[과학을 읽다]우주물체의 습격

1㎝ 이상 우주물체 50만 개가 지구를 맴돈다

▲1cm 이상의 우주물체는 약 50만 개에 이른다.[사진제공=NASA]

[아시아경제 정종오 기자] 우주물체의 충돌 위험 시대에 인류는 들어서고 있습니다. 우주물체와 충돌하면 그 영향력은 과연 어느 정도일까요. 우주공간에서 초속 10㎞로 지름 1㎝ 짜리 구슬과 충돌한다고 가정했을 때 인공 위성은 견뎌내지 못합니다. 인공위성의 주요 부분을 비롯해 전체 기능 장애를 발생시킵니다. 10㎝ 이상 크기의 우주파편과 부딪치면 위성은 파괴됩니다.

우주물체는 과연 얼마나 많을까요. 과학기술정보통신부(과기정통부)의 2016년 자료를 보면 우주물체의 종류에는 인공위성, 소행성, 혜성, 유성체, 우주 잔해물 등으로 구분됩니다. 지름 10㎝ 이상인 우주물체는 약 2만2000개. 지름 1㎝ 이상은 무려 50만개. 지구위협 소행성은 약 1650개에 달합니다.

▲우주물체 파괴력

◆우주공간은 인공위성 천국=소련은 1957년 인류 최초로 인공위성 '스푸트니크'를 발사했습니다. 이후 냉전 체제가 펼쳐졌고 미국과 소련의 위성 경쟁이 본격화됩니다. 지구 주변에 로켓·인공위성 등 인공 우주물체들이 새롭게 등장한 계기입니다. 인공 우주물체는 지구 중력에 이끌려 지구로 추락하는 경우가 많습니다. 이럴 때 실시간 감시는 물론 물체에 대한 궤적을 추적해 추락 지점을 정확히 파악해야 합니다. 다행히 그동안 대부분 추락 물체들은 바다에 떨어졌습니다.

최근 또 다른 우주물체가 지구로 추락할 가능성이 제기되면서 과기정통부가 모의훈련까지 했습니다. 올해 12월말에서 내년 3월 중 중국 우주정거장 '톈궁 1호'가 지구로 추락할 것이란 전망입니다. 물론 장비 대부분은 대기권에 진입하면서 불타 없어질 것으로 예상됩니다.

김진우 과기정통부 우주기술과장은 "톈궁 1호 등에 설치돼 있는 연료탱크 등은 매우 강한 재료로 돼 있어 불에 타지 않고 지구에 추락할 가능성이 있다"고 설명했습니다. 톈궁 1호는 현재 293㎞ 고도에 위치해 있습니다. 매일 약 15회 지구를 공전합니다. 지구중력으로 인해 매일 1~2㎞ 정도씩 고도가 낮아지고 있습니다. 김 과장은 "톈궁 1호가 한반도에 추락할 확률은 약 0.4%로 낮은 수준"이라며 "그러나 정확한 시점과 지점 예측은 불과 1~2시간 전에 가능하다"고 했습니다.

◆우주물체 감시는 국제 공조가 필수=세계 각국은 우주 상황인식 프로그램을 통해 위험을 사전에 파악하고 이를 최소화시키거나 방지할 방법을 모색하고 있습니다. 중생대 공룡을 멸종시킨 것은 지름 10㎞급 소행성 또는 7㎞급 혜성이었을 것으로 과학자들은 보고 있습니다. 20~50m급 소행성이 1908년 러시아 퉁구스카에 이어 2013년 첼랴빈스크에 떨어져 공포를 드리운 적도 있습니다.

▲우주물체 파괴력

　
태양계에 분포하는 소행성과 혜성은 고유 궤도를 따라 운동합니다. 문제는 지구 중력과 다른 물리적 원인으로 그 궤도를 벗어나 지구에 위협을 줄 수 있다는 점입니다. 우주공간은 진공에 가깝습니다. 그럼에도 희박한 공기는 존재합니다. 이 때문에 인공 우주물체에 마찰력으로 작용해 저궤도에 있는 인공 우주물체의 고도가 점점 낮아지는 것입니다. 결국 지구로 추락할 수밖에 없습니다.

과기정통부가 분석한 자료를 보면 연간 약 50개 이상의 인공위성과 발사체가 추락하고 있는 것으로 파악됩니다. 무게 1t 이상의 대형 인공위성은 대기권에서 전소되지 않습니다. 약 20~40% 잔해가 지구에 떨어집니다. 지난 50년 동안 대기권 재진입 과정에서 불타지 않고 지상 혹은 바다에 추락한 인공 우주물체 파편의 총 질량은 약 5400t에 이를 정도입니다.

지구에 추락하는 것뿐 아니라 우주공간에서도 이들 인공 우주물체들은 위협적입니다. 다른 인공위성이나 혹은 국제우주정거장에 머물고 있는 우주인에게 큰 위험이 될 수 있습니다. 이들 우주물체는 초속 7㎞ 이상으로 날아다닙니다. 총알보다 빠릅니다.

우주물체 감시시스템은 '탐지→추적→식별→목록화 과정'을 거칩니다. 소행성 등 자연 우주물체는 물론 인공위성과 우주 잔해물에 대한 탐지ㆍ위치 추적이 이뤄집니다. 감시하는 방법으로는 우주물체를 직접 관측하는 광학 감시법과 전파 신호인 레이더를 이용하는 방법이 있습니다.

관측 장비가 많을수록 더욱 정밀한 감시가 가능한 것은 당연한 일입니다. 문제는 그 수와 크기를 무한정 늘릴 수 없다는 데 있습니다. 감시망에 걸리지 않는 우주물체도 있을 수 있음을 의미합니다. 유럽 14개국은 이런 배경으로 서로 연대해 2008년부터 우주상황 인식(Space Situational Awareness·SSA) 프로그램을 통합적으로 운영하고 있습니다. 일본 역시 최근 감시 시스템 대응체계를 구축하고 있습니다.

우리나라는 과기정통부와 한국천문연구원 등 위성 운영기관을 중심으로 우주물체 감시시스템과 우주위험 대응체계를 구축하고 있습니다. 그동안 우리나라는 1992년 '우리별 1호'를 시작으로 총 17개 위성을 쏘아 올렸습니다. 한국형 발사체가 개발되고 차세대 인공위성 등이 발사되면 우주물체 감시 시스템 업그레이드도 검토해야 합니다. 우주 위험에 대응하기 위해서는 우주물체 감시 자료를 분석해 위험을 식별해야 하는 게 기본입니다. 위험 정도를 분석·예측하는 분석 시스템을 갖춰야 합니다. 넓은 하늘을 관측해 우주물체의 추락과 충돌 위험 징후를 감시하는 광역감시 시스템도 있어야 합니다.

▲국제우주정거장.[사진제공=NASA]

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr