"지상 지진계로 하늘 위 우주쓰레기 추적"…새로운 우주 방패 만들어질까[사이언스 PICK]

우주 공간 추락 위성이 거대한 '소닉붐' 유발…지상 지진계까지 영향

스페이스X·중국의 위성 전쟁 속 쓰레기 급증…레이더 한계 보완 기대

[서울=뉴시스]윤현성 기자 = 지구 저궤도가 각국이 쏘아올린 위성들로 가득 채워지면서 우주 쓰레기 추락에 대한 공포가 현실화하고 있다. 수만개의 인공위성이 머리 위를 지나는 상황에서 이제는 지상의 지진 관측망을 활용해 추락하는 파편을 정밀하게 추적하는 '우주 감시 혁명'이 이뤄질지 주목된다.

추락하는 우주쓰레기, 강력한 '소닉붐' 유발…지표면 지진계로 우주 파편 쫓는다

25일 학계에 따르면 국제학술지 '사이언스(Science)'에는 지상의 지진 관측소를 활용해 대기권으로 재진입하는 우주 쓰레기의 궤적을 정밀하게 지도화할 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 핵심은 소리보다 빠른 속도로 추락할 때 발생하는 '소닉붐(음속폭음)'이다.

지난 2024년 4월 미국 남부 캘리포니아 상공에는 하늘을 가로지르는 거대한 불꽃이 나타난 바 있다. 그 정체는 지구로 추락하던 중국 우주선 선저우 15호의 궤도 모듈 잔해였다.

이 파편들이 대기권에서 요동치며 발생시킨 소닉붐은 지상의 지진계를 흔들었다. 벤저민 페르난도 존스홉킨스 대학교 박사 연구팀은 캘리포니아와 네바다주에 설치된 126개의 지진계 데이터를 분석한 결과 기존 레이더 관측보다 훨씬 정밀한 궤적 산출이 가능하다는 점을 증명했다.

연구진은 지진계에서 관측된 신호가 지진이나 다른 소음이 아님을 확인하기 위해 정밀 검증을 거쳤다. 비행 경로 아래에 위치한 수많은 관측소들이 소닉붐을 거의 동시에 기록했는데, 이는 낙하 물체의 속도가 극도로 빨랐음을 보여주는 증거다.

연구진에 따르면 지진계로 도출한 실제 비행 궤적은 기존 레이더 예측 경로보다 약 28㎞ 남쪽으로 치우쳐 있었다. 이는 기존 모델이 상층 대기의 변동성을 완벽히 반영하지 못했음을 시사한다.

연구진은 지진계를 활용한 방법이 기존 레이더 관측 기반의 예측보다 더 정확하며, 추락 물체에 대한 실시간에 가까운 경보 시스템을 구축하는 데 기여할 수 있을 것이라고 강조했다.

물론 이 기술이 광범위하게 활용되기까지는 넘어야 할 산이 있다. 우주쓰레기 파편의 경로와 소닉붐 모두에 영향을 줄 수 있는 바람과 같은 대기 조건을 정확히 모델링하는 것은 여전히 어려운 상황이다. 또 지진계가 밀집한 남부 캘리포니아와 달리, 관측 장비가 부족한 지역에서는 낙하 지점 예측이 쉽지 않을 것으로 추정되고 있다.

스페이스X·중국 '위성 전쟁'에 궤도 포화…'추적 가능' 우주쓰레기만 5만개 돌파

이처럼 새로운 우주 쓰레기 추적 기술이 주목받는 이유는 지구 궤도가 전례 없는 혼잡 상태에 빠졌기 때문이다. 유럽우주국(ESA) 등에 따르면 현재 지구 궤도를 돌고 있는 10㎝ 이상의 추적 가능 물체는 5만4000개를 넘어섰다.

이 가운데 실제 작동 중인 위성은 약 1만기 내외이며, 나머지는 모두 수명이 다한 위성이나 로켓 부품 등 우주 쓰레기에 해당한다. 1~10㎝의 더 작은 우주 쓰레기는 약 120만개, 극히 미세한 1㎜~1㎝ 크기의 파편은 1억4000만개 수준으로 추산되고 있다.

지구 궤도를 둘러싸고 있는 우주 쓰레기들. (사진=나사) *재판매 및 DB 금지

이러한 폭발적 증가의 중심에는 민간 우주 기업 스페이스X와 중국의 국가적 공세가 있다. 일론 머스크가 이끄는 스페이스X의 '스타링크'는 현재 궤도 상에 약 9500기 이상의 활성 위성을 운용 중이다. 이는 전 세계 가동 위성의 70%에 육박하는 비중이다. 스페이스X는 최종적으로 4만2000기까지 스타링크 위성을 늘릴 계획이다.

중국 역시 '우주 굴기'를 앞세워 거세게 추격하고 있다. 중국판 스타링크로 불리는 '천범(Thousand Sails)' 프로젝트는 2030년까지 1만5000기의 위성을 우주 궤도에 올려놓는 것을 목표로 하고 있다. 특히 중국은 최근 국제전기통신연합(ITU)에 총 20만3000대에 달하는 저궤도 위성 배치 계획서를 제출하며 사실상 궤도 점유권 확보를 위한 '물량 공세'에 나선 상태다.

문제는 늘어나는 위성만큼 버려지는 쓰레기도 많아진다는 점이다. 수명이 다한 위성이나 발사 과정에서 발생한 로켓 부스터 잔해들은 시속 수만㎞로 궤도를 돌며 실제 운용 중인 위성 등을 파괴하는 덫이 될 수 있다.

"하늘이 쓰레기에 뒤덮일라"…인명 피해 우려에 실시간 감시망 시급

우주 쓰레기의 위협은 단순히 궤도 상의 충돌에 그치지 않는다. 대형 파편이 대기권에서 전소되지 않고 지상으로 떨어질 경우 인명 및 재산 피해로 직결될 수 있다. 실제로 최근 추락하는 잔해 중 일부는 독성이나 인화성이 강한 로켓 추진제를 포함하고 있어 환경 오염 우려까지 제기된다.

상층 대기 모델의 불완전성과 태양 플레어로 인한 대기 팽창 등으로 인해 고속 낙하하는 잔해의 위치를 정확히 맞추기는 매우 어려운 실정이다. 현재의 레이더 시스템만으로는 대기권 진입 후 시시각각 변하는 파편의 종착지를 완벽히 예측하는 데 한계가 있다는 의미다.

이러한 상황에서 '지진 관측망'을 활용한 추적 기술은 새로운 돌파구가 될 수 있다. 연구진은 향후 5년 내에 우주 쓰레기 재진입을 실시간으로 감지하는 자동화 시스템을 구축한다는 계획이다. 이미 미국 등 주요 국가 우주 기구들도 이 기술에 높은 관심을 보이고 있는 것으로 알려졌다.

우주 개발 속도가 쓰레기 제거 기술을 앞지르는 '케슬러 증후군(위성 간 연쇄 충돌로 행성 궤도가 쓰레기장으로 변하는 현상)'의 위기 속에서, 지상의 지진계가 인류의 머리 위를 지키는 새로운 방패가 될 수 있을지 주목된다.


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