우주 쓰레기 어떻게 처리해야 할까

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우주 쓰레기, 또는 우주 파편(space debris)은 인공위성, 로켓, 우주선 등의 발사 및 운용 과정에서 생성된 인간 제작 물체의 잔해로, 궤도상에서 방치된 물체를 말합니다. 이는 크기가 몇 밀리미터에서 수 미터에 이르는 다양한 형태를 가지며, 저궤도(LEO, Low Earth Orbit)에서부터 높은 궤도(정지궤도, GEO, Geostationary Orbit)까지 광범위하게 분포해 있습니다.
우주 쓰레기는 우주 산업의 성장과 더불어 급격히 증가하며, 우주 활동의 지속 가능성을 위협하는 주요 문제로 대두되고 있습니다.

먼저 우주 쓰레기의 현황, 그 규모와 분포에 대해 말씀드리자면, 현재 궤도에 존재하는 우주 쓰레기의 수는 기하급수적으로 증가하고 있으며 이는 우주 탐사가 활발해진 20세기 중반 이후 가속화되었습니다.
유럽우주국(ESA)에 따르면, 2023년 기준으로 궤도에 있는 우주 쓰레기의 추정 수는 다음과 같습니다

1cm 이상의 크기의 우주 쓰레기가 약 100만 개, 1mm~1cm 크기는 약 1억 개, 추적 가능한 10cm 이상의 파편이 약 36,000개로 추산됩니다. 실로 어마어마한 수치이지요.
궤도별로 살펴보면, 저궤도(LEO) 200~2,000km 고도에 대부분의 우주 쓰레기가 집중되어 있으며, 인공위성, 우주 정거장 등이 주로 운용됩니다. 약 35,786km 고도의 정지궤도(GEO)에는 통신 및 기상위성 등이 위치하지만, 쓰레기 회수의 어려움으로 문제가 심각합니다.

어차피 우주 공간에 있는데, 크게 문제 될 것이 있을까? 생각하신다면 이 문제점을 들여다보시길 바랍니다.

우주 쓰레기는 초속 7~8km 이상의 속도로 움직이며, 작은 파편이라도 높은 충격력을 발생시키기에, 운용 중인 위성과 우주선에 치명적인 충돌 위험을 야기합니다.
그 대표적인 예로, 1996년 프랑스의 위성 세리자트(Cerise)가 우주 쓰레기와 충돌해 심각한 손상을 입은 사례가 있었습니다. 게다가 현재, 우주의 경계선이라 불리는 카르만 라인에서의 쓰레기 증가로 인해 신규 인공위성 발사와 운용이 점차 어려워지고 있는 실정입니다. 

우주쓰레기가 발생하게 된 주요 원인은 로켓 발사 후, 추진체 분리로 남은 로켓 부품, 연료 탱크 등이 궤도에 잔존하거나 임무가 끝난 후 더 이상 운용되지 않는 인공위성, 의도적 파괴실험(ASAT) 또는 궤도상 충돌로 인해 발생하는 파편 등이 있습니다. 대표적인 사례로는 2009년 이리듐(Iridium)-코스모스(Cosmos) 충돌 사건, 2007년 중국의 ASAT 실험 등이 있습니다.

이 위기는 1978년, NASA의 도널드 케슬러가 '케슬러 신드롬(Kessler Syndrome)'을 제안하며, 쓰레기가 일정 밀도를 초과하면 충돌이 연쇄적으로 발생하며, 지구 저궤도가 장기적으로 사용 불가능해질 가능성이 있다고 이미 경고한 바 있습니다.
한 번의 충돌로 생성된 파편이 다른 충돌을 유발하며, 궤도가 쓰레기로 가득 차는 상황이 발생할 것이며, 지속적으로 증가하는 쓰레기는 인류의 우주 탐사와 상업적 우주 활동을 중단시킬 위험이 있다고 말입니다.

이미 우주 쓰레기로부터 위성을 보호하기 위해 궤도 조정 및 방호 기술에 막대한 비용이 증가하고, 경제적 손실이 일어나고 있습니다. 그 예로, 2021년, 국제우주정거장(ISS)은 쓰레기 충돌을 피하기 위해 3차례의 궤도 변경을 실행했으며, 이는 운영비용 상승으로 이어졌습니다. 현재에도 우주 산업 발전과 함께 쓰레기 관련 위험 부담이 증가하며, 보험료 상승으로 이어지고 있지요.
그뿐만 아니라 일부 우주 쓰레기는 대기권으로 떨어져 지구로 재진입하는 과정에서 태워 없어지지만, 이 과정에서 유독한 물질이 발생할 가능성이 있습니다. 또한, 지구 대기로 완전히 들어오지 못한 쓰레기는 궤도에 오랫동안 남아 우주 환경에 악영향을 끼칩니다.

그럼, 이 우주쓰레기를 어떻게 처리하면 좋을까요?
다행히도 이 우주 쓰레기 문제를 해결하기 위해 세계 여러 나라와 연구기관에서 다양한 기술을 개발하고 있습니다.
첫째는 바로, 우주쓰레기를 정밀하게 추적하고 위치를 파악하는 것이지요.

미국의 스페이스 서베일런스 네트워크(SSN)는 10cm 이상의 쓰레기를 추적, 모니터링하고 일본 JAXA는 위성을 기반으로 궤도에서 쓰레기를 직접 추적하는 시스템을 개발 중입니다.

이미 발생한 쓰레기를 궤도에서 제거하려는 시도도 이루어지고 있습니다.
일본의 아스트로스케일(Astroscale)은 자석을 이용해 비활성 위성을 포획 및 제거하는 기술을 실험 중이며,ESA의 ClearSpace-1 프로젝트는 집게 모양의 장치를 이용해 쓰레기를 포획,회수하는 시스템을 개발 중입니다.
또한, 강력한 레이저를 지구에서 발사하여 작은 파편을 궤도에서 밀어내거나 소각하는 방법도 연구되고 있습니다

이와 더불어 미래의 우주 쓰레기 발생을 줄이기 위한 예방적 접근도 진행되고 있습니다.
새로 발사되는 위성들은 임무가 끝난 후 스스로 궤도를 이탈해 지구 대기로 들어와 소멸하도록 자체 파괴 메커니즘으로 설계하거나, 소형 위성 군집의 집적화를 통해 총 위성 수를 줄이는 방식이 도입되고 있으며 UN 산하의 우주조약 및 지침은 발사체와 위성의 안전한 폐기를 권고하는 등 국제 사회에서도 각국이 책임을 다할 수 있도록 규정을 강화하고 있습니다.
유엔 외기권 활동 사무국(UNOOSA) 및 ESA는 우주 쓰레기 문제 해결을 위한 가이드라인과 연구를 추진 중입니다.
협약 및 정책으로, 우주 잔해 완화 가이드라인(UN Guidelines on Space Debris Mitigation)- 임무 종료 후 25년 이내 폐기를 권장합니다. 또한 미국, 유럽 등 주요 우주 국가들은 자국의 위성 개발과 운영에 대해 엄격한 규제를 시행하고 있습니다.
우주 쓰레기는 한 국가의 문제가 아니라 전 지구적 도전 과제이기에, 이를 해결하기 위해 다양한 국제적 논의와 협력이 진행되고 있는 것이지요.

 

우주 쓰레기는 우주 탐사와 산업화의 산물이자 필연적 문제입니다.
현재 기술로는 완전한 해결이 어렵지만, 지속적인 연구 개발과 국제적 협력을 통해 위험을 줄일 수 있는 방안이 마련되고 있습니다. 우주 쓰레기의 관리와 처리는 단순히 우주 공간의 질서를 유지하는 데 그치지 않고, 인류가 지속 가능한 방식으로 우주를 탐험하고 활용하는 데 꼭 필요한 일임이 분명합니다.