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매일 아침해가 떠오르면 맑고 푸른 하늘이 시야에 들어오고 우리는 하루를 시작합니다. 구름 한 점 없는 맑은 하늘은 한 점의 먼지 없이 깨끗한 것처럼 보입니다. 하지만 해가 지고 밤이 되면 하늘에는 하나둘 반짝이는 점들이 보이기 시작합니다.

우리는 그 반짝이는 점들이 모두 행성이라고 생각하기 쉽습니다. 깜깜한 밤하늘 속 빛나는 작은 점들은 대부분 비슷하게 보이기 때문이죠.

하지만 이 가운데 목성이나 토성처럼 태양의 빛을 반사하는 행성도 존재합니다. 그리고 가끔씩 다른 별들보다 빠르게 움직이는 것처럼 보이는 점들도 존재합니다. 바로 지구 궤도에 떠있는 인공위성입니다.

"미래 이야기가 아닙니다" 이미 치열한 우주개발경쟁

2002년 설립된 미국 민간 우주개발회사 스페이스X는 천문학적인 비용이 들어가는 로켓발사의 추진체를 재사용하는 기술을 개발했고 발사비용을 대폭 줄이는 데 성공했습니다.

이를 계기로 이 회사는 로켓 발사를 보다 자주 시도했고 지구 궤도에 물자, 인공위성 그리고 사람까지 실어 나르고 있습니다. 9월 기준, 로켓 발사 횟수는 125차례에 달했습니다. 또 지구 저궤도에 수만 개의 위성을 배치해 지구 어디서든 인터넷을 할 수 있는 '스타링크'를 구축하고 있습니다.

현재 약 2천여기가 지구 궤도에 배치됐습니다. 심지어 지난 15일엔 민간인 4명을 지상 575km 우주로 쏘아올렸고, 사흘간 지구 궤도를 선회하다 착륙에 성공했습니다.

세계 각국도 군사·과학적 등 다양한 목적으로 인공위성을 발사하고 있습니다. 지난 2019년 10월 러시아 연방 우주국 '로스코스모스'의 자료에 따르면 인공위성 운용 국가는 러시아, 미국, 중국 일본, 프랑스, 인도, 영국, 독일, 캐나다, 이탈리아, 한국, 벨기에 순 입니다.

우리나라는 지난 2013년 1월 30일 나로호 발사에 성공했고 오는 10월 21일 항공우주산업(KAI)가 주관해 총조립한 누리호가 발사될 예정입니다. 또 내년 상반기에는 차세대중형위성 2호도 발사될 계획입니다.

경쟁적으로 인공위성이 쏘아올려지면서 지구 궤도에는 점점 위성이 쌓여가고 있습니다. 이는 발사체가 궤도에 있는 위성과 충돌할 가능성이 점차 높아지고 있다는 말이 됩니다.

인공위성들은 각기 임무에 따라 고유의 공전궤도를 가지고 있습니다. 각자의 궤도대로 움직이고 있기 때문에 서로 충돌하지 않고 운용되고 있지만, 지상에서 지속적으로 쏘아올리게 되면 공전하는 위성들이 늘어나게 됩니다. 결국 복잡한 궤도 운영이 진행되다 충돌 사고까지 발생할 수 있습니다.

인공위성은 영구적으로 만들어진 것이 아니어서 수명이 있습니다. 내재된 연료 또는 배터리의 작동 횟수에 따라 결정되지만 최근 개발된 중대형 정지궤도 위성은 약 12~20년, 저궤도 위성의 경우 3~7년 정도 입니다.

할당된 목표를 끝낸 기기들은 기능을 정지하고 대기권으로 진입해 산화됩니다. 하지만 과거에 발사된 소형 인공위성들은 자가 소멸 기능이 탑재되지 않아 기능 정지 후 궤도를 떠도는 우주 쓰레기가 됩니다.

이 잔해물들은 지구 궤도를 총알 속도보다 빠른 시간당 수천 킬로미터의 속도로 공전하면서 다른 인공위성 또는 우주인들에게 위협을 가하고 있습니다.

지난 1월 발표된 '우주 파편 감시 보고서'에 따르면 약 9천여톤의 우주 쓰레기가 지구 저궤도에서 날아다니고 있습니다. 쓰레기의 크기에 따라서 갯수도 비례하게 늘어났습니다. 지금 10cm 이상의 파편은 2만 6천여개, 1cm 정도 크기의 파편은 50만개 이상, 더 작은 1mm 크기의 파편은 1억개가 넘는 것으로 추정됩니다.

우주쓰레기는 이미 위험수준 '케슬러 증후군' 현실 될까

지난 3월 30일 스페이스X의 스타링크 위성과 원웹 위성은 우주 공간에서 서로 충돌할뻔했던 상황이 발생했습니다.

이에 앞서 같은달 25일 러시아 소유즈 로켓에 실려 우주 궤도에 오른 원웹 위성은 미국 우주군으로부터 스타링크 위성과 충돌 가능성을 경고하는 '적색경보'를 받았습니다. 스타링크의 궤도보다 높은 고도에 배치되는 과정에서 위성망 사이를 지나가게 된 것입니다.

이에 원웹 위성은 스타링크 팀에 안전거리 확보 방안을 협의 후 회피 기동을 통해 아슬아슬하게 지나갔습니다. 이때 두 위성은 약 58m까지 가까워졌다고 합니다.

각국이나 기관에서 지속적으로 인공위성을 쏘아올리지만 모든 발사가 성공하는 것은 아닙니다. 궤도 진입에 실패한 위성은 추락하거나 우주공간을 떠돌게 됩니다.

지난 1978년 미국 나사 소속의 과학자 도널드 케슬러는 배회하는 인공위성 또는 잔해들이 지구 궤도를 배회하면서 다른 인공위성과 충돌 후 또다시 연쇄적으로 다른 인공위성들과 충돌한다는 시나리오를 발표했는데 이것이 '케슬러 증후군' 입니다.

이 시나리오는 지난 1996년 프랑스의 정찰위성과 유럽우주국의 아리안 1호의 잔해와 충돌하면서 더 이상 가설 속의 이야기가 아니게 됐습니다.

실제로 지난 5월 캐나다 우주국은 국제우주정거장에 설치된 로봇팔 '캐나담2'를 점검하던 도중 로봇팔에 작은 구멍이 생긴 것을 확인했습니다. 작은 크기의 우주 쓰레기와 충돌해 발생한 것입니다.

우주 쓰레기 문제 해결을 위한 실험은 진행중…

우주 쓰레기의 규모가 점차 늘어나자 전세계적으로 이를 줄이기 위한 다양한 시도가 진행되고 있습니다.

일본 스타트업 민간 궤도 파편 제거 회사 '아스트로스케일'은 자사 개발 우주 쓰레기 수거위성 'ELSA-d'를 개발해 지난 4월 카자흐스탄에서 발사했습니다. 이 위성은 몸체 전면에 설치된 자석의 자력으로 미세한 우주 쓰레기를 포획하거나 큰 동체에 도킹한 후 대기권에 진입해 소각시키는 것을 목표로 테스트 중에 있습니다.

또다른 일본 스타트업 '에일'은 일본우주항공연구개발기구(JAXA)와 함께 전도성 끈을 이용해 파편을 위성 궤도에서 이탈시키는 우주청소 기업을 개발중입니다.

영국 위성전문업체 '서리 새털라이트 테크놀로지'는 지난 2018년 위성 '리무브데브리스'에 설치된 작살과 그물로 벽돌정도 크기의 우주쓰레기 수거에 성공했습니다.

각국 기관이나 민간기업에서도 우주 쓰레기 처리에 관심을 가지게 되면서 시장도 빠르게 성장하고 있습니다. 시장조사업체 마켓리서치퓨처는 우주 쓰레기와 관련된 사업이 지속적으로 성장해 2025년에는 28억 달러(약 3조 1200억 원) 규모에 달할 것으로 전망했습니다.

우주 쓰레기는 극히 일부 선택된 사람들만 로켓을 타고 체험하는 현실 속에서 매우 생소한 문제일 수 있습니다. 하지만 우리가 사용하는 사회속 다양한 기술들은 우주 산업의 눈부신 발전을 통해 이뤄졌습니다.

위성사진과 통신, 사람이 생활하는 우주정거장이 있는만큼 시간이 지날수록 우주라는 개념은 우리에게 더욱 가까이 다가올 것입니다. 더 발전하고 더 가까이 다가올 미래를 위해 우주 쓰레기는 지구촌 모두가 관심을 갖고 해결해야 할 숙제가 됐습니다.