[이슈 분석] 인류의 또 다른 재앙 '우주쓰레기'...한·중·일, 기술개발 현황은?

[뉴스비전e 정윤수 기자] 우주쓰레기에 대한 문제가 점점 심각해지면서, 세계 각국의 우주쓰레이 기술 개발에 대한 소식이 들려올 때마다 과학계는 초미의 관심을 기울이고 있다. 

우주 공간을 떠도는 우주 쓰레기들은 우주 공간을 위협하는 골칫덩어리다. 이미 지구궤도에는 지름 1cm 이상 되는 우주쓰레기 50만 개가 시속 2만 8,000km의 속도로 돌고 있다. 그 중에 길이가 10cm 이상인 것만 약 2만 3,000여개에 이른다.

우주쓰레기를 모두 합친 무게는 약 6,300톤으로 1톤 트럭 6,300대가 지구 위를 돌고 있는 셈이다.

가장 오래된 우주쓰레기로 알려진 미국의 뱅가드 1호는 1958년에 발사해 현재까지 지구궤도를 떠돌고 있다. 

미항공우주국(NASA)은 이 우주쓰레기가 240년이 지난 2198년까지 지구궤도에 머물 것이라고 예측하기도 했다.

2015년 위성발사는 총 263회가 진행됐고 그 중에 237기가 정상궤도에 진입해 임무를 수행하고 있다. 언젠가 이 위성들도 수명을 다하면 지구궤도를 도는 우주쓰레기로 남을 가능성이 높다.

수명을 다한 인공위성이 많아질수록 우주쓰레기는 더욱 증가할 것이고, 우주쓰레기 간 충돌까지 발생하면 우주쓰레기 양은 기하급수적으로 늘어날 것이라는 전망이다.

또한, 우주 쓰레기들은 낮은 궤도에서 임무를 수행하는 우주선의 임무를 방해하고 막을 가능성이 있다.

국제우주파편조정위원회(IADC, Inter-agency Space Debris Coordination Committee)는 우주쓰레기 증가를 막고자, 위성 발사국을 대상으로 ‘저궤도 위성은 수명이 다할 때 쯤 고도 600km 이하로 낮춰 25년 안에 지구 대기권에 진입해 소멸되도록 할 것이며 정지궤도위성은 수명이 다할 때 더 높은 고도로 올려 보내 버린다’는 가이드라인을 마련했다.

또한 UN 산하 우주분야 상설위원회인 COPUOS(Committee On the Peaceful uses Of Outer Space)에서는 세계가 공동체 의식을 가지고 우주쓰레기에 대한 대책 마련이 필요하다는 입장을 발표하기도 했다.

따라서, 세계 각국의 기업과 연구진들은 우주쓰레기를 제거하기 위한 다양한 방법을 연구하고 있다.

한·중·일 세 나라도 이에대한 기술을 개발하는 등 우주쓰레기 문제에 적극적으로 대처하고 있다.

◆우주 파편 제조자 비난받는 중국...레이저로 우주 쓰레기 없애는 기술 개발

중국 과학자들이 거대 레이저를 사용해 우주에 떠 있는 수 많은 쓰레기들을 제거하는 기술을 개발했다.

중국 공군 공학대학 연구진이 4인치 이하 작은 우주 쓰레기를 없앨 수 있는 우주 레이저 스테이션의 모의 실험을 성공적으로 마쳤다.

이번에 공개된 우주 기반 레이저 스테이션은 2014년 처음 제안돼 개발된 것으로, 2분 동안 초당 20회 레이저를 발사해 우주 쓰레기를 태워 없애거나 방향을 바꿀 수 있다. 

연구진은 이 레이저 스테이션이 우주 쓰레기가 초래하는 위기를 완화시키는데 도움이 될 것이라고 밝혔다.

중국은 세계 최대 우주 쓰레기 생산국 중 하나로 지목되는 국가다. 중국은 2007년 자국의 고장 난 기상위성(FengYun 1C)을 향해 미사일을 발사해 파괴시켜 수천 개의 우주쓰레기가 생기는 사고를 일으키기도 했다.

이번에 개발된 기술은 크기가 큰 우주쓰레기에는 효과적이지 않지만, 활동하는 우주선을 위협하는 작은 우주 쓰레기를 제거하는 데 도움이 될 수도 있을 것이라는 평가다.

◆일본...우주쓰레기 감시 고성능 레이더 제작

일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 10㎝정도 크기의 작은 우주쓰레기를 감시할 수 있는 고성능 레이더 제작에 나선다.

JAXA는 2018년도(2018년 4월~2019년 3월)에 제작에 나설 방침으로, 방위성이 계획하는 별도의 레이더와 연계해 이르면 2023년도에 본격 운용을 시작한다. 

JAXA는 오카야마현에 설치된 현 레이더 인근에 새 레이더를 설치할 방침이다. 새 레이더는 전파 출력 및 수신감도를 크게 높이고 특수한 신호의 처리 기술도 도입해 현 레이더의 약 200배의 탐지력을 갖추게 된다. 

이렇게 되면, 저궤도에서 10㎝정도의 우주쓰레기 감시가 가능하게 된다. 저궤도에는 지구관측위성이 많이 있기 때문에, 새로운 레이더 개발로 우주쓰레기와 지구관측위성의 충돌을 방지할 수 있게 된다. 

또한, 일본 방위성은 우주 쓰레기가 인공위성에 충돌하는 것을 방지하기 위해 상시 감시하는 부대를 2022년 창설한다.

신설되는 감시 부대는 파편의 궤도 등을 분석해 파편이 위성에 접근한다고 판단되면 위성의 궤도를 수정하도록 하는 역할을 맡는다.

◆한국...우주쓰레기로부터 위성 보호하기 위한 대책 다각도로 모색

우주 개발 분야에서 후발 국가인 한국은 우주쓰레기로부터 위성을 보호하기 위한 대책을 다각도로 모색하고 있다. 

2016년 국내연구진이 초소형 위성을 이용해 우주쓰레기를 붙잡아 제거하기 위한 지상시험장치(카리캣) 및 영상을 기반으로 하는 우주물체 자율 인지, 추적 가능한 알고리즘을 개발했다. 이러한 기술은 향후 실제 우주에서 우주쓰레기를 직접 포획하고 제거하기 위해 필요한 랑데부/도킹/근접운용 기술들의 기초기술이다.

항우연은 미국 합동우주운영센터(JSPoC)로부터 받는 정보를 토대로 우주쓰레기의 접근거리·충돌확률 등을 정밀하게 분석할 수 있는 소프트웨어 ‘카리스마(KARISMA·KAri space debris collision RISk MAnagement System)’ 운영하고 있다.

카리스마(KARISMA)는 미국 합동우주운영센터(JSpOC, Joint Space Operations Center)에서 공개하는 지름 10cm 이상의 우주물체(인공위성 및 우주파편 포함)들의 궤도정보를 이용해 위성들과의 충돌확률 계산, 접근거리를 분석해 충돌위험 회피기동을 계획할 수 있으며, 향후 구축될 추적레이더를 통한 우주물체의 궤도도 정밀하게 계산할 수 있다.

또한, 충돌확률이 1/1,000 보다 높은 경우, 접근방향 별 오차범위, 상대충돌 속도 등 다양한 변수들을 고려해 최적 알고리즘을 이용해 연료를 최소한 사용하면서 충돌위험을 낮추는 방향으로 위성을 움직이기 위한 최적 충돌회피기동 계획을 수립한다. 

미국에 의존하고 있는 우주 감시능력을 독자적으로 갖추기 위한 계획도 추진 중이다. 

2023년까지 정밀 레이더·광학망원경 등을 갖춰 10㎝ 크기의 우주쓰레기를 자체적으로 감시한다는 계획이다.