인공위성을 위협하는 먼 우주 속 먼지 잔해

전문가들은 이번에 새로운 관측으로 인해 지금까지 몰랐던 더 높은 우주에 이제껏 몰랐던 수많은 우주파편들이 있다는 것을 발견했습니다.

 

우주 쓰레기

 

지금 우주는 우주 쓰레기 문제로 복잡한 상황을 맞이하고 있습니다. 1957년 10월 초 스푸트니크 1호가 발사된 이후 지구 궤도에서 활발하게 움직이고 있는 물체들을 추적하고 기록한 결과 분류된 물체의 수는 저지구 궤도(LEO)의 파편에서 지구로부터 35,786km 떨어진 정지궤도(GEO)의 위성에 이르기까지 2만 700여 개의 위성과 조각으로 늘어났습니다.

 

그러나 그것은 크기가 1센티미터보다 큰 100만 개의 파편들 중 아주 작은 일부분에 불과하다는 것을 발견했습니다. 워릭 대학의 새로운 연구는 특히 정지궤도(GEO) 인구가 잘 알려지지 않았다는 것을 확인할 수 있는 좋은 계기가 되었습니다. 이 연구에서 확인된 대부분의 물체는 알려진 우주 파편의 카탈로그에 있는 물체들과 일치하지 않았습니다.

 

데브리스와치(DEBRISWATCH)

 

데브리스와치(DEBRISWATCH)라고 불리는 이 연구는 워윅(WarwickUK's) 대학교와 국방과학기술연구소(Defence Science and Technology Laboratory)의 공동작업으로 진행되었습니다. 이 연구는 스페인 카나리아 제도의 라팔마(LA PALMA)에 같은 위치에 설치된 2.54미터의 아이작 뉴턴 망원경과 0.36미터의 우주탐사기로 정지궤도(GEO)에서 우주의 먼지 잔해를 찾는 작업이었습니다.

 

비록 정지궤도(GEO)의 넓이가 굉장히 크다고 하더라고, 이 역시 적도 지방에만 국한되어 있습니다. (대오리온 성운을 포함한 하늘의 일부 지역은 특정 시기에 정지궤도의 인공위성과 충돌해 폭발하는 천체사진이 많이 찍힐 정도로 악명이 높습니다)

 

정지궤도의 인공위성과  잔해를 추적하기 위해 연구원들은 적도의 추적을 잠시 끄고, 별들이 시야에서 보이는 범위 내에서 움직이는 것을 관측하는 반면, 정지궤도의 인공위성 및 잔해들에 대한 핀 포인트를 추적하고 있습니다. 그들은 정지궤도의 물체를 +21광도로 통합된 시각적 데이터를 확인할 수 있었습니다. 

 

돈 플라코(University of Warsick)는 "정지궤도(GEO)에서는 물체가 비교적 예측이 가능한 속도로 움직이고 있다"라고 이야기합니다. 또 "주요 혼란은 고/중간 지구궤도의 위성이지만 이마저도 비교적 쉽게 제거가 가능하다"라고 이야기하고 있습니다.

 

천문학자들은 물체를 가로세로 10센티미터까지 추적했는데, 이들의 탐지 중 75%가 미국 전략사령부의 우주 추적 카탈로그에 있는 세상에 알려진 물체와 일치하지 않는다는 것을 발견했습니다. 시간이 지남에 따라 많은 물체의 밝기는 변했는데, 이것은 물체가 궤도에서 회전하고 추락하고 이동하고 있다는 것을 말해주는 표시입니다.

 

정지궤도의 잔해의 문제

 

정지궤도의 이물질은 시간이 지나며 서로 충돌하고 그에 의해 파편이 떨어짐에 따라 쌓이게 됩니다.

인공위성을 궤도에 올려놓기 위해 했던 많은 오래된 추진을 위한 로켓인 부스터들은 시간이 지남에 따라 간단하게 해체됩니다. 그리고 저지구 궤도의 위성과 다르게 GEO의 위성은 지구로 돌아오며 대기 중에서 불타 없어지기에는 거리가 너무 멀었습니다.

 

최근 여러 차례의 분열과 붕괴는 이러한 고도에서 희미하게 작은 잔해들을 찾는데 도움이 되었다고 전문가들은 이야기합니다.

최근 시뮬레이션 결과에서 정지궤도(GEO)에서는 상대 속도가 여전히 초당 1km 수준일 수 있어 작은 파편이라도 활성 인공위성에는 큰 피해를 줄 수 있는 것으로 나타났습니다.

 

공상과학소설 작가 겸 미래학자 아서 C. 클라크는 처음으로 지구 궤도를 24시간마다 돌고 있는 GEO에 위성을 배치하는 효용성을 깨달았는데, 그것은 아래 행성의 동일한 경도와 보조를 맞출 것입니다. 2020년 3월 31일 현재 554개의 인공위성이 GEO에 배치되었는데, 그 목적은 날씨 예측과 통신에서 스파이 활동에 이르기까지 다양합니다.

 

정지궤도의 잔해들의 미래

 

미 전략사령부는 지구 상에 걸쳐 있는 우주 감시망(SSN)을 통해 LEO의 잔해 대부분을 추적하고 있습니다. 이 잔해들은 위성 6개와 지상 추적 기지 30개를 이용해 상황을 감시하고 있습니다. 인간이 만든 우주 쓰레기의 잔해 파편들은 1958년 3월 17일 발사된 뱅가드 1호기까지 거슬러 올라가게 됩니다. 

 

그러나 더 높은 궤도의 파편을 따라가는 것은 더 큰 공간에 강력한 레이더를 장착해야 하기 때문에 더욱 어렵습니다. 그러한 시스템은 존재하지만, 광학 추적 방식은 GEO에서 멀리 떨어진 위성을 추적하기 위해 선호되는 방법입니다. 우주 감시망은 GEO의 약 직경 1m까지의 물체를 추적하는 것만 가능합니다.

 

새로운 연구에서 개발된 방법과 알고리즘은 특히 새로운 시설들이 온라인에 접속됨에 따라 작고 먼 파편의 미래 추적을 재건하는데 큰 도움이 될 것입니다.

 

남대서양 어센션 섬에 위치한 한 연구소는 파편의 추적을 위해 1.3m 망원경을 사용하고 있습니다. 최근 오스트리아 우주연구소의 연구진들도 낮 시간대에 우주 잔해를 추적하는 독특한 능력을 입증했습니다.