영화 '그래비티'를 보면 우주쓰레기가 얼마나 강력하고 위험한지 체감할 수 있다. 우주기술 발전과 더불어 지구 궤도를 선회하는 우주폐기물의 양은 계속 증가하고 있다. 매우 중요한 업무를 수행하는 고가의 위성들이 우주폐기물과 충돌해 고장날 가능성도 커지고 있다.이에따라 지난 2007년 UN은 '우주폐기물 경감 가이드라인'을 정했다. 미국, 러시아 등 우주개발 선진 각국에서도 우주폐기물을 제거하는 여러가지 방식이 연구되고 제안되어왔으나 전반적으로 아직 기술적 성숙도가 미흡한 상황이다. 우주폐기물의 현황과 제거방법을 살펴본다<편집자주, 자료협조 ; 한국항공우주연구원>

우주폐기물은 어떻게 처리할까?

첫째 제거하는 주체에 따라 우주로 쏘아올린 인공물의 수명이나 용도가 다됐을때 스스로 폐기하는 PMD(Post-Mission Disposal)방식과 다른 주체가 우주 폐기물을 제거하는 ADR(Active Debris Removal)방식이 있다.

제거대상이 되는 개체수에 따라 하나의 청소위성이 하나의 우주폐기물을 제거하는 원투원(One to One)방식과 여러개의 우주폐기물을 처리하는 원투매니(One to Many)방식이 있다.

처리하는 방식에 따라 대기권에서 마찰열에 의해 소각시키는 디오빗(Deorbit)방식과 인공위성이 사용하지 않는 궤도로 올려보내는 방식이 있다.이밖에 우주폐기물의 크기에 따라 대형 우주폐기물에 적합한 방식, 소형 폐기물에 적합한 방식, 그리고 폐기물과 접촉하는 접촉식과 비접촉식 등으로 기준에 따라 나눌 수 있다.

스스로 폐기하는 방식(PMD)

PMD방식은 가장 간단한 방식이다. 임무 종료시점에 우주물체가 연료를 남겨서 추력기를 이용해 대기권으로 진입하거나 위성궤도 밖으로 이동하는 것이다. 이것이 여의치 않을 경우에는 태양돛, 풍선, 밧줄 등 여러가지 방법을 이용해 스스로 폐기하게된다.

태양돛은 최소부필고 접은 상태로 인공위성이나 로켓상단에 부착시킨다음 임무 종료시 펼치게된다. 이로써 많은 항력이 유발되어 우주쓰레기의 속도가 감소되고 더불어 궤도도 점점 낮아지게 돼 최종적으로 대기권에서 마찰열에 의해 소각된다. 태양돛은 발사하기전에 부착하는 것이 효율적이다.

풍선방식은 글로벌 에어로스페이스사가 개발하고 있는 방식으로 거대한 풍선과 보조장치를 이용한 것이다. 이 풍선은 얇게 접고 펼 수 있으며 팽창시 수백배의 공기저항을 유발시킨다. 풍선의 재질이 얇아 진공인 우주환경에서 작은 양의 가스로도 팽창이 가능하며 미세한 유성체에 의해 구멍이 생겨도 기체공급장치로 쉽게 형태를 유지할 수 있다. 이 장치는 작은 상자에 담겨 위성이나 로켓상단에 장착된다. 로켓이 궤도를 이탈할 즈음에 풍선은 지름 100m정도로 커진다.

풍선을 이용해 공기저항을 증가시킨다는 것으로 예를들어 고도 905km를 선회하는 러시아 로켓 SL-8의 2단에 100m크기의 풍선을 부착시킬 경우 대기권에 2년안에 진입하게된다. 이는 아무런 조치를 취하지 않을 경우 200년후 진입하게되는 것을 100분의 1로 단축시킨 것이다.

밧줄은 전기력 밧줄을 이용한다는 것으로 JAXA 등 미국의 민간업체들이 개발중인 것이다. 이 방법은 임무 종료시 위성이나 발사체 상단에서 전도성 밧줄이 내려오게하고 지구 자기장의 영향을 받아 우주쓰레기의 속도가 저하돼 최종적으로 대기권에서 마찰열로 소각된다는 원리다.

다른 주체가 우주폐기물을 제거하는 ADR방식

ADR방식은 PMD방식보다 기술적 난이도나 비용면에서 불리하다. 특히 ADR방식은 많은 경우 청소위성이 우주쓰레기에 근접 가능한 상태가되도록 위치, 속도, 각속도를 조정하는 랑데뷰 기술이 기본으로 필요하다. 특히 접촉식 방식을 채택할 경우 우즈쓰레기의 자세와 비정상적인 회전까지 고려해 포획해야한다.

만일 비우호적으로 운동하는 우주쓰레기를 정확하게 포획하지 못할 경우 충돌에 의해 우주쓰레기를 오히려 양산할 수 도 있다.

일반적으로 접촉식 방식은 우주쓰레기를 지구 대기권으로 진입시키거나 원하는 장소로 옯기는 데 있어서 비접촉방식보다 조정능력상 우수하다.

우주쓰레기를 제거하는 개수에 있어서도 다수를 한꺼번에 처리하는 방식이면 좋겠지만 하나씩 처리하는 방식도 장점이 있다. 다수를 한꺼번에 제거하기위해서는 많은 양의 연료가 불가피하게 필요하기 때문이다.

자료협조 ; 우주폐기물 제거방식에 대한 고찰(최준민)