[폐기물 관리] 우주 공간의 혼잡ㅡ올라간 것은 반드시 내려와야 하는가?
- Robert R. Selle
- 4월 20일
- 6분 분량
지구를 둘러싼 쓰레기들, 안전과 환경 문제를 유발한다
*로버트 셀(Robert Selle)
밤하늘을 바라보면 멀리 떨어진 수천 개 별의 평화로운 반짝임이 펼쳐진다. 하지만 어둠 속에서 보이지 않는 것은 사람들의 머리 위 수백 마일 상공에서 서서히 증가하는 우주 쓰레기 더미이다.
수십 년 동안 수십 개 국가가 통신, 항법, 기상관측, 과학 연구 등 다양한 목적으로 지구 궤도에 위성을 발사해 왔다. 그러나 이러한 장비가 수명을 다하면 많은 위성이 지구 주위를 계속 도는 쓰레기가 된다. 이렇게 오래된 로켓 단계, 죽은 위성, 심지어 충돌로 인한 작은 파편까지 늘어나면서 지상 약 100마일에서 660마일에 이르는 지구 저궤도(LEO)에서 심각한 문제가 발생하고 있다.
미국 우주항공국(NASA)의 궤도 잔해 프로그램은 직경이 10cm(4인치) 이상인 3만 개 이상의 대형 LEO 물체를 추적한다. 하지만 이보다 훨씬 더 많은 물체가 존재한다. 1cm(0.4인치)에서 10cm 사이의 물체는 약 50만 개, 1mm(0.04인치)보다 큰 물체의 수는 1억 개를 넘을 것으로 추정된다. 이러한 물체는 최대 초당 7.8km(시간당2만8000km, 17,500마일)의 속도로 이동하기 때문에 작은 충격에도 우주선에 심각한 손상을 입힐 수 있다. 우주에서 윙윙거리는 0.5인치 페인트 조각은 지구에서 시속 60마일(약 96km)로 이동하는 550파운드(약 249kg) 물체와 동일한 충격을 가할 것으로 추정된다.
세기가 바뀐 이후 91개국이 저궤도 위성을 발사했다. 그 전에는 선두에 선 미국, 러시아, 중국 등이 포함된 14개 국가만이 위성을 발사했다.
불길한 미래
지구 저궤도지역의 광활한 우주 공간에 비하면 파편 물체의 양은 매우 적다. 그럼에도 불구하고 이러한 물체의 수와 위험한 속도로 인해 케슬러 신드롬(효과)으로 알려진 연쇄 반응의 가능성에 대한 우려가 커지고 있다. 1978년 NASA 과학자 도널드 케슬러가 제안한 이 시나리오는 저궤도 물체의 수가 증가함에 따라 파편 간의 충돌이 더 빈번해져 더 많은 파편이 생성될 수 있음을 시사한다. 이러한 새로운 파편은 추가 충돌 가능성을 높여 잠재적으로 특정 궤도 지역을 몇 세대 동안 사용할 수 없게 만드는 기하학적 확장 효과로 이어질 수 있다.
케슬러는 2019년 동영상에서 "최악의 시나리오는 [더 이상] 우주에 의존하는 것이 비용 효율적이지 않을 만큼의 쓰레기를 만들어내는 것"이라면서 "지금은 시간이 오래 걸릴 수 있다. 하지만 돌이킬 수 없는 과정이기 때문에 이러한 충돌로 인한 잔해가 청소할 수 있는 속도보다 더 빨리 생성되는 특정 임계값에 도달하면 상황은 계속 악화될 것이다."라고 경고했다.
이러한 “스페이스 혼잡”은 현재와 미래의 위성 운용을 위협할 뿐만 아니라 지구에 상상할 수 없는 환경 문제를 야기한다. 기상 관측부터 GPS(위성 위치 확인 시스템) 내비게이션에 이르기까지 모든 분야에서 위성 서비스에 대한 인류의 의존도가 높아지면서 궤도 폐기물 처리장 문제 해결의 시급성이 강조되고 있다.
NASA의 궤도 잔해 프로그램 사무소와 유럽우주국(ESA)의 우주 잔해 사무소는 운영 중인 위성과 국제우주정거장의 안전을 보장하기 위해 LEO 지역을 지속적으로 스캔하고 있다. 이는 위성 파손 및 폭발물 충돌과 같은 우발적인 파편과 미국, 중국, 러시아의 위성요격 미사일 실험과 같은 의도적인 파괴로 인해 파편이 꾸준히 증가하고 있는 상황을 고려한 조치이다.
ESA 우주 안전 프로그램 사무소의 책임자인 홀거 크라크 박사는 "현재와 같은 방식으로 우주 활동을 계속한다면 50년 또는 100년 후에 재앙을 겪게 될 것"이라고 말한다. 유엔우주사무국(UNOOSA)도 우주 쓰레기를 우주 활동의 장기적인 지속가능성을 위한 중요한 문제로 인식하고 있다.
우주 쓰레기 정리
증가하는 위협을 인식한 다양한 기관에서 우주 쓰레기 처리 또는 제거를 위한 기술과 전략을 적극적으로 개발하고 있다. 몇몇 혁신적인 기업들이 이러한 노력의 선두에 서 있다.
그러한 회사 중 하나가 팰러딘 스페이스이다. 이 회사가 제안한 접근 방식은 우주 쓰레기를 ‘삼키는’ 트리톤(Triton)이라는 특수 위성 탑재체(페이로드)를 사용하는 것이다. 이 트리톤 위성은 준대형 쓰레기(1~10cm 범위)와 만나를 접근하여 이를 포획한 다음 지구 대기권에서 안전하게 연소되도록 궤도를 이탈시키거나 작동 중인 우주선 지구 저궤도(LEO)에서 멀리 떨어진 폐기장 궤도로 옮기도록 설계되었다. 또한 트리톤은 궤도 내 잔해물의 특성을 분석하고 재활용까지 가능하게 해준다. "팰러딘 스페이스의 팀은 쓰레기를 활용할 가치가 있는 미래 자원으로 보고 쓰레기에 대한 관점의 변화를 주도하고 있다."고 팰러딘 스페이스의 CEO인 해리슨 박스는 <지구와 나(The Earth & I)>와의 이메일 교환에서 말했다.
팰러딘 스페이스의 주요 메커니즘은 아직 개발 및 테스트 단계에 있으므로 위성의 성공적인 배치와 운영, 다양한 파편 모양과 크기를 안전하고 효율적으로 보호하는 능력에 따라 회사의 노력의 효과가 달라질 것이다.
또 다른 흥미로운 개념은 일본 회사인 오비털 레이저스(Orbital Lasers)에서 나온 것이다. 이 회사의 접근 방식은 지상 기반 또는 우주 기반의 강력한 레이저를 사용하여 작은 파편 조각을 부드럽게 밀어내는 것이다. 레이저 빔을 파편 물체에 정확하게 조준하면 레이저 에너지가 소량의 추력을 생성하여 물체의 궤적을 서서히 변화시켜 결국 대기권에 재진입하여 연소되도록 할 수 있다. 궤도 레이저의 주요 메커니즘은 비접촉 방식으로, 작지만 여전히 위험한 수많은 파편을 처리하는 것을 목표로 한다. 이 방법의 효과는 레이저의 정확도, 출력, 수많은 물체를 효율적으로 추적하고 조준할 수 있는 능력에 달려 있다.
그러나 2021년 캘리포니아 공과대학의 클로이 왕은 "현재 레이저 제거는 다른 많은 우주 쓰레기 제거 제안과 마찬가지로 가설에 불과하다"면서 "지금까지 우주 쓰레기 제거를 위해 승인된 임무는 소수에 불과하며, 일반적으로 큰 쓰레기 조각을 제거하거나 미래 위성의 유실을 방지하는 데 초점을 맞추고 있다."고 말한다.
우주 정리 비용이 너무 비쌀까?
우주 폐기물을 제거하는 것이 수년 또는 수십 년에 걸쳐 막대한 비용을 지불할 만한 가치가 있는지에 대한 의문이 생긴다.
"파편 충돌로 인한 잠재적 비용의 관점에서 '비용 효율성'을 논할 수 있다."고 박스 CEO는 말한다. "한 번의 충돌로 여러 위성이 파괴되고 궤도에 있는 우주비행사의 생명을 위협할 수 있으므로 이를 막기 위해 잔해를 제거하는 데 드는 비용은 '값지다’고 할 수 있다."고 설명한다. “현재는 궤도에 이 쓰레기를 다른 용도로 재활용할 수 있는 인프라가 충분하지 않기 때문에 쓰레기를 발견한 후 대기권에서 소각하고 있지만, 이 분야는 빠르게 발전하고 있으니 계속 지켜봐 주기 바란다!"
정부 기관의 조치
개별 기업뿐만 아니라 정부 기관과 국제기구도 행동을 취하고 있다. ESA의 클린 스페이스 이니셔티브는 우주 쓰레기를 예방하고 제거하는 기술 개발을 적극 지원하고 있다. 이들은 수명이 다한 위성의 궤도 이탈 과정을 가속화할 수 있는 작살과 풍선형 드래그 돛 등 다양한 개념을 연구하고 있다. ESA의 우주 안전 웹사이트에 따르면 "쓰레기 없는 미래를 실현하기 위해 ESA는 우주 기술이 궤도 환경에 미치는 영향을 지속적으로 연구하고, 현재 존재하지 않지만 책임감 있고 지속 가능한 우주 이용을 위해 필요한 기술 개발을 지원할 것"이라고 한다.
정책적인 측면에서도 미국은 우주 쓰레기를 처리하는 것이 중요하다는 것을 인식하고 있다. 2023년 하원이 입법한 궤도 지속가능성 법은 우주 쓰레기와 관련된 위험을 관리하고 완화하기 위한 프레임워크를 구축하는 것을 목표로 한다. 이 법은 2018년 트럼프 행정부의 우주 정책 지침 3과 2023년 바이든 행정부의 새로운 우주 활동의 초점과 같은 이전 지침과 함께 국가 지도자들 사이에서 우주에서의 책임 있는 행동의 필요성에 대한 인식이 커지고 있음을 보여준다. 이러한 정책은 새로운 쓰레기 발생을 최소화하기 위해 국제 협력, 데이터 공유, 위성 설계 및 운영 모범 사례 개발의 중요성을 강조하는 경우가 많다.
또한 알래스카의 닉 베기치 하원의원은 2025년 2월에 국가 안보를 위한 우주 쓰레기의 우려에 대해 연설했다: "또한 페어뱅크스 근처의 클리어 우주군 기지는 우주 상황 인식과 미사일 방어에 있어 중추적인 역할을 한다. 이 시설은 궤도에 있는 물체를 추적하여 미국의 중요한 인프라를 위험에 빠뜨릴 수 있는 잠재적 위협과 우주 쓰레기를 경계하는 데 매우 중요하다. 이러한 노력은 미국의 국익을 보호하고 우주에서 선도적인 입지를 유지하는 데 필수적이다."
우주 쓰레기의 환경 영향 가능성
우주 쓰레기의 즉각적인 위협은 궤도 자산에 대한 것이지만, 궁극적으로 지구로 귀환하는 것과 관련된 환경 문제도 커지고 있다. 대부분의 쓰레기는 마찰로 인해 대기권에서 연소된다. 그러나 일부 재진입 물체의 부피와 크기가 커지면서 지구에 미치는 잠재적 영향에 대한 의문이 제기되고 있다.
한 가지 우려되는 점은 대기 질이다. 2023년에 발표된 연구에 따르면 쓰레기가 타면서 기화된 금속과 기타 화학물질을 포함한 다양한 물질이 대기 상층으로 방출된다고 한다. 이러한 인공 입자의 지속적인 유입이 대기 구성과 화학에 미치는 장기적인 영향은 아직 완전히 이해되지 않았으며 추가 연구가 필요하다.
가장 많이 논의되는 환경 문제는 오존층에 미치는 잠재적 영향일 것이다. 인공위성과 로켓 본체에 일반적으로 사용되는 일부 물질에는 대기 상층에서 분해될 경우 오존층 파괴에 기여할 수 있는 물질(예: 알루미늄 산화물)이 포함되어 있다. 우주 쓰레기의 양이 증가함에 따라 이러한 재진입이 연약한 오존층에 미치는 누적적인 영향은 신중한 모니터링과 평가가 필요하다.
2022년 조지 워싱턴 대학교 엘리엇 국제문제대학원 우주정책연구소의 로라 래틀리프 박사는 "연구자들은 거대 위성(예: 일론 머스크의 스타링크 위성 시스템)이 LEO를 오염시킬 가능성에 대한 우려를 제기해 왔지만, 다양한 탄소 화합물의 일상적인 연소와 금속 성분의 에어로졸화로 인한 대기 오염 가능성을 고려하지 않고 죽은 위성의 궤도 이탈을 대부분 받아들였다."고 지적했다.
우주: 글로벌 커먼스
대기는 전 세계가 공유하는 자원이며, 그 구성이나 구조에 중대한 변화가 생기면 기후 패턴, 기상 시스템, 심지어 인간의 건강에도 광범위한 영향을 미칠 수 있다. 오늘날 우주 쓰레기의 잠재적인 환경 영향을 무시하면 미래 세대에게 예기치 못한 해로운 결과를 초래할 수 있다.
우주 쓰레기의 문제는 심각하지만, 이를 해결하기 위한 인식의 확산과 혁신적인 노력은 희망의 빛을 비추고 있다. 쓰레기를 포집하고 궤도에서 제거하는 기술이 발전하고 국제 정책이 강화됨에 따라 인류는 궤도 환경이 더욱 안전하고 지속 가능한 미래를 기대할 수 있다.
이러한 진전은 현대 생활의 많은 부분을 뒷받침하는 중요한 우주 기반 인프라를 보호할 뿐만 아니라, 우주 탐사의 장기적인 실행 가능성을 보장하고 지구 너머에 있는 광활한 잠재력을 실현하는 데에도 매우 중요하다. 지구 저궤도 지역의 정화를 위한 여정은 이제 막 시작되었지만, 별들 사이에서 인류의 미래를 보장하기 위해 반드시 거쳐야 할 길이다.
◇ 로버트 셀은 메릴랜드주 보위에 거주하는 프리랜서 작가 겸 편집자이다.
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