우주시대가 시작된 1957년 이전까지, 외계로부터 지구로 떨어지는 물체는 운석, 소행성 및 혜성의 부스러기뿐이었다. 그러나 오늘날에는 다수의 인공위성이나 발사체의 파편(破片)들이 ‘우주 쓰레기’(space junk, orbital debris)가 되어 대기층을 뚫고 지상까지 떨어지는 일이 빈번(頻繁)해졌다. 대부분의 우주 파편들은 대기층을 지나오는 동안 마찰열에 의해 증발하거나 먼지가 되어버리지만, 일부 큰 것은 지상까지 떨어졌다. 다행하게도 지금까지 그런 낙하물이 지상의 건물이나 인명에 피해를 준 적은 없었다.
큰 우주선이나 작은 위성 그리고 이들을 발사할 로켓을 설계할 때는 그들이 임무를 다했거나 제어(制御)에 실패했을 때, 대기권에 진입하면서 공기와의 마찰로 전부 타버릴 수 있는 규모로 만들도록 한다. 만일 그것이 불가능할 때는 인명이나 생태계에 피해를 주지 않도록 바다에 떨어지도록 유도한다.
중국 우주 로켓 파편 아라비아 반도에 추락
중국은 ‘하늘의 궁전’을 뜻하는 천궁(天宮 Tiangong)이라는 우주정거장을 독자적으로 건설할 계획을 1992년부터 추진했다. 우주정거장은 규모가 크기 때문에 몇 개의 작은 모듈(module)을 결합하여 만든다. 그들은 2011년부터 천궁 1호, 천궁 2호, 천궁 3호를 만들어 활용했다. 그러던 2016년, 천궁 1호에 고장이 발생하여 제어가 불가능해졌고, 결국 8톤 무게의 우주정거장은 2018년 4월에 대기권으로 진입하여 잔해들이 태평양에 떨어졌다.
중국은 2021년 5월 6일, 새로운 우주정거장 ‘천화'(天和 Tianhe)을 건설할 목적으로 ‘장정(長程) 5B’라 명명한 대형 로켓에 ‘신주'(神舟)라 불리는 T자 모양의 모듈을 실어 발사했다. 어떤 이유인지 임무를 끝낸 장정 5B의 제어가 불가능해졌다. 결국 거대한 로켓의 일부(무게 약 22.5톤, 길이 31m, 지름 5m)는 지구 주변을 선회하다가 대기권으로 진입 지구상에 낙하하게 되었다.
지금까지 우주에서 발생한 우주 쓰레기 중에 가장 큰 이 로켓은 며칠 동안 세계의 뉴스가 되었고, 다행하게도 5월 9일에 아라비아 반도 어딘가에 잔해들이 쏟아졌다. 미국 우주사령부의 발표에 의하면, 낙하지점이 해상인지 육상인지 아직 모른다고 발표했다.
T자 모양의 우주 모듈 신주(神舟)이다.
중국이 새로 추진하는 우주정거장 천화의 모델. 오른쪽에 신주가 도킹해 있다. 계획에 의하면, 2022년 말까지 11차례에 걸쳐 모듈(신주)과 부품을 실어날라 천화를 완성할 계획이다.
중국은 2021년 4월 28일, 거대한 2단 위성 발사체 ‘장정 5B’에 우주선 ‘신주’를 실어 발사했다. 신주를 궤도까지 추진시킨 장정 5B는 지구로 낙하 중에 궤도를 알 수 없게 되었다. 로켓의 잔해 무게는 22.5톤이었고, 280km 상공에서 대기권으로 진입한 것이다. 장정 5B 발사체(로켓)는 2020년 5월에도 지구로 진입할 때 통제불능이 되어 그 파편 일부가 아프리카 코트디부아르 공화국의 시가지에 떨어진 적이 있다.
천궁1호는 길이 10.4m, 폭 3.4m, 무게 9톤이었다. 2011년 9월 29일에 발사된 천궁1호는 2년 동안 임무를 수행했으나, 2016년 3월부터 제어할 수 없게 되었다. 사진은 6톤 무게의 천궁 파편 하나가 미국 서부 상공에서 화구(火球)가 되어 낙하하는 모습이다.
중국이 여러 개의 모듈을 결합시켜 만들고 있는 새로운 우주정거장 ‘천화’의 전체 무게는 66톤이고 길이는 16.6m, 폭은 4.2m이다. 천화는 적어도 10년간 운용(運用)할 계획이라고 전한다.
우주개발 역사 속의 대형 파편들
우주로 나가는 우주선과 로켓이 대형화됨에 따라 ‘우주 파편’의 위험도가 확대되고 있다. 지구로 귀환하는 우주선을 통제할 수 없게 되면, 언제 어디에 떨어질 것인지 예측하지 못한다. 이럴 경우 낙하지점을 결정하는 것은 낙하물의 운동 상태와 지구의 중력, 그리고 태양풍이다. 태양풍의 힘은 미약하지만 우주선의 운동에 영향을 준다. 다음은 지나온 우주개발 역사에서 지상에 떨어진 대표적인 낙하물들의 기록이다.
NASA가 1965년에 궤도에 올린 위성 페가수스(Pegasus 2)는 무게가 11.6톤이었다. 그의 임무는 대기권으로 떨어지는 미소 운석(micrometerors)의 상황과 그 양을 측정하는 것이었다. 3년간의 관측이 끝난 후, 페가수스는 11년 동안 지구 궤도를 더 돌다가 차츰 대기권에 접근하여 1979년 11월 3일, 그들의 부스러기가 긴 불빛을 쏟으면서 대서양에 낙하했다. 피해는 없었다.
우주정거장(space station)은 우주인들이 장기간 머물 수 있도록 만든 대규모 우주선이다. 이런 우주정거장은 스스로 지구로 귀환하지 못하는 구조로 되어 있다. 구소련은 1971년에 살류트 1호 우주정거장을 올려보냈다. 살류트 1호는 이후 175일 동안 지구를 거의 3,000회 선회한 뒤에 수명을 다하고 그 파편들이 태평양에 떨어졌다.
이어 발사된 살류트 2호는 불운하게 고장이 발생하여 3인의 승무원이 희생되었고, 우주정거장도 활용할 수 없게 되었다. 구소련은 이후 살류트 3호, 4호, 5호를 발사하면서 ‘살류트 프로그램’을 개선해갔다. 1977년에 행한 살류트 6호 실험 때는 승무원이 185일 동안 우주선에 머물러, 당시까지 최장기 우주 체류(滯留) 기록을 세우기도 했다.
1982년에 설치된 살류트 7호는 1991년까지 9년 동안 우주에 머물렀고, 그동안 6명의 승무원이 교대로 우주정거장에서 생활했다. 살류트 우주정거장은 길이가 16m, 폭 4.15m, 총 무게는 22톤이었다. 1991년, 구소련은 새로 만든 ‘코스모스 1686’ 우주선(무게 같은 22톤)을 살류트 7호와 도킹시켰다. 그 직후, 거대해진 우주정거장 ‘살류트7-코스모스1696’은 더 이상 기능을 하지 못하고 대기권으로 추락하여 아르헨티나 상공에 파편들을 쏟았다. 이때도 인명피해는 없었다.
1977년, 구소련은 미국의 핵잠수함을 추적할 목적으로 원자력으로 움직이는 무인 스파이위성 ‘코스모스954’를 궤도에 올렸다. 코스모스954는 1978년 1월 24일, 지구로 재진입할 때, 조종 실패로 추락하게 되었다. 방사성 물질이 포함된 그의 부스러기들은 캐나다 북서쪽 무인 지역에 흩어졌다. 이 사건으로 캐나다 정부는 구소련에 600만 달러의 배상금(賠償金)을 청구했고, 구소련은 3백만 달러를 지불했다. 사진은 지상에 떨어진 위성의 안테나 일부이다.
2003년 2월 1일에는 7명의 우주비행사가 승선한 NASA의 우주왕복선 콜롬비아호가 16일간의 비행을 끝내고 케네디 우주센터로 귀환하는 도중에 폭발하는 비극이 발생했다. 이때 100톤의 파편들이 쏟아졌다. 다행히 낙하물에 의한 피해는 없었다. 사진은 폭발원인을 밝히기 위해 당시 지상에 떨어진 파편들을 수거하여 정위치에 놓아둔 모습이다.
2013년 11월 10일에는 유럽우주기구의 GOCE 우주선이 임무를 끝내고 지구로 떨어졌다. GOCE는 지구 전면(全面)에 대한 중력의 강도를 측정하는 위성이었다. 그것의 길이는 5.3m, 무게는 약 1톤이었다. 이런 크기의 우주 스레기는 수시로 발생하고 있다.
1991년 9월, NASA는 ‘지구 상층부 기상관측 위성'(UARS)을 우주왕복선에 실어 궤도에 올려놓았다. 이 대규모 기상관측선은 2005년에 임무를 완수했고, 그때부터 제어불능 상태로 떠돌다가 2011년 대기권으로 낙하했다. UARS는 태양에서 오는 가시광선과 자외선의 파장과 강도를 측정했다. 이 위성의 규모는 길이 4.5m, 무게 6.5톤이었다.
NASA가 1973년에 궤도에 설치한 스카일랩 우주정거장(Skylab Space Station)은 무게가 85톤에 이르는 대형 우주정거장이었으며, 3명의 승무원이 장기적으로 연구활동을 했다. 스카일랩의 수명은 10년 정도로 예상했다. 그러나 강력한 태양활동 때문에 6년만인 1979년에 더 이상 역할을 할 수 없게 되었다. 1979년 7월 11일, 스카일랩은 오스트레일리아 서쪽 인도양에 떨어졌다. 이때 상당 부분의 파편들이 대기권에서 미처 타지 않은 상태였다.
구소련은 1976년부터 ‘미르(Mir: 뜻 평화) 우주정거장’ 계획을 시작했다. 무게가 135톤인 미르는 이후 15년 동안 운행하면서 많은 우주실험을 했다. 성과 중에는 우주비행사가 400일이나 체류(滯留)한 기록도 세웠다. 미르 우주정거장에는 NASA의 우주비행사들까지 들어가 머물기도 했다.
미르 우주정거장은 미국이 주도한 국제우주정거장의 모델이 되기도 했다. 스쿨버스 6개를 붙인 규모의 미르는 예정된 임무를 마치고 2001년 3월 3일 제어된 상태로 태평양에서 회수되었다.
우주 쓰레기가 발생하면, 그것의 이동 궤도를 발표하면서 언제 어디에 떨어지게 될 것인지 예보하여 피해를 줄이도록 한다. 그러나 중국의 우주활동은 구체적으로 알려지지 않는다. 이번 낙하 사고 때는 세계의 여러 관계기관을 비롯하여 공군, 우주군 등에서 파편의 행방을 확인하려고 노력했다. 동시에 아마추어 천체관측가들 중 일부도 망원경을 통해 파편을 찾으려고 했지만 성공하지 못한 것으로 짐작된다. – YS
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