서울대학교 그랜드퀘스트

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지구 저궤도(LEO)는 한때 텅 빈 공간으로 여겨졌지만, 이제는 인류가 쏘아 올린 수많은 인공위성과 그 부산물들이 끊임없이 오가는 복잡한 교통로가 되었다. 위성 통신, 기상 관측, GPS, 지구 환경 모니터링 등 우리가 일상적으로 사용하는 많은 기술들은 이 궤도에서 운영되는 위성에 의존하고 있다. 하지만 지난 수십 년 동안 우주 활동이 활발해지면서, 임무가 끝난 위성과 로켓 잔해, 충돌과 폭발에서 나온 파편이 서서히 쌓여 이제는 우주가 거대한 쓰레기장으로 변해가고 있다.

특히 문제는 보이지 않는 작은 파편들이다. 현재 국제적으로 우주상황인식(SSA)과 우주교통관리(STM) 체계를 통해 추적되는 우주 잔해는 주로 지상 레이더로 관측 가능한 직경 10 cm 이상의 물체에 한정된다. 하지만 그보다 더 위험한 것은 1 mm에서 10 cm 사이의 미세 파편들이다. 이 파편들은 작아서 정확한 위치를 실시간으로 파악하기 어렵지만, 시속 수만 km의 속도로 움직이기 때문에 작은 조각 하나만 위성의 태양전지판을 스쳐 지나가도 구멍을 내고 기능에 치명적인 손상을 입힐 수 있다. 미세 파편은 국제우주정거장(ISS)의 외벽에서도 충돌 흔적이 확인될 만큼 널리 퍼져 있으며, 그 수는 지속적으로 증가하고 있다. 이러한 누적은 장기적으로 ‘연쇄 충돌(Kessler syndrome)’을 일으켜 우주 환경을 통제할 수 없게 만들 위험까지 가진다.

지금까지 제안된 우주 쓰레기 제거 기술은 대부분 큰 잔해를 개별적으로 포획하는 방식이었다. 예를 들어 로봇팔이나 자석을 이용해 잔해를 직접 포획해 대기권으로 재진입시키는 방식이 있으나 정밀 제어와 높은 비용이 필요하다. 또한, 레이저를 이용해 잔해의 궤도를 점진적으로 낮추는 방법이 있으나 비접촉 제어가 가능하지만, 에너지 효율이 낮아 실용화가 어렵다. 마지막으로 전도성 테더에 전류를 흘려 자기장을 이용해 감속시키는 방식이 연구되고 있으며, 추진제 없이 장기 운용이 가능하나 환경 변수에 따라 성능이 불안정하다. 이런 기술들의 공통적인 문제점은 한 번에 하나의 잔해만 처리할 수 있으며, 많은 연료와 비용이 들고, 정밀한 접근 및 제어가 필수적이어서 작고 수가 많은 파편 문제를 해결하기에는 근본적인 한계를 가지는 것이다. 결국 현재의 방식은 마치 바다에 떠다니는 미세 플라스틱을 집게로 하나씩 건져내려는 것과 다를 바 없다.

여기서 새로운 관점이 필요하다. 바다를 깨끗하게 하는 방법에서 힌트를 얻을 수 있다. 해양 쓰레기 수거 기술은 바닷속을 무작정 뒤지는 것이 아니라, 해류와 바람의 흐름을 분석하여 자연적으로 쓰레기가 모이는 지점을 찾고, 그 지점에 부유식 수거 장치를 배치하는 방식으로 발전해왔다. 즉, 환경의 움직임을 ‘이해’하고, 그 흐름을 이용하는 방식이다.

우주에서도 마찬가지다. 우주 물체의 궤도는 대기 저항, 태양 복사압, 중력 교란 등 다양한 힘에 의해 서서히 변화한다. 이러한 변화 패턴을 관측하고 학습한다면, 시간에 따라 파편이 모여 밀도가 높아지는 지역을 예측할 수 있다. 이를 기반으로 여러 대의 소형 위성이 서로 협력하며, 광학, 레이더, LiDAR 등의 센서를 사용해 파편의 분포를 감지하고, 인공지능이 데이터를 분석해 앞으로 위험이 커질 가능성이 있는 궤도 구역을 먼저 찾아갈 수 있다.

위성들은 전기추진 시스템을 이용해 적은 연료로 효율적으로 움직이고, 알고리즘을 통해 임무 중 서로 간의 간격과 역할을 자동으로 조정하며, 필요한 경우 자석, 정전기 포집 장치나 저속 포획망 등을 활용해 파편을 수거하거나 위험 밀집 구역을 완화할 수 있다. 이는 단순히 쓰레기를 주워 담는 것이 아니라, 우주 환경을 스스로 감시하고 정화하는 능력을 가진 새로운 ‘궤도 생태계 관리 자율 시스템’을 만드는 접근이다.

우주가 더러워지면 결국 우주를 사용할 수 없게 된다. 위성이 안전하게 날아다닐 수 없고, 새로운 탐사도 어려워지며, 심지어 지구 주변의 접근 자체가 제한될 수도 있다. 지금 필요한 것은 기술만이 아니라, 우주를 공유 자원으로 관리한다는 인식과 장기적 관점이다. 바다를 지키기 위해 인간이 기술과 자연의 흐름을 함께 고려했듯이, 우주 또한 이해하고 배려하며 지켜나가야 한다. 그것이 미래 세대가 우주에 접근할 수 있는 권리를 지키는 길이다.