전기밥솥만 한 금속 상자형 본체에서 작은 견인판이 튀어나와 순식간에 잔해물에 달라붙는다. 접착 물질이 발린 견인판이 잔해물을 끌어오면 본체에서는 로봇 팔이 뻗어 나와 이를 고정한다. 이어 본체 뒤편에서 가로세로 10m 크기의 금빛 사각 돛이 펼쳐진다. 얼핏 알루미늄 호일처럼 보이는 이 돛은 두께 12㎛의 알루미늄 증착 PET 필름으로 제작돼 보기와 달리 질기고 견고하다.
금빛 돛은 우주 쓰레기의 궤도를 서서히 낮추는 역할을 한다. 넓게 펼쳐진 돛이 태양빛 압력과 저궤도의 희박한 공기저항을 받아 별도 연료 없이도 속도를 줄여주기 때문이다. 이렇게 속도가 떨어진 우주 쓰레기는 점차 낮은 궤 바다이야기오리지널 도로 내려오고 결국 대기권에 재진입해 대부분 불타 사라진다.



한국항공우주연구원 연구진이 태양돛 궤도이탈장치를 시연하고 있다. 사진제공=항우연


이달 10일 한국항공우주연구원에서 만난 김민기 우주탐사팀 연구원은 “항우연 야마토릴게임 이 개발 중인 우주 쓰레기 제거 시스템은 우주 쓰레기에 접근하는 ‘제거 위성’과 실제 쓰레기에 부착돼 궤도 이탈을 수행하는 ‘궤도 이탈 장치’ 두 부분으로 구성돼 있다”며 “이 시스템은 1회용인 기존 방식과 달리 여러 차례 임무를 수행할 수 있어 재사용이 가능하다”고 설명했다. 항우연은 올해 2월 지구 저궤도에서 급증하는 우주 쓰레기를 포획해 제거하는 태양 바다신2 다운로드 돛 기반 궤도 이탈 장치를 개발하고 지상 시연에 성공했다. 고가 위성을 일회성으로 투입하던 기존 방식의 한계를 넘는 ‘재사용형 제거 모델’을 제시한 것이 특징이다.
대부분 우주 쓰레기 제거는 청소 위성이 목표물에 직접 접근해 포획한 뒤 대기권 재진입을 유도하는 구조로 위성 한 기가 한 번의 임무에 소모되는 경우가 많다. 항우연은 이러한 게임릴사이트 한계를 극복하고자 우주 쓰레기를 실제로 제거하는 ‘궤도 이탈 장치’와 이를 운반·투입하는 ‘제거 위성’을 분리하는 방식을 택했다. 하나의 제거 위성이 여러 개의 궤도 이탈 장치를 탑재해 위성을 반복 운용하는 것이다. 김 연구원은 “우주 쓰레기 제거는 지속적으로 필요한 작업이기 때문에 결국 비용과 재사용성이 중요해질 수밖에 없다”며 “이번 기술의 핵심은 청소 바다이야기오리지널 위성을 일회성 장비가 아니라 반복 운용 가능한 시스템으로 바꾸는 데 있다”고 말했다. 이어 “태양 돛은 별도 추진제를 거의 쓰지 않으면서도 큰 감속 면적을 확보할 수 있어 소형 장치로도 실제 임무 가능성을 높여준다”고 설명했다.
항우연은 당초 해당 장치를 심우주 탐사를 위한 차세대 추진 기술로 개발했다. 하지만 빠르게 악화하는 우주 환경에 맞춰 태양빛을 받아 앞으로 나아가던 돛을 우주 쓰레기의 속도를 줄이고 궤도를 낮추는 ‘저항 돛’으로 활용하는 방향으로 연구를 확장했다. 김 연구원은 “같은 돛이라도 어느 방향으로 펼치느냐에 따라 역할이 달라진다”며 “돛을 앞으로 세우면 태양광 압력을 받아 앞으로 나아가는 추진 장치가 되고 반대로 펼치면 저항을 키워 속도를 줄이는 궤도 이탈 장치가 된다”고 설명했다. 하나의 기술이 심우주로 나아가는 추진 수단이 될 수도, 우주 쓰레기를 끌어내리는 정리 장치가 될 수도 있다는 뜻이다.
유럽우주국(ESA)에 따르면 현재 지구 궤도에서 추적되는 물체는 약 4만 개에 달한다. 이 가운데 실제 운용 중인 위성은 약 1만 1000개 수준이다. 나머지는 수명을 다한 위성, 로켓 상단, 폭발·충돌로 생긴 파편이다. 추적되지 않는 작은 잔해는 더 많다. ESA는 지름 10㎝ 이상 물체를 5만 개 이상, 1㎝ 이상 파편을 120만 개 이상으로 추정한다. 1㎜에서 1㎝ 사이의 더 작은 파편은 1억 3000만 개 이상이다. 이 정도 크기의 조각도 초고속으로 날아와 충돌하면 위성 외벽을 뚫거나 핵심 장비를 망가뜨릴 수 있다.
상황은 앞으로 더 나빠질 가능성이 크다. ESA는 현재처럼 발사가 계속되고 파편화 사건이 이어질 경우 추가 발사가 전혀 없더라도 기존 물체끼리의 충돌만으로 잔해 수가 계속 늘 수 있다고 본다. 이른바 케슬러 증후군 우려다. 특히 저궤도는 통신·지구관측·군집위성이 집중되는 구간이라 충돌 위험이 높다. 위성이 많아질수록 회피 기동도 늘고 연료 소모와 수명 단축, 운영 비용 증가로 이어진다.



한국항공우주연구원 연구진이 태양돛 궤도이탈장치를 시연하고 있다. 사진제공=항우연





한국항공우주연구원 연구진이 태양돛 궤도이탈장치를 시연하고 있다. 사진제공=항우연


이런 이유로 최근 국제사회에서는 우주 쓰레기 문제를 기술만으로 해결할 수 없다는 공감대도 커지고 있다. 미아 M 베넷 미국 워싱턴대 지리학과 박사는 지난해 5월 커뮤니케이션스엔지니어링 논평에서 “우주 쓰레기 대응을 발사 후 청소 기술이 아니라 ‘위성 전 생애 주기 관리’의 문제로 봐야 한다”고 제안했다. 이런 이유로 국제사회는 거버넌스를 강화하고 있다. 미국 연방통신위원회(FCC)는 저궤도 위성 사업자에 임무 종료 후 5년 이내 궤도에서 이탈하도록 요구하는 이른바 ‘5년 규칙’을 도입했다. 오랫동안 유지돼 온 25년 기준보다 훨씬 엄격한 조치다. ESA 역시 미래 임무에서 파편을 남기지 않겠다는 ‘제로 데브리’ 접근을 추진하고 있다. 거버넌스가 강화될수록 비용을 낮춘 청소 위성 기술 개발의 중요성은 커진다. 김 연구원은 “기술이 있다고 바로 치울 수 있는 게 아니다”라며 “앞으로 우주 경쟁력은 얼마나 많이 쏘아 올리느냐만이 아니라 얼마나 오래 안전하게 쓰고 얼마나 책임 있게 정리하느냐로 평가받게 될 가능성이 크다”고 말했다.
서지혜 기자 wise@sedaily.com