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우주 환경을 위협하는 우주쓰레기 위험성, 감시 및 추적, 처리방법

우주쓰레기는 수명이 다한 인공위성이나 로켓에서 분리된 추진체, 파편 등이 우주 공간에 남아 있는 것을 말하며, 우주 비행사나 인공위성에 충돌할 위험이 있고, 우주 환경을 오염시킬 수 있어 이를 제거하기 위한 다양한 기술이 연구되고 있으며, 우주 개발에 대한 관심이 증가하면서 우주쓰레기 문제는 점점 심각해지고 있는데요, 우주 환경을 위협하는 우주쓰레기 위험성, 감시 및 추적, 처리 방법에 대해서 알아보겠습니다.

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1. 우주쓰레기 위험성, 감시 및 추적, 처리 방법

우주쓰레기(Space Debris)는 인류가 우주 공간에 발사한 로켓이나 인공위성, 우주정거장 등 인공물의 잔해물 및 폐기물로 정의할 수 있습니다.

이들은 지구 궤도를 돌며, 더 이상 유용하지 않거나 기능을 상실한 물체들이며 크기가 작게는 페이트 조각에서부터 크게는 폐기된 위성이나 로켓의 일부까지 다양합니다.

이러한 우주 쓰레기는 지구 저궤도, 중궤도, 정지궤도 등 다양한 궤도에 분포되어 있는데요, 우주 쓰레기 위험성, 감시 및 추적 방법, 처리 방법에 대해서 알아보겠습니다.

가. 우주쓰레기 위험성

우주 쓰레기는 인류의 우주탐사와 안전에 심각한 위협을 가하는 여러 위험 요소를 내포하고 있으며, 충돌 가능성이나 우주 임무 방해, 인류 안전 위협 등 다양한 위험 요소들이 존재합니다.

1) 충돌 위험

우주 쓰레기는 초속 7.8km 이상의 초고속으로 지구 궤도를 돌고 있으며, 이러한 속도에서 충돌 시 엄청난 에너지를 동반할 수 있습니다.

작은 페인트 조각조차도 그 속도로 충돌하면 큰 피해를 줄 수 있으며, 2009년 미국의 이리듐 33 위성과 러시아의 코스모스 2251 위성이 충돌한 사건은 두 위성을 완전히 파괴했고 이에따라 수천 개의 새로운 쓰레기 조작이 만들어지기도 했습니다.

충돌로 생성된 잔해물은 추가적인 충돌을 일으킬 수 있고 이를 케슬러 신드롬(Kessler Syndrome)이라고 하고 일종의 도미노 효과로, 연쇄적인 충돌을 통해 궤도 공간을 더욱 위험하게 만드는 것입니다.

2) 우주 임무 방해

우주 쓰레기는 새로운 우주 임무를 계획하고 실행하는 데 큰 걸림돌이 되며, 현재 약 34,000개의 크기가 10cm 이상인 우주 쓰레기가 감지되고 있고 더 작은 크기의 잔해물은 수백만 개가 넘어가고 있습니다.

이러한 쓰레기들은 인공위성, 우주선, 우주 정거장 등에 큰 위협이 됩니다.

국제우주정거장은 주기적으로 우주 쓰레기를 피하고자 궤도를 수정해야 하며, 이는 비용이 많이 들고 위험한 작업으로 인공위성 발사 시 우주 쓰레기와의 충돌 위험을 최소화하기 위해 복잡한 궤도 계산과 추가적인 연료 사용이 필요하게 되는 것입니다.

3) 인류 안전 위협

대부분의 우주 쓰레기는 대기권 진입 시 불타서 없어지지만, 일부 지표면까지 도달할 수 있습니다.

1978년 러시아의 코스모스 954 위성이 대기권 재진입 시 캐나다 북부에 잔해를 떨어뜨렸는데 이 위성이 핵 추진 시스템을 탑재하고 있어 방사능 오염의 위험도 있었습니다.

다행히 큰 피해는 없었지만, 이는 앞으로 지표면에 떨어지는 우주쓰레기의 잠재적 위험을 보여주는 사례였다고 할 수 있습니다.

4) 장기적인 우주 개발에 대한 위협

우주쓰레기는 미래의 우주 개발에도 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.

케슬러 신드롬이 가속화되면 특정 궤도는 사실상 사용할 수 없게 되어, 지구 저궤도에서의 상업적 및 과학적 활동이 제한될 수 있습니다.

이는 우주 경제의 발전을 저해하고 우주 탐사의 가능성을 줄일 수 있습니다.

5) 경제적 비용 증가

우주 쓰레기의 존재는 우주 산업 전반에 걸쳐 추가적인 비용을 발생시키며 우주선과 위성은 우주쓰레기와의 충돌을 피하고자 설계 단계에서부터 추가적인 방호 장치를 필요로하고 충돌 회피 기동을 위한 연료 운용 비용도 증가합니다.

이로 인해 위성 운영비용이 상승하고, 신규 위성 발사 프로젝트의 경제적 부담이 가중될 수 있는 것입니다.

결과적으로, 우주 쓰레기는 현재와 미래의 우주 활동에 매우 심각한 위협을 줄 수 있고 인류의 안전에도 위협이 되기 때문에 이를 해결하기 위한 국제적 협력과 기술 개발, 적극적인 쓰레기 처리 노력이 필요하다고 할 수 있습니다.

우주 쓰레기의 위험성을 인식하고 이를 효과적으로 관리하고 줄이는 것은 인류의 지속 가능한 우주탐사의 안전한 우주 환경을 보장하는 데 필수적이라고 할 수 있을 것입니다.

나. 감시 및 추적 방법

우주 쓰레기를 효과적으로 감시하고 추적하는 것은 충돌 위험을 줄이고 안전한 우주 활동을 보장하는 데 필수적이고 다양한 기술과 시스템의 개발로 우주 영역에서 안전을 확보하는 것이 중요합니다.

우주 쓰레기 감시 및 추적 방법은 지상 기반 시스템과 우주 기반 시스템, 국제협력 등으로 나눌 수 있는데 세부 내용은 다음과 같습니다.

1) 지상 기반 시스템

지상 기반 시스템은 주로 레이더와 광학 망원경을 사용하여 우주쓰레기를 감시하는 것으로 레이더가 우주 쓰레기를 감시하고 궤도를 추적하는 것입니다.

미국의 우주 감시망은 세계에서 가장 큰 레이더 네트워크 중 하나로, 지구 저궤도에 있는 수많은 물체를 감시하고 위성 및 우주 쓰레기의 위치와 속도, 크기 등을 정기적으로 최신화하여 충돌 위험을 평가하고 있습니다.

광학망원경은 주로 고궤도와 같은 높은 궤도에 있는 우주쓰레기를 추적하는 데 사용하고 물체의 궤도를 고정밀도로 측정할 수 있으며, 주로 야간에 운영합니다.

현재 유럽의 유럽 우주 감시망은 광학망원경 네트워크를 통해 고궤도에 있는 쓰레기를 감시하고 있습니다.

2) 우주 기반 시스템

우주 기반 시스템은 우주에 직접 배치된 센서와 위성을 사용해서 우주쓰레기를 감시하는 것이며 이는 지상 기반 시스템이 감지하기 어려운 영역을 보완할 수 있는 것입니다.

특정 위성들은 우주 쓰레기를 감시하는 임무를 수행하는데요, 대표적인 것이 미국의 SBSS(Space Based Space Surveillance) 시스템으로 지구 궤도를 돌며 우주쓰레기의 위치와 궤도를 추적하고 지상 기반 시스템과 협력하여 보다 정밀한 자료를 제공하고 있습니다.

일부 위성은 우주 쓰레기 탐지 센서를 탑재하고 있어, 주변의 작은 쓰레기까지도 감지할 수 있고 이러한 센서는 매우 높은 해상도를 가지며, 궤도 환경을 실시간으로 모니터링합니다.

3) 국제협력

우주 쓰레기를 효과적으로 감시하고 추적하기 위해서는 국제적인 협력이 필수적이며 각국의 데이터와 기술을 공유하고, 공동의 노력을 통해 보다 정밀한 감시가 필요하다고 할 수 있습니다.

미국의 NASA와 유럽우주국 ESA는 정기적으로 데이터를 교환하며 이를 통해 보다 정확한 충돌 예측과 회피 기동이 가능하고 유엔 산하의 외기권 평화적 이용 위원회와 같은 국제기구는 우주 쓰레기 문제에 대한 국제적인 논의를 주도하고 정책 및 기준을 마련하고 있습니다.

프랑스와 독일은 레이더 및 광학 관측 데이터를 통합하여 보다 정밀한 우주 쓰레기 추적 시스템을 구축하고 있기도 합니다.

우주쓰레기의 감시 및 추적은 매우 복잡하고 정교한 작업이며 지상 기반 시스템과 우주 기반 시스템의 조화로운 운영과 국제적인 협력을 통해 우주 쓰레기를 효과적으로 관리할 방안을 구축하는 것이 중요합니다.

다. 우주쓰레기 처리 방법

우주 쓰레기는 현재와 미래의 우주 활동에 심각한 위협을 주기 때문에 이를 효과적으로 처리하기 위한 다양한 기술과 방법이 연구되고 있으며, 우주 쓰레기 제거 위성이나 레이저 시스템, 잔여 연료 활용 방법, 우주 쓰레기 치우는 로봇 등 다양한 방안들이 연구되고 있습니다.

1) 제거 위성

우주쓰레기 제거 위성은 특정 임무를 띠고 우주쓰레기를 직접 포획하거나 궤도를 변경시키는 방법이고 그물이나 로봇 팔, 자석 등을 사용하여 우주쓰레기를 잡아 대기권으로 진입시키는 것입니다.

일본의 JAXA와 미국의 NASA는 이러한 기술을 연구하고 있고 실험 단계에 있는 수준이라고 평가할 수 있을 것 같습니다.

일본의 JAXA는 전자식 다이나믹 테더를 사용하여 우주쓰레기의 궤도를 변경하는 기술을 개발하고 있고 이 테더는 전기를 통해 자기장을 생성하여 우주쓰레기를 대기권으로 끌어들이는 방식이라고 생각하면 됩니다.

2) 레이저 시스템

레이저 시스템을 통해 우주 쓰레기를 제거하는 방법이며 지상이나 우주에 설치된 레이저를 사용하여 우주쓰레기의 궤도를 변경시키거나, 작은 조각으로 분해해서 대기권 진입 시 소명되도록 유도하는 방법입니다.

유럽의 ESA가 지상 레이저 시스템을 통해 우주 쓰레기의 궤도를 수정하는 연구를 가장 활발하게 진행하고 있습니다.

3) 잔여 연료 활용

위성이나 로켓에 남아 있는 연료를 활용하여 임무 종료 후 우주쓰레기를 의도적으로, 대기권으로 진입시키는 방법입니다.

이 방법은 새로운 장비나 기술이 필요하지 않고, 현재 기술을 활용하여 우주쓰레기를 효과적으로 처리할 수 있습니다.

실제로 ESA의 ‘크로오샛-2’ 위성은 임무 종료 후 남은 연료를 사용하여 대기권으로 진입하여 안전하게 소멸하였습니다.

4) 우주 쓰레기 치우는 로봇

우주 쓰레기 치우는 로봇은 로봇 팔이나 그물을 장착한 위성 또는 우주선을 통해 우주쓰레기를 포획하고, 다른 장소로 이동시키거나 대기권으로 유도하는 방법입니다.

이는 매우 정교한 기술을 요구하지만, 효과적인 해결책 중 하나가 될 것으로 평가받고 있고 스위스의 EPFL에서 ‘클린스페이스 원’이라는 프로젝트를 통해 우주쓰레기를 포획하여 대기권으로 유도하는 로봇 위성을 개발 중입니다.

5) 국제적인 규제와 협력

국제적인 규제와 협력은 우주쓰레기 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 하며 여러 국가와 기관이 협력하여 데이터를 공유하고, 우주쓰레기의 추적 및 처리 기술을 개발하고 있습니다.

국제기구는 우주쓰레기 발생을 줄이기 위한 규제를 마련하고 있으며 유엔 산하의 외기권 평화적 이용 위원회는 우주 활동에 대한 국제적 가이드라인을 제공하여, 우주 쓰레기 문제를 해결하기 위한 공동의 노력을 촉진하고 있습니다.

우주 쓰레기는 복잡하고 심각한 문제로, 이를 해결하기 위해 다양한 기술과 방법이 연구되고 있고 우주 쓰레기 제거 위성이나 레이저 시스템, 잔여 연료 활용, 우주 쓰레기 치우기 로봇 등이 제기되고 있으며 각각의 장단점을 가지고 있고 이들을 조화롭게 활용할 경우 문제를 해결할 수 있을 것입니다.