, 지름 1㎜ 이상인 초미세 우주 쓰레기는 1억개가 넘는다.

문제를 해결하기 위해 전 세계에서 우주 쓰레기를 처리하기 위한 진짜 '승리호'들이 나서고 있다. 가장 먼저 청소에 나서는 곳은 유럽이다. 유럽연합의 유럽우주국은 스위스 우주 청소부 '클리어 스페이스'사에 우주 청소를 맡겼다. 이들은 2025년 4개 로봇 팔이 장착된 포획 우주선을 쏘아올려 우주 쓰레기를 붙잡아 대기권으로 진입한다. 가장 첫 번째 목표물은 2013년부터 지구 궤도에 남겨져 있는 위성 발사체 '베스파'다. 포획 우주선에 장착된 인공지능(AI) 카메라를 통해 먼저 우주 쓰레기를 찾고, 4개 로봇 팔을 활용해 이 쓰레기를 주운 후 대기권으로 끌고 내려와 우주 쓰레기를 태워버리는 방식이다. 이를 수차례 반복해 우주 쓰레기 약 100㎏을 처리한다. 여기에 드는 비용은 한국 돈으로 약 1200억원에 달한다.

그물과 작살을 통해 우주 쓰레기를 수거하는 방법도 나왔다. 2018년 유럽의 항공기 제조사 에어버스와 영국 서리대 연구진은 작살 모양 도구로 폐인공위성을 회수하는 청소 위성 '리무브데브리스'를 쏘아올려 실제 우주 쓰레기를 포획하는 실험을 했다. 이들은 우주상에 있는 '우주 쓰레기 모형'을 그물로 감싸는 데 성공했다. 하지만 이 그물 자체가 청소 위성에 고정되어 있지 않았기 때문에 목표물이 궤도를 이탈하게끔 하는 데는 성공하지 못했다. 이후 이들은 작살로 우주 쓰레기를 포획하는 방법에 주력하고 있다. 티타늄으로 만든 작살을 쏘아올려 목표한 우주 쓰레기를 잡은 후 대기권으로 끌고 와 태워 없애버리는 방식이다. 로봇 팔보다 작살을 활용하는 것이 더 쉬운 방법이 될 수 있다는 게 에어버스 측 생각이다.

일본 우주 청소부 '아스트로스케일'은 거대 자석을 실은 위성을 띄워 금속 성분 우주 쓰레기를 수거해 대기권에서 태운다. 우주 정거장이나 위성을 운영하는 국가나 기업 등에서 주문을 받아 우주 '길'을 청소하고 이를 통해 수익을 낸다는 구상이다.

일본 위성통신 회사인 스카이 퍼펙트 JSAT는 2026년 실용화를 목표로 레이저를 이용해 우주 쓰레기를 청소하는 위성을 개발하고있다. 수십 m 이상 떨어진 곳에서 레이저를 쏘아 우주 쓰레기 표면을 기화(氣化)시키는 방법으로 원하는 곳에 이동시킨 뒤 대기권 진입을 유도해 태우는 방식으로 처리한다. 이를 통해 약 100㎏ 무게의 우주쓰레기를 처리할 수 있을 것이라고 회사 측은 설명했다.

러시아 우주 스타트업(초기 벤처기업) 스타트로켓은 '폼 브레이커스 캐처(Foam Breakes Catcher)'라는 기술을 이용해 우주 쓰레기를 수거하는 위성을 개발 중이다. 이르면 2023년 발사를 목표로 하는 원통형 위성은 50㎏로, 우주 쓰레기들이 모여 있는 곳에 끈적끈적한 폴리머 거품(폴리머폼)을 방출해 여기에 쓰레기 파편들이 붙게 한 후 이들을 지구 대기권으로 떨어뜨려 마찰열로 태우는 방식을 활용한다. 작살과 그물을 활용한 방식보다 가격이 저렴하다는 게 강점으로 꼽힌다. 이 회사는 큐브샛(초소형 인공위성)들을 하늘로 발사해 '초대형 광고판'을 별자리처럼 만드는 프로젝트도 추진 중이다.

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