[디지털비즈온 김맹근 기자] 美 NASA의 케슬러(Donald J. Kessler) 박사는 지구궤도 상의 우주 쓰레기*로 인해 인공위성이 연쇄적으로 파괴되는 ‘케슬러 증후군’을 주장하였고, 영화 그래비티를 통해 대중에게도 알려졌다.

우주 쓰레기는 우주 공간 안에 잔류하고 있는 인류가 만든 인공적인 물체뿐만 아니라 인공적인 물체들의 충돌 등으로 발생되는 파편 등을 포함한다. 따라서 우주 쓰레기의 수는 기하급수적으로 증가하고 있고 이에 대한 대응으로 회피 기동은 한계가 있어, 적극적인 우주 쓰레기 제거가 필요하다.

우주 쓰레기의 정의 및 제거 기술의 범위

우주 쓰레기(Space Debris)란 임무종료 또는 기능이 정지된 우주비행체와 관련된 부속품, 충돌･파열 등으로 생성되는 파편 등과 같이 지구 주위 궤도에 존재하는 버려진 모든 인공적인 우주물체를 의미한다.

현재 우주 쓰레기 제거 방식은 크게 임무 종료 후 자체적으로 폐기 기능을 수행하는 ‘임무 후 처리(PMD*)’ 방식과 다양한 기술을 통해 우주 쓰레기를 직접 제거하는 ‘능동적 제거(ADR*)’ 방식으로 분류한다.

임무 후 처리(PMD)는 일정 궤도 내에서 임무를 수행하고 있는 우주물체가 임무 종료 후 남은 연료나 기타 방법 등을 활용하여 사용 중인 궤도를 자체적으로 벗어나(Deorbit) 지구 대기권 내로 재진입(Re-Entry)하거나 우주무덤(Graveyard)으로 운반되는 방식이다.

능동적 제거(ADR)는 임무 후 처리(PMD)가 되지 않았거나 추가적인 발사 또는 우주물체 간의 충돌, 자체적인 폭발 등으로 발생하게 된 우주 쓰레기를 직접 처리하기 위한 방식이다.

기술 동향

추진기관을 이용해 궤도를 이탈하는 PMD 방식이 가장 보편적으로 활용되며, 항력증대나 밧줄활용 기술의 PMD도 시도되고 있고 외부에서 쓰레기를 제거하는 ADR 방식도 시도되고 있으나 아직까지 실증된 사례는 소수에 그치고 있다.

임무 후 처리(PMD, Post-Mission Disposal)는 궤도이탈(Deorbit)의 추진기관 활용 기술은 최근 소형/초소형 인공위성에서도 추진기관 활용 기술의 PMD 방식을 적용하기 위해 시도 중이다.

항력증대 기술은 추진기관 활용 기술을 적용하기 어려운 소형위성에 활용하기 위해 많이 연구되고 있는 기술로, 우주 내에서도 여러 차례 실증 완료했다. 밧줄 활용 기술) 탑재 장치가 소형이고 가벼워, 나노위성 및 초소형 위성 제거 기술로 활용하기 위한 개발을 진행 중이다.

우주무덤에 진입시키기 위해서는 위성이 작동 가능해야 하고 잔여 연료도 필요하나, 임무 종료 전에 고장 나는 경우가 잦아 실제로 우주무덤 진입에 성공하는 위성은 소수에 불과하여 이를 보완하기 위한 기술이 개발 중이다.

포인트 니모*(Point Nemo)라고 불리는 남태평양을 주로 활용하며, 해당 지점은 인류와 생물이 적거나 없는 곳인 만큼 발생될 수 있는 피해에 대해 최소화 가능하다. 포인트 니모는 ‘아무도 없다’라는 라틴어이자 정식명칭은 ‘해양도달불능점’으로서, 뉴질랜드에서 동쪽으로 약 3,000km 떨어진 남태평양에 위치한다.

능동적 제거(ADR, Active Debris Removal) 방식

PMD 방식보다 기술적인 난이도가 높고 비용 측면에서 불리하나, PMD 방식의 기술이 장착되어 있지 않거나 충돌 등으로 발생한 우주 쓰레기를 인위적으로 경감시킬 수 있는 유일한 방식이다. 우주 내의 물체에 접근 또는 결합하는 기술로, 우주 쓰레기 뿐만 아니라 우주정거장 등에 접근하는 데도 활용 가능하다.

제거 기술은 우주 쓰레기에 접촉(Contact) 또는 비접촉(Contact-less)하여 지구 대기권으로 재진입(Re-Entry)시키거나 우주무덤(Graveyard)로 운반하여 제거하는 기술로써 다양한 아이디어를 기반으로 기술 개발이 진행 중이다.

그물(Net))은 유럽과 중국은 기술적으로 개발 및 실증까지 완료된 상황이며, 특히 중국은 최근 해당 기술로 정지궤도(GEO)에 있는 물체를 우주무덤(Graveyard)으로 이동시키는데 성공했다.

작살(Harpoon)은 유럽에서 우주 관련 연구기관으로 이루어진 컨소시엄을 통해 개발이 진행되었으며 우주 내에서 실증 또한 성공적으로 수행한다.

로봇 팔(Robot Arm)은 국내외에서 활발하게 연구개발 중인 제거 기술로서 유럽(스위스)과 우리나라는 해당 기술을 통해 우주 쓰레기 제거를 시도할 계획이다.

팔매질(Sling)은 미국의 Texas A&M 대학교에서 관련 기술을 제안하고 연구를 진행하였으나 개발 성공여부는 확인이 어려움이 있다.

자석(Magnetic)은 일본에서 시도하고 있는 제거 기술로서, 최근에는 우주에서 가상의 우주 물체를 두고 랑데부 미션까지 성공했다.

폐기용 부스터(Booster)는 제거 기술에 대한 개념은 제시되었지만 실질적인 연구는 아직 진행되지 않는 것으로 보인다.

레이저 빔(Laser Beam)은 지상에 배치된 레이저 시스템 또는 우주 공간에서 레이저를 발사하기 위한 위성을 배치하여 우주 쓰레기를 제거할 수 있는 기술이다.

거품(Foam)은 화학 물질을 이용하여 우주 쓰레기를 제거할 수 있는 기술이다.

결론적으로 지상으로의 추락 또는 우주에서의 충돌 등 우주 쓰레기에 의한 위협은 항상 존재하기 때문에 이를 해결하기 위한 대응 방안을 마련하기 위해 노력 중이다. 우주 쓰레기와 관련된 국제기구에서는 우주 쓰레기를 경감하기 위한 가이드라인을 권고 사항으로 제시하고 있으며 주요국에서는 자발적으로 안전한 우주 환경을 조성하기 위해 동참이 필요하다.

아직까지 우주 쓰레기 제거 산업 규모는 매우 작은 상황이지만, 민간에서 적극적으로 기술을 개발하고 있고 정부･민간에서도 이를 지원하고 있어 중장기적으로 우주 쓰레기와 관련된 시장은 성장할 전망이다.