2013년 영화 ‘그래비티’는 나사(미 항공우주국)의 우주비행사와 엔지니어들이 우주 공간에서 갑작스러운 재해에 놓여 살아남기 위해 분투하는 내용을 담고 있다. 우주왕복선 익스플로러호를 타고 허블 우주망원경을 수리하던 이들은 익스플로러호도, 허블 망원경도 잃고 우주 공간에 표류하며 생명의 위기에 놓인다. 위기 상황을 유발한 건 소행성도 우주방사선도 아닌 우주 쓰레기였다. 작중 러시아가 자국 인공위성을 요격하면서 발생한 파편이 주변의 위성들을 파손시키며 연쇄반응이 일어난 것이다. 평단의 찬사를 받은 이 영화엔 우주정거장에서 우주인의 머리카락이 지나치게 단정하다거나 우주복 추진 장치의 연료가 너무 많은 것을 릴게임예시 보이는 등 일부 ‘옥에 티’도 담고 있다. 하지만 인공위성에 미사일을 발사해 폭파하고 그 잔해가 우주정거장을 위협하는 일은 실제로 발생한 적이 있다. 스페이스X의 스타링크를 위시로 인공위성의 수가 급증하며 밤하늘이 그 어느 때보다도 붐비는 지금, 우주 쓰레기는 무시하지 못할 위협으로 자리 잡았다.
◇우주가 붐비는 군집위성의 시대= 지구 궤 바다이야기게임기 도를 도는 위성 수가 폭발적으로 늘어나면서 각국 우주 당국과 천문학자들의 고민도 깊어지고 있다. 특히 저궤도(LEO)를 중심으로 한 ‘메가 컨스텔레이션’ 위성 확산은 통신 혁신이라는 성과를 불러왔지만 충돌 위험과 빛공해 등 새로운 부작용을 동시에 키우고 있다.
메가 컨스텔레이션이란 수백에서 수만 개의 저궤도 인공위성을 지구 저궤도에 띄워 백경릴게임 구성하는 대규모 위성군을 의미한다. 대표적인 사례가 일론 머스크의 스페이스X가 운영하는 스타링크다. 스타링크 위성은 지상 인터넷 서비스를 제공하기 위해 고도 300∼600㎞ 궤도에 배치되는데 지난해 12월 기준으로 운용 중인 위성 수만 9000여 기에 이르는 것으로 알려져 있다. 스페이스X는 지난 한 해 165회·성공률 100%라는 로켓 발사 신기록을 세웠 바다이야기룰 는데, 이 중 70%가 스타링크 미션이었다.
스페이스X가 미국 연방통신위원회(FCC)에 제출한 보고서에 따르면 스타링크 위성은 지난해 5월까지 6개월간 14만4404회에 걸쳐 충돌 회피 기동을 수행했다. 2024년 5월부터 11월까지 5만여 번 수행했던 것과 비교해 거의 3배로 늘어난 것이다. 미국 프린스턴대를 주축으로 한 국제연구진이 공 릴게임한국 개된 위성 위치 데이터를 이용해 계산한 결과, 스타링크 위성 1기가 연평균 41회의 충돌 회피 기동을 수행했다. 전체 군집 위성으로 보면 평균 1.8분에 한 번씩 충돌 회피 기동이 일어난다. 위성이 너무 많아져 위성끼리 서로를 피하기 위해 끊임없이 움직이는 상황이다. 나사 에임스연구센터 연구진이 지난달 네이처지에 발표한 연구에 따르면 FCC 접수 기준 2040년까지 발사가 예정된 위성은 56만 기에 달한다. 밤하늘은 더 이상 어둡지도 고요하지도 않다.
◇한 번만 삐끗하면 연쇄 추돌 시작?= 문제는 단순히 ‘위성이 많다’는 데서 끝나지 않는다. 위성 충돌 위험의 핵심은 우주 쓰레기의 양과 속도다. 유럽우주국(ESA)이 지난해 10월 공개한 ‘우주 환경 보고서’에 따르면 미 국방부 ‘우주 감시 네트워크’(SSN)가 추적 중인 우주 물체는 약 4만3510개에 달한다. 물론 모든 물체를 추적할 수 있는 것은 아니다. ESA에 따르면 10㎝보다 큰 우주 물체는 약 5만4000개, 1㎝에서 10㎝ 사이의 잔해물은 120만 개 이상, 1㎜급까지 포함하면 1억4000만 개가 넘는 것으로 추산된다. 이들은 저궤도에서 초속 7∼8㎞ 정도로 공전한다. 이 속도도 충분히 치명적이지만, 서로 다른 궤도로 교차하면서 부딪힐 경우 순간 상대속도는 초속 14㎞에 달할 수 있다. 손톱만 한 파편이 수류탄급 에너지를 방출할 수 있다는 얘기다.
이 같은 위험은 ‘케슬러 신드롬’이라는 이름으로 오래전부터 경고돼 왔다. 나사의 과학자 도널드 케슬러 박사가 1978년 주장한 이 재난은 지구 궤도상 물체 밀도가 일정 수준을 넘어서면 충돌을 시작해 충돌이 또 다른 파편을 낳고, 그 파편이 다시 충돌을 일으키는 연쇄 반응이 발생한다는 이론이다. 첫 발표 당시엔 지구 궤도가 지금과 달리 한산했기 때문에 추상적인 시나리오로 여겨졌지만 최근 지구 궤도가 붐비기 시작하며 현실적 우려로 주목받고 있다.
실제로 위성을 미사일로 요격하는 대위성무기(ASAT) 실험이나 위성 간의 충돌로 인해 대량의 파편이 발생하기도 했다. 2007년 중국은 수명이 다한 기상위성 펑윈-IC에 미사일을 발사하는 실험을 진행했는데 이로 인해 3400여 개의 파편이 발생했다. 2009년엔 미국 이리듐-33 위성과 러시아 코스모스-2251 위성이 초속 10㎞로 충돌하며 1870개 이상의 파편이 발생했다. 비교적 최근인 2021년엔 러시아가 수명을 다한 첩보위성 코스모스-1408을 요격해 1500개 이상의 파편이 발생하기도 했다.
◇폐위성과 우주 쓰레기, 해결법은= 우주 쓰레기가 늘어나면서 지상에서도 변화가 감지된다. 가장 직접적인 영향은 빛공해다. 저궤도를 도는 위성은 해가 진 뒤에도 태양빛을 반사해 지상에서 밝은 선으로 관측된다. 대형 망원경으로 장시간 노출 촬영을 하면 사진 한 장에 수십, 수백 개의 위성 궤적이 남는다. 이는 은하나 초신성, 근지구천체를 탐색하는 천문 관측에 큰 방해 요소가 된다. 전파 천문학 분야에서는 위성 통신 신호가 관측 주파수 대역을 침범하는 전파공해 문제도 제기되고 있다.
각국과 기업들도 대응에 나서고 있다. 기술적으로는 ‘능동적 우주 쓰레기 제거’(ADR)가 대표적이다. 로봇팔이나 그물, 작살 등을 이용해 폐위성을 포획한 뒤 대기권으로 유도해 소각하는 방식이다. ESA는 2001년 발사한 95㎏급 위성 ‘PROBA-1’을 제거하기 위해 4개의 로봇팔로 위성을 붙잡고 지구 대기권으로 재진입, 불태워 없애는 ‘클리어스페이스-1’ 임무를 2029년 목표로 추진 중이다.
보다 현실적인 대안으로는 ‘사라지는 위성’ 설계가 주목받는다. 임무 종료 후 5년 이내에 대기권으로 재진입하도록 설계하고, 연소가 잘되는 소재를 사용하는 등 수명이 다한 위성이 궤도에 남아 있지 않도록 하는 방식이다. 스타링크 역시 이런 접근법을 채택해 위성 수명을 제한하고 있지만 위성 수 자체가 계속 늘어난다면 근본적인 해결책이 되기 어렵다는 평가도 나온다.

수명 지나면 스스로 대기권 진입해 소멸… 누리호 실린 ‘코스믹’, 자체폐기 실증 도전■ 위성 폐기 기술 주목

지구 저궤도가 붐비면서 세계 각국이 관련 규제를 강화하는 가운데 폐기 가능한 위성 기술도 주목받고 있다. 특히 이번 누리호 4차 발사 당시 이런 기술을 실증하기 위한 큐브 위성이 실린 점도 눈길을 끈다.
우주항공청에 따르면 지난해 11월 27일 발사된 누리호에는 국내 산학연이 개발한 큐브위성 12기가 실렸다. 큐브위성은 가로·세로·높이 10㎝ 정육면체를 하나의 ‘유닛(U)’으로 규격화한 초소형 위성으로, 누리호에는 2∼6U 크기의 다양한 큐브위성이 탑재됐다.
이 가운데 국내 스타트업 ‘우주로테크’가 참여한 우주교통관리 기술 검증 큐브위성 ‘코스믹’(COSMIC)은 임무를 마치면 스스로 궤도를 낮춰 대기권에 재진입, 우주 쓰레기를 남기지 않는 ‘자체 폐기’ 실증에 도전한다. 우주로테크에 따르면 코스믹에는 임무 종료 뒤 위성이 궤도에 잔류하지 않도록 하는 장치가 탑재됐다. 위성은 약 3개월간 달 탐사 로버용 부품이 우주에서 정상적으로 작동하는지 검증한 후 운용 후 폐기 단계에 들어간다. 자체적으로 궤도를 이탈해 대기권에 재진입하고 이 과정을 지상에서 우주교통관리 소프트웨어 ‘코스모스’(COSMOS)로 추적·관리할 계획이다.
이 같은 ‘위성 폐기’ 기술은 군집위성 확산과 맞물려 새로운 시장으로 떠오른다. 특히 지난 2022년 미국 연방통신위원회(FCC)는 임무 종료 위성을 5년 내 폐기하는 방향으로 규제를 강화하는 등 미국과 유럽을 중심으로 우주물체 폐기에 대한 각국의 규제가 강화되는 추세다. 2023년 유럽우주국(ESA)은 2030년까지 우주 쓰레기 배출 중단을 촉구하는 내용의 ‘우주 쓰레기 제로’ 헌장을 발표했고, 지난해 6월 유럽연합(EU) 집행위원회는 임무 종료 위성 폐기를 의무화하는 내용 등을 담은 ‘EU 우주법’을 발의하기도 했다.
구혁 기자