2021년 11월 15일, 국제우주정거장(International Space Station, ISS)에서는 7명의 우주비행사들이 계획된 연구를 하고 있었다. 이날 NASA 본부로부터 그들에게 ‘우주 쓰레기가 ISS에 충돌할 위험이 있으므로, 전원은 ISS에 연결된 외부 안전 공간으로 이동하여 피신할 것’을 경고해왔다.
비행사들은 일하던 작업실에서 나와 ISS의 출입문(hatch)을 잠그고, 외부에 연결된 안전 공간으로 피신하여 공포 속에서 위험이 지나가기를 기다렸다. 다행하게도 우주 파편은 충돌하지 않았다. 이런 위기가 닥쳤던 이유는, 러시아가 방치한 오래된 우주 쓰레기 때문이었다.
러시아는 1980년대에 대형 우주선을 하나를 발사했다. 유감스럽게도 이 우주선은 무중력 공간에서 폭발 사고를 일으켜 산산조각이 났다. 지상의 망원경으로 볼 수 있는 파편(破片)만 해도 1,500개가 넘었고, 보이지 않는 작은 것은 수십만 개나 되었다. 그중에 다수는 지구로 떨어져 대기층에서 타버렸지만, 어떤 것은 지금까지 떠돌고 있었던 것이다.
우주를 떠도는 쓰레기가 국제우주정거장(ISS)과 충돌하는 상황이 일어난다면, 우주정거장 주변은 상상의 영상처럼 수십만 개의 크고 작은 부스러기가 가득한 쓰레기장이 될 것이다.
국제우주정거장은 오늘도 93분마다 1차례씩 지구 주위를 돌고 있다. ISS에게 닥친 이날의 충돌 위험은 처음이 아니고 마지막도 아니다. 위기를 맞았던 당시, 우주비행사들은 ISS 바깥으로 나가 선외작업을 하기로 되어 있었다. 그러나 이 소동으로 이 일은 취소되었다.
우주 파편과의 충돌 위험은 2021년 11월 3일에도 있었다. 이때는 다른 위성의 쓰레기 조각이 접근하고 있었고, 이를 피하느라 ISS는 비행 궤도를 바꾸어야 했다. 이런 위기는 ISS에게만 찾아오는 것이 아니었다. 당시 궤도에 있던 중국의 3인승 우주정거장도 이 파편 때문에 우주선 궤도를 수정해야 했다.
충돌 사고가 나면?
우주선 바깥에 나가 선외작업을 하다가 보호 장갑, 드라이버, 볼트, 너트를 실수로 놓치면, 그것들은 우주선이 진행하는 속도와 방향으로 그대로 운동을 계속하게 된다. 이들은 그때부터 다른 위성과 부딪히게 될 가능성이 있는 우주의 쓰레기가 된다. 2021년 5월에는 ISS의 로봇팔이 이런 파편과 충돌하여 직경 0.5cm의 구멍이 뚫린 일이 있었다.
NASA는 1990년에 허블 우주망원경을 설치하고 지금까지 잘 사용하고 있다. 그러나 지난 30년 동안 허블망원경의 장비를 보수하거나 개선하기 위해 우주비행사들이 몇 차례나 찾아갔다. 그때마다 비행사들은 허블망원경 선체 외부에 충돌한 작은 파편들의 자국을 발견할 수 있었다. 여러 흔적들을 면밀히 검사한 과학자들은 우주 공간에서 일어날 수 있는 충돌 사고와 관련된 중요한 데이터를 얻을 수 있었다.
우주 공간에 쓰레기가 부지기수(不知其數)라는 것은 잘 알려진 사실이다. 어떤 것은 초속 8km로, 또는 10km로 우주 공간을 이동하고 있다. 초속 10km는 총알보다 적어도 10배 빠른 속도이다. 한 과학자의 계산에 의하면, “만일 구술 크기의 쓰레기가 초속 10km로 우주선과 충돌한다면, 그것은 볼링 공이 시속 483km 속도로 돌격해오는 것과 비슷할 것이다.”라고 했다.
미시건 대학의 천문학자 세이쳐(Pat Seitzer)와 영국 워윅 대학의 우주선 설계 전문가 폴라코(Don Pollcco) 교수는 망원경과 컴퓨터를 활용하여 우주 쓰레기들을 감시하는 연구자이다. 그들은 “우주 쓰레기와의 충돌 위험은 점점 증가하고 있으며, 이에 대비하지 않으면 우주의 재앙과 직면하게 된다.”라고 말한다.
유럽우주기구(ESA)가 망원경과 레이더로 조사한 보고에 의하면, “2021년 말 현재 우주에는 10cm보다 큰 파편이 36,500개, 직경이 1-10cm 이하인 것은 1,000,000개, 더 작은 것은 헤아릴 수 없이 있을 것이다.”라고 한다.
구소련이 <스푸트니크>를 발사한 때는 1957년 10월 4일이었다. 이때로부터 군사위성을 비롯하여 기상위성, 통신위성 등이 궤도로 갔다. ESA의 조사에 의하면, 2022년 초까지 모두 약 12,000개의 위성이 올라갔는데, 그중 7,630개는 지금도 궤도에 있고, 그중 4,800개는 정상적으로 임무를 수행하고 있다고 한다.
이런 위성들은 ISS를 포함하여 대부분 지상 1,000km 정도의 낮은 궤도에 있다. 우주 쓰레기 중에 규모가 큰 것은 발사체(로켓)의 잔해, 수명을 다한 위성, 발사에 실패한 위성들이다. ESA가 2002년에 발사한 기상위성은 10일 만에 고장이 났고, 앞으로 100년 동안 궤도를 떠돌 것이라 한다. 2007년에는 중국의 기상위성이 파손되면서 3,500개의 파편을 흩어놓았고, 2009년에는 러시아의 위성이 미국의 통신위성과 충돌하여 수많은 쓰레기를 만들었다.
ISS 선체 표면에 생긴 상처이다. 우주 쓰레기가 만든 것인지 아니면 작은 운석 때문인지 확인되지 않았다.
우주 청소는 어떻게 할 것인가?
미국 국방성의 우주 감시망은 망원경과 레이더로 우주 파편들을 추적하고 있는데, 그중에 2,5000개는 큰 쓰레기이다. NASA의 분석에 의하면, 이런 파편이 ISS와 충돌할 위험이 10,000분의 1 이상 있다고 한다.
유명한 스페이스X사는 낮은 궤도에 수천 개의 위성을 올려두고 지구상 어디서나 휴대전화가 가능하도록 하는 <Starlink> 계획을 순조롭게 진행하고 있다. 또한 런던에 본부를 둔 국제 우주통신 민간회사인 원웹(OneWeb)은 앞으로 300,000개의 위성을 1,200km 상공에 올려두고 보다 확실하게 통신이 이루어지도록 하는 계획을 추진하고 있다.
이러한 계획들이 실현되면, 아무리 조심스럽게 충돌이 일어나지 않는 궤도로 위성을 발사한다 해도, 우주 공간에는 1km 거리마다 1개의 위성이 놓이게 되므로, 충돌 사고는 증가할 것이다.
중국은 2007년 이후 대형 쓰레기를 자주 만들고 있다. 최근에는 달 표면에 그들의 달 탐험선 로켓 잔해가 충돌하기도 했다. 더구나 중국은 길이가 1km나 되는 초거대 우주선을 건설할 계획도 발표하고 있다. 우주는 무인 위성만 아니라 대규모 우주정거장이나 우주 군사기지도 다수 건설되어야 할 곳이다. 따라서 우주 충돌은 군사적으로도 중요한 문제이다. 이런 우주 사고를 최대한 방지하려면, 작은 쓰레기 조각까지 찾아내는 첨단 장치로 그들의 궤도와 상태를 끊임없이 추적해야 하고, 위험이 발견되면 그것들을 사전에 안전하게 청소하는 기술을 발전시켜야 한다.
대서양의 아센션 섬에 있는 이 망원경은 고도(高度)에 따른 우주의 파편들을 추적하고 있다.
오늘에 와서, 우주 쓰레기에 대한 정보를 알려주는 민간회사가 등장하고 있다. 일본의 아스트로스케일(Astroscale) 사는 강력한 자력을 가진 ‘자석 우주선’을 보내어 쓰레기들을 걷어오는 우주선 실험을 2020년부터 실시하고 있다. 캘리포니아에 있는 Motive Space System이라는 회사에서는 고장 나거나 수명을 다한 위성들과 쓰레기들을 로봇 우주선으로 회수해 와서, 그것들을 재활용하는 방법을 연구하고 있다. 아무리 우주 쓰레기를 잘 청소한다고 해도, 수많은 위성들이 별빛을 가리는 동시에 관측에 혼란을 주기 때문에 천문학자들의 걱정은 사라지지 않는다. – YS
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