우주 쓰레기가 온다 : 지속 가능한 평화적 우주 활동을 위한 안내서

최은정

우주과학자.한국천문연구원우주위험연구실장.
연세대학교천문대기과학과를졸업하고,동대학원천문우주학과에서인공위성충돌위험연구로석사학위를,인공위성의궤도결정연구로박사학위를받았다.한국항공우주산업㈜에서는아리랑2호등인공위성에탑재되는소프트웨어를,쎄트렉아이㈜에서는두바이위성등해외로수출하는인공위성을개발하는우주공학자로일했다.현재는한국천문연구원우주위험감시센터에서인공위성과우주쓰레기의추락과충돌등위험을예측하고분석하는우주과학자로일하고있다.2014년부터매년유엔외기권의평화적이용을위한위원회에한국대표단으로도참여하고있다.

논문에서분석한이리듐인공위성의충돌상황이10년뒤실제로일어나인공위성간의충돌을예견한사례가되기도했으며,2018년에는중국우주정거장톈궁1호의추락궤도를예측하며한국정부가위험상황에침착하게대응하는데기여했다.

〈그래비티〉나〈승리호〉같이우주쓰레기로인한재난이발생하지않도록우주를감시하는일을한다는데자부심이크다.지구와우주의평화를지키며지속가능한우주활동을해나가는데더많은이가함께하길바라는마음을『우주쓰레기가온다』에담았다.

프롤로그:지구밖의쓰레기가인류를위협하고있다

1부뉴스페이스시대,붐비는우주
1지구를둘러싼우주쓰레기
우주에도인간은쓰레기를남긴다│우주에남겨진가장오래된인공위성│인공위성을쏘아올린로켓의잔해들│우주쓰레기에도이름과번호가있다│인공위성은언제든폭발할수있다│충돌과파괴로생기는파편들

2우주공간은어떻게변했을까?
우주에서가장혼잡한곳,저궤도│한정된우주명당,정지궤도│지구에서달로가는길,시스루나│우주에두고온타임캡슐

3인공위성이우주쓰레기가되기까지
인류가우주로나가는이유│인공위성도무덤이있다│지구에있는우주쓰레기처리장

4밤하늘을가득메운인공위성의습격
올드스페이스에서뉴스페이스로│소형위성전성시대│별빛을가로막는인공위성
2021스페이스오디세이우주산업의장밋빛전망과그림자

2부떨어지고충돌하는우주로부터의위험
5지구로추락하는우주물체들
밤하늘을가로지르는빛의정체│인공위성의최후,떨어지거나버려지거나│우주쓰레기를떨어뜨리는힘│인공위성이지구로떨어진다면?│지구로떨어진우주발사체의잔해들│거대우주물체,우주정거장의추락│인공위성이한국에떨어질확률│우주쓰레기에사람이맞을확률
2021스페이스오디세이톈궁1호의추락을예측하라,위성추락상황실

6충돌하는인공위성과우주쓰레기
가장위험하고파괴적인쓰레기│위성과위성이충돌하다,우주교통사고│우주재난최악의시나리오

7우주위험을감시하라
우주위험을막기위해가장먼저해야할일│광학망원경으로우주를감시하는방법│레이더로우주를감시하는방법│레이저로우주를감시하는방법
2021스페이스오디세이우주물체의궤도를예측하라

3부지속가능한평화적우주활동을위한안내서
8인류가우주에서지켜야할규범
누가우주의주인일까?│우주쓰레기도주인이있다│공유지의비극
2021스페이스오디세이미래의우주를위한네가지관점

9우주쓰레기를줄이기위한인류의노력
우주를떠다니는비닐봉투가있다?│우주쓰레기경감가이드라인

10우주쓰레기,어떻게처리할것인가
우주쓰레기,청소해드립니다│우주쓰레기를처리하는방법│인공위성을폐기하는올바른방법

11우주로나가는기회를만드는올바른방식
우주상황인식이필요한때│우주에도교통관리가필요하다│한국의인공위성을보호하라│우주안보가중요한이유
2021스페이스오디세이우주의안전과평화를지키는우주군

에필로그:미래의우주활동가를위한지속가능한우주를꿈꾸며

참고문헌
추천의말

우주연구현장의최전선에서있는한국우주과학자의첫책
우주감시전문가로서생생히목격하고내다본우주의혼란과미래

2018년4월,중국의우주정거장톈궁1호가통제불가능한상태로지구로떨어졌다.당시톈궁1호가지구로재진입하는과정에서한국이추락예측범위에들었고,언론을통해이사실이알려지면서국민들의관심과우려가커졌다.8.5톤무게의버스크기만한톈궁1호의잔해가사람들이사는곳에떨어진다면큰피해가발생할수도있는위험한상황이었다.세계각국은실시간으로그추락궤도를예측하며혹시모를피해에대비했고,한국또한위성추락상황실을운영하며만반의준비를했다.저자최은정은당시급박하게돌아가던위성추락상황실에서톈궁1호의최종추락범위와시각을예측하며위험상황에침착하게대응하는데기여했다.톈궁1호추락은효용을다한인공우주물체,즉우주쓰레기의추락이우리에게실질적인위협이될수도있음을체감하게한사건이었다.
우주쓰레기의위협은점점현실이되고있다.지구궤도에떠다니는우주쓰레기만2만여개이며,그중매년평균400여개이상이지구대기권으로떨어지고있다.대기권에서불타사라지는것들도있지만,파편이남아지상까지떨어지는것들도있다.60여년이넘는시간동안인류가개척해온우주의뒤편에는쓰레기가남고있었고,그쓰레기들이다시지구로되돌아오고있는것이다.
전세계의각국가는인공위성과우주쓰레기의수를파악하고그움직임을예측하기위한우주감시시스템을구축하기위해노력하고있다.가장대표적인우주감시시스템으로는미국연합우주작전센터(CombinedSpaceOperationCenter,CSpOC)에서운영하는우주감시네트워크(SpaceSurveillanceNetwork,SSN)가있다.우주감시네트워크에서는발견된모든인공우주물체에대해일련의식별번호를부여해목록화하고있다.운용중인인공위성뿐만아니라우주쓰레기가된채궤도를떠다니는파편들에까지번호가매겨져있는것이다.
우주감시네트워크는광학망원경과레이더를이용해지름이10센티미터이상인인공우주물체를찾아낼수있다.지금까지발견된수는총4만8000여개,그중인공위성이1만1000여개이고,우주쓰레기가3만7000여개다.등록된우주물체가운데지구대기권으로추락해사라진2만5000여개를제외하면현재지구궤도에는2만3000여개의인공우주물체가있다.그중에서도운용중인인공위성은10퍼센트이고,나머지90퍼센트가모두우주쓰레기다.만약발견되지않은우주쓰레기까지모두찾아낼수있다면그수는1억개가넘을것으로본다.
미국만큼대대적인우주감시시스템을갖춘나라가없기에대부분의국가는인공우주물체정보를미국에의존하고있다.톈궁1호추락사건당시에도한국은미국에서공개하는정보를받아분석했다.물론한국의분석능력자체는우수해서다른국가보다더빠르고정확한예측을내놓을수있었다.하지만자체적인정보를생산할수없다는점은명백한한계이고,이를극복하기위해한국도자체적인우주감시시스템을구축하고있다.
한국의우주감시시스템은‘아울넷(OWL-Net)’이라고불리는우주물체전자광학감시네트워크(SpaceObjectWide-fieldpatroLNetwork)를구축했다.아울넷은광학망원경다섯대로구성된시스템으로,각각의망원경은전세계곳곳에흩어져설치되어무인으로운영되고있다.설치된망원경을한국천문연구원에서원격으로조정해데이터를수집한다.

지구궤도를떠다니며끊임없이움직이는우주물체의위치를파악한다는것은현재의기술로서도쉬운일이아니다.하지만인류는계속해서우주감시기술을발전시키며안전한지구와우주에서의활동을위해노력하고있다.《우주쓰레기가온다》에서는인류의우주감시역사에서부터미국과한국등각국의우주감시시스템현황그리고다양한우주감시기술의장단점을소개하고있다.아무나접하기어려운깊이있는내용이지만,누구나알기쉽게설명해주어우주애호가부터전문가까지모두만족시킬만하다.
추락과충돌등우주로부터의위험을감시하고예측하는일은지구와우주의평화를지키는일이기도하다.우주감시현장에서일하는우주과학자들은실제로영화속주인공같은일을하고있는것이다.저자는우주쓰레기를연구하며우주감시현장의최전선에서오랜시간일해왔다.현장에서얻은경험과통찰로점점더심각해질우주쓰레기문제와그로인한위험을누구보다생생하게전하고있다.

군비경쟁부터우주비즈니스까지우주개발의역사
우주환경을위협하는우주쓰레기를다룬유일한책

바야흐로대우주시대다.정부주도의군비경쟁성격을띤미국과소련의우주개발이주를이뤘던‘올드스페이스’시대를지나개인과민간이자유롭게우주로향하는‘뉴스페이스’시대가열렸다.일론머스크의스페이스엑스는한번에수십대의스타링크위성을쏘아올리고있고,그에질세라제프베조스의아마존도우주개발에더욱박차를가하고있다.민간기업들의주도로우주공간의상업적이용이더욱활발해지고있다.우주공간으로쏘아올린인공위성들은이제인류의실생활깊숙이영향을미치고있으며우리는더이상인공위성없는생활이불가능한시대에살고있다.
1957년스푸트니크1호발사이후우주를향한인류의꿈은계속되었고,그로인해지구궤도에는인공위성이빼곡히들어찼다.언제나광활할것만같은우주이지만,인류가실제로사용할수있는우주공간은한정되어있다.특히인공위성을쏘아올릴수있는지구궤도는더욱한정적이다.60여년넘게지속되고있는인류의우주개발로인해우주는점점더혼잡해지고있다.
지구적도면을따라고도3만5800미터는정지궤도영역이다.이궤도에서는인공위성의공전주기가지구의자전주기와일치하기때문에특정지역을위한서비스를하는위성,즉통신·방송·기상등의임무를수행하는위성이주로위치한다.정지궤도영역은특히한정되어있기때문에수명을다한인공위성이그대로궤도에남아있다가는새로운인공위성이자리잡을곳이없어진다.그래서정지궤도위성들은임무를완수하면지구대기권으로재진입하거나폐기궤도로이동해우주쓰레기가된다.
지구궤도를떠다니는인공위성과우주쓰레기의수가많아짐에따라지구궤도에서두물체가충돌하는우주교통사고도빈번히일어나고있다.우주쓰레기로궤도를돌고있던코스모스2251호와운용중이었던위성이리듐33호가실제로2009년충돌했다.이사고는총2400여개의파편을발생시켰고,이파편들은수십에서수백년까지궤도를떠돌것으로보인다.이러한작은파편들은아주빠른속도로궤도를돌기때문에운용중인다른위성에까지피해를입힐수있다.실제로허블우주망원경의태양전지판에는작은파편들의충돌로인해7년간500여개의충돌자국이생겼다.
우주쓰레기의증가로지구궤도는점점더붐비고위험해지고있다.지구밖을향한인류의꿈을실현하는과정이아이러니하게도우주로가는길을막는결과로이어지고있다.《우주쓰레기가온다》에서는인류의우주개발역사부터뉴스페이스시대에들어서빠르게변화하고있는우주풍경을생중계하듯안내한다.인공위성과우주쓰레기가늘어난지구주변의모습은그자체로장관이다.허나그풍경속에서우리가무엇을놓치고있는지되돌아보아야할때다.

뉴스페이스시대인류가맞닥뜨린새로운환경문제
우주의개발과평화를지속하기위해풀어야할숙제들

인류의활동범위가우주로확장되고있다.우주를향한꿈과이를실현하기위해발전하는과학기술은인류를점점더자유롭게우주공간에드나들수있게해줄것이다.우주공간은이제개발혹은탐사의대상일뿐만아니라인류가활동하는공간이되어간다.그러므로늘어나는우주쓰레기문제는인류에게실질적인위협이다.실제로우주정거장에거주하는우주인은우주쓰레기의위협을가장가까이서느끼고있다.사람을태우고달로,화성으로향하는유인우주선도점점늘어나고있다.영화〈그래비티〉같은재난이언제일어날지모른다.
우주공간에대한이해를위해서는‘공유지의비극(tragedyofthecommons)’현상을떠올릴필요가있다.공유지,즉어떠한자원을자유롭게사용할수있을때모든이가이기적인방식으로남용하게되어결국그자원이고갈되거나파괴되어이를이용하고자하는모두에게안좋은결과로돌아오게되는현상을말한다.우주공간또한특정국가나개인이소유권을주장할수없는일종의공유지다.어떠한합의나규제없이모두가자유롭게사용하도록놔둔다면지구궤도는일부우주개발선진국이나민간기업이독차지하게될것이다.우주개발후발국들에게는인공위성을쏘아올릴기회조차없어질지도모른다.또한우주공간을무분별하게사용하기만하고우주쓰레기에대한책임을지지않는다면우주재난최악의시나리오,케슬러신드롬이실현될수도있다.인공우주물체간의무작위적인충돌이연쇄적으로일어나파편의수가기하급수적으로증가해우주로나가는길이영영막힐수도있다.
다행히인류는이러한문제를인식하고지속가능한평화적우주활동을위한방법들을찾아나가고있다.전세계가소통과합의를통해우주활동에대한규제를만들고이를지키려노력하고있다.2007년유엔외기권의평화적이용을위한위원회(이하‘COPUOS’)에서는‘우주쓰레기경감가이드라인’을발표했다.‘우주쓰레기경감가이드라인’에서는우주쓰레기를줄이기위해우주개발과정에서지켜야할일곱가지지침을제시하고있다.비록아직강제성이없는‘지침(guideline)’일뿐이지만,이지침을바탕으로각국가가자국만의법률과정책을제정하고있다.
베스파를수거하는청소위성상상도.(ClearSpaceSA)
우주쓰레기를더이상늘리지않는것이가장중요하겠지만,이미지구궤도를떠다니는우주쓰레기를안전하게처리하는기술또한계속해서연구되고있다.궤도에있는우주쓰레기를처리하는방식에는크게두가지가있다.첫째는인공위성이수명을다했을때스스로폐기를실행하는‘임무후처리(Post-MissionDisposal,PMD)’방식,둘째는청소용위성을내보내파편을직접수거하는‘능동적제거(ActiveDebrisRemoval,ADR)’방식이다.언론에소개되는사례대부분은능동적제거방식이다.영화〈승리호〉에나오는장면처럼궤도를도는우주쓰레기에직접접근해포착하는방식을떠올리면이해가쉽다.실제로스위스의민간기업클리어스페이스는지구궤도를떠도는우주쓰레기‘베스파(Vespa)’를청소하는임무를맡아로봇팔이달린청소위성을쏘아올릴계획이다.
이밖에도인류는새로운활동무대인우주공간을평화적으로이용하기위한여러노력을해나가고있다.우주공간에서위험을인식하고대처하기위한‘우주상황인식’그리고이를바탕으로한‘우주교통관리’체계를마련하고있다.책에서는첨단의과학기술을바탕으로한지속가능한우주개발의사례와우주쓰레기를줄이기위한기술적·정책적접근그리고평화적우주이용을위한국제협력들을망라하여소개하고있다.

우주쓰레기는사실상가장위험하고파괴적인쓰레기다.작은크기의파편이라도빠른속도로움직이며충돌하고추락하기때문에파괴적인힘을갖고있다.그리고그러한힘을지닌채,비유적인표현이아니라실제로,우리에게되돌아온다.우주쓰레기는우리가버린것들이언제고다시우리에게되돌아온다는아주단순한교훈을직관적으로보여준다.그리고때론그렇게되돌아온것들은우리자신을파괴할수도있다.
우주공간을환경의관점에서바라보고,우주쓰레기문제를인류가맞닥뜨린또다른환경문제로바라보는저자의시선은그래서소중하다.우주공간을이제는인류가활동하는공간,우리를둘러싼‘환경’으로인식해야한다.그래야만우주쓰레기문제에대한대책을마련하고지속가능한방향으로우주활동을할수있는길을모색할수있을것이다.《우주쓰레기가온다》는이러한인식의전환,우주공간을새로운시각으로바라보는데도움을줄것이다.