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우리가 사는 지구상공에 우주쓰레기가 쌓여가고 있다. 대부분 인공위성 파편이나 로켓 잔해들이다. 지구 궤도를 떠돌고 있는 직경 10㎝ 이상 우주 쓰레기만 1만6000개에 이른다. 1~10cm 크기는 50만개이고, 1cm 미만은 1천만개에 달한다. 이들의 평균 이동속도는 초당 약 8km로 대단히 빠르다. 따라서 우주왕복선이 작은 파편에라도 부딪치면 끔찍한 대형사고가 일어난다. 실제로 국제우주정거장(ISS)과 미국의 우주왕복선 디스커버리호가 15㎝ 크기의 우주쓰레기 때문에 궤도를 수정한 적이 있다. 지금까지 이 같은 궤도수정 사례가 10여 차례나 된다. 우주인들의 생명을 위협하는 실로 아슬아슬한 상황이다. 또 2009년 2월에는 미국의 ‘이리듐 33 위성’이 러시아의 폐기된 ‘코스모스 2251 위성’과 충돌해 2000 조각으로 깨지면서 5500만 달러(약 618억원) 상당의 재산 피해를 내기도 했었다. 이들 우주쓰레기들은 지구로 추락할 가능성도 배제할 수 없다. 추락중 연소되는 경우가 대부분이겠지만 몸체가 직접 떨어지는 위험한 사태가 이미 닥치고 있다. 따라서 향후 우주선의 수가 증가하고 우주여행이 보편화 된다면 우주쓰레기는 반드시 해결해야 할 과제다. 미국과 러시아는 물론 중국∙인도마저 우주개발에 박차를 가하면서 우주쓰레기가 급증추세라는데 우려가 더 크다. 최악의 경우 NASA의 도널드 케슬러 박사가 제기한 ‘케슬러 신드롬’이 현실화할 수도 있다고 한다. 이는 우주쓰레기 파편이 인공위성이나 다른 파편과 연쇄적으로 부딪쳐 기하급수적으로 숫자가 늘어나 지구 궤도 전체를 뒤덮는 현상을 의미한다. 이에 미국, 영국, 스위스 등이 우주쓰레기 청소 프로젝트를 활발히 진행하고 있다. 스카이데일리가 우주쓰레기의 현황과 심각성 및 쓰레기 제거를 위한 첨단장비 개발현황을 두루 살펴보았다. 
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▲ 우주인이 먹다 남은 콜라병을 버리면 어찌 될까. 콜라병은 아주 작은 소행성이 되어 지구 주위를 맴돌다가 인공위성이나 우주왕복선과 부딪힐 수도 있다. 생각만 해도 아찔하다. 이런 우주 쓰레기가 현재 지구 상공에 수없이 떠다닌다.
▲ 청소위성 ‘스페이스클린원’(SpaceClean One)의 우주쓰레기 청소 원리
스위스, “‘청소위성’으로 우주쓰레기 정리한다”
스위스 과학자들이 우주쓰레기를 청소할 ‘청소위성’을 개발하고 있다고 미국 CNN이 최근 보도했다.
▲ 자료:스위스 로잔연방공단(EPFL) ⓒ스카이데일리
스위스 로잔연방공대(EPFL)가 1100만달러(약 120억원)를 투입, 청소위성 ‘스페이스클린원’을 3~5년 이내에 우주에 보낼 계획인 것으로 알려졌다.
▲ 스위스는 ‘스페이스클린원’(SpaceClean One)을 3~5년 이내에 우주(지구궤도)에 보낼 계획이다.
스위스 우주센터의 볼카 게스는 “역사상 첫 번째 청소위성이 될 것”이라며 “지구 주위의 수많은 우주쓰레기를 환경파괴 없이 제거할 수 있다”고 밝혔다.
그는 이어 “이 계획으로 우리는 새로운 시장을 개척해 나갈 것”이라며 “2009년과 2010년 발사된 스위스 위성 2개의 쓰레기를 포획하는 것이 첫 번째 임무”라고 설명했다.
그렇다면 우주쓰레기가 무엇일까.
백과사전에 의하면 ‘수명을 다한 인공위성 로켓의 상단 부분, 로켓과 인공위성을 분리할 때 발생하는 파편들’이라고 정의하고 있다.
현재 전문가들의 추정에 의하면 10cm 이상의 우주쓰레기는 1만6000개, 1∼10cm는 50만개, 1cm 미만은 천만개 이상으로 지구 궤도상에서 떠돌고 있다.
영국의 서리(Surrey) 대학도 청소위성인 무게 3kg의 초소형 인공위성 ‘나노 위성’을 개발하고 있다. 이는 우주쓰레기인 수명을 다한 인공위성이나 우주잔해물에 달라붙어 나노위성으로 인한 무게로 지상으로 추락시켜 공기 마찰로 불에 타게끔 하자는 원리다.
스위스 ‘스페이스클린원’ 이외 다양한 방안 강구
뉴욕타임스(NYT)는 “스페이스클린원 이외에도 대형 우주쓰레기를 처리할 다양한 방안이 마련”되고 있다고 밝혔다.
▲ 미국의 항공우주제품 제조업체 ‘레이시언’은 위성 파편 등을 날려버릴 수 있는 장치를 겸비한 풍선을 띄우는 방법을 연구하고 있다.
▲ 지상에서 레이저를 쏴서 파편을 작게 부순 뒤 안전한 궤도로 우주쓰레기로 진입시키는 첨단 장비
▲ 우주 안개 분무기를 이용한 우주쓰레기 수거 방법
예를 들어 미국의 항공우주제품 제조업체 ‘레이시언’은 위성 파편 등을 날려버릴 수 있는 장치를 겸비한 풍선을 띄우는 방법을 연구하고 있다.
또 NASA는 사우스 캘리포니아의 ‘스타테크놀로지 앤드 리서치’에 190만달러를 주고 우주 파편 제거 우주선에 관련된 기술을 개발하고 있다.
이외에 그물을 이용해 다루기 힘든 우주쓰레기를 감싼 뒤 지구 대기권으로 끌어들여 마찰열로 태워 없애는 방법, 지상에서 레이저를 쏴서 파편을 작게 부순 뒤 안전한 궤도로 진입시키거나 대기권으로 끌어들여 태우는 방안 등도 현재 연구되고 있다.
▲ 그물을 이용해 우주쓰레기를 감싼 뒤 지구 대기권으로 끌어들여 마찰열로 태워 없애는 방법도 NASA에서 연구 중에 있다.
하지만 우주쓰레기 청소에는 또 다른 걸림돌이 있다. 현재 위성의 파편 등은 위성을 발사한 국가의 소유이기 때문에 반듯이 해당 국가의 동의를 얻어야만 한다.
예를 들어 만약 미국이 러시아 위성의 파편을 회수하거나 제거하겠다고 하면 러시아의 동의를 구해야만 한다. 그러나 이의 구체적인 현실화는 결코 쉽지 않아 보인다.
우주쓰레기는 최근 10년 사이에 두 배로 늘었다.
존 젠킨스 미 A&M 대학 항공우주공학과 교수는 “그레이하운드 버스만한 크기의 우주쓰레기가 미국 것만 해도 500여개”라며 “이런 쓰레기를 매년 5, 6개만 끌어내도 큰 파편들끼리 충돌한 후 다시 작은 파편끼리 연이어 충돌하는 폭포 효과를 없앨 수 있다”고 말했다.
지구 대기권 밖, 우주 상공은 지금 ‘만원’이다. 지난 1960년대 미국과 소련간의 우주경쟁이 본격 시작된 이래 세계 각국이 우주개발에 뛰어들어 현재 지구 궤도상에는 통신, GPS, 정탐용 위성과 로켓 등으로 인한 부수물 등이 가득 차 있다.
이에 NASA가 우주쓰레기를 본격적으로 처리하기 위해 발 벗고 나섰다. 일명 ‘우주 빗자루’ 프로젝트다.
미 과학연구원측은 “누군가 지구에서 우주쓰레기를 맞을 가능성은 희박하지만 파편 조각이 활동 중인 위성이나 국제 우주정거장을 방해할 가능성은 더 높아지고 있다”며 우주쓰레기의 위해성을 다시 한번 경고했다.
우주쓰레기, 초속 7.9㎞ 이상 빠른 속도 비행
▲ 중국에 추락한 우주쓰레기의 한 부분을 중국인들이 신기한 표정으로 바라보고 있다.
당시 영국 BBC방송은 이 천체가 달에 이어 지구를 도는 ‘제3의 위성’일지도 모른다고 보도해 세계인의 가슴을 한껏 부풀게 했다.
그러나 정밀조사 결과 이는 1969년 발사된 우주선 아폴로 12호의 잔해로 판명됐다.
당시 아폴로 12호를 실은 새턴V 로켓에서 분리된 3단 연료통이 오랫동안 태양 주위를 돌다가 지난해 초 지구를 도는 궤도로 돌아온 것이다. 태양을 돌던 우주쓰레기가 잠깐 지구 궤도로 들어와 ‘달’ 행세를 했던 셈이다.
한국천문연구원 문홍규 연구원은 “이 천체는 2003년 6월에 지구를 떠난 뒤 2040년 다시 지구에 충돌해 수명을 마감할 것으로 보인다”고 말했다.
우주쓰레기는 로켓에서 나왔든, 인공위성에서 나왔든 아무리 작은 우주쓰레기라도 초속 7.9㎞ 이상의 빠른 속도로 날아다닌다.
우주왕복선, 15㎝ 우주쓰레기에 궤도 수정해야
▲ 자료:스위스 로잔연방공단(EPFL) ⓒ스카이데일리
이 우주쓰레기는 우주정거장을 만들기 위해 우주유영을 하던 비행사가 실수로 놓친 작업 도구였다. 처음에는 NASA가 이를 대수롭지 않게 여겼지만 곧 우주선과 충돌할 수 있다는 가능성이 제기됐다.
만약 충돌하면 선체에 구멍이 나면서 기압이 떨어져 승무원이 목숨을 잃는 참사가 일어날 수 있다. 결국 NASA는 우주정거장의 궤도를 높이기로 했고 길이 52m, 무게 115톤의 우주정거장 궤도를 수정토록 했다.
같은 해 2월에도 우주정거장은 우주쓰레기를 피하기 위해 궤도를 바꾼 바 있다. 이렇듯 지금까지 우주왕복선은 10번이나 우주쓰레기와 부딪힐 뻔 했다.
그러나 대형 위성이나 우주정거장은 수명이 다하면 우주쓰레기로 만들지 않기 위해 지구에 떨어뜨린다. 2001년 2월 지구에 수장된 러시아의 우주정거장 ‘미르’가 대표적인 예다. 러시아는 1986년 미르를 발사해 15년 동안 지구를 돌게 한 뒤 천천히 태평양으로 떨어뜨렸다.
대형 인공위성도 수명이 다하면 지구로 떨어뜨려 바다에 수장시키거나, 대기권 속에서 공기 마찰을 통해 불태워 버린다.
현재 많은 우주전문가들은 “많은 나라들이 우주쓰레기에 대한 위험을 인지하면서도 이를 애써 외면하고 있다”고 주장한다.
이들 전문가들은 또 “향후 수십 년간 이런 논의가 성과 없이 지루하게 계속될 것”이라며 “심각한 인공위성 충돌사고가 몇 차례 더 있어야만 실천적 움직임에 가속이 붙을 수 있을 것”이고 비관적인 전망을 내 놓았다.
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