우주 쓰레기

3. 위협

우주 쓰레기는 지구 궤도를 도는 인공위성이나 유인 우주선에 큰 위협이 된다. 작은 파편도 매우 빠른 속도로 움직여 충돌 시 큰 피해를 줄 수 있다.^[288][289] 우주 공간의 페인트 조각 하나가 지구에서 250kg 물체가 시속 100km로 충돌하는 것과 맞먹는 충격을 준다는 연구 결과도 있다.

3. 1. 인공위성과의 충돌

• 1991년 12월 말 - 1988년에 발사된 소련의 코스모스 1934호에 코스모스 926호의 파편이 충돌했다.^[278]
• 1996년 7월 - 프랑스의 인공위성 스리즈(Cerise)가 아리안 로켓이 파괴되었을 때 발생한 우주 쓰레기 중 하나와 충돌하여, 위성 본체의 일부가 새로운 우주 쓰레기가 되었다. 이는 카탈로그 물체 상호 간의 최초 충돌이다.
• 2005년 1월 17일 - 1974년에 발사된 미국의 로켓 상단과 1999년에 발사되어 2000년에 폭발한 중국의 로켓 파편이 남극 상공에서 충돌했다.^[278]
• 2006년 3월 - 러시아의 정지궤도위성익스프레스 AM11(Express-AM11)가 우주 쓰레기와의 충돌로 기능 장애를 일으켜 정지궤도에서 묘지궤도로 이동한 후 운영을 종료했다.
• 2009년 2월 12일 - 기능 정지 상태였던 러시아의 군사 통신위성코스모스 2251호와 당시 이리듐사가 운영 중이던 통신위성 이리듐 33호가 충돌했다. 이 충돌로 최소 500개 이상의 우주 쓰레기가 발생했다.^[279] 이후 조사에서 코스모스 2251호 1,267개, 이리듐 33호 521개의 파편이 발생한 것으로 보고되었다.^[258] 이는 비의도적인 인공위성 본체 상호 간의 충돌로는 세계 최초의 사건이다. (2009년 인공위성 충돌 사고 참조)
• 2013년 1월 22일 - 러시아의 소형 위성 BLITS가 파편과 충돌하여 위성이 사용 불능이 된 것이 같은 해 3월 8일에 발표되었다. 처음에는 2007년에 파괴된 중국의 위성 풍운 1호 C의 파편과의 충돌로 생각되었으나,^[280] 나중에 미확인 우주 쓰레기와의 충돌이었던 것으로 밝혀졌다.
• 2013년 5월 - 에콰도르의 초소형 위성 페가소가 구소련이 발사한 로켓 주변에 떠돌던 우주 쓰레기 구름과 충돌한 것으로 보이며(로켓 본체와의 충돌은 아니었음), 제어 불능 상태가 되었다.^[281]

3. 2. 미세 우주 쓰레기

이 외에도 미르(Mir)와 국제 우주 정거장(ISS)에서 회수된 것들도 분석되고 있다.

3. 3. 지상으로의 낙하

• 새턴 V형 로켓의 2단 S-II - 1975년 1월 11일 대기권에 재돌입. 태평양 상에 낙하
• 스카이랩 - 1979년 재돌입. 오스트레일리아 서부
• 살류트 7호 - 1991년 2월 7일 재돌입. 태평양의 무인 지역에 낙하
• 우주왕복선 컬럼비아호 - 2003년 2월 1일 귀환 시 공중분해되어 낙하. 자세한 내용은 컬럼비아호 공중분해 사고 참조.
• 창정 5호 B의 1단계 - 2020년 5월 11일 지상에 낙하^[282]
• ISS의 하드웨어 일부 - 2024년 3월 미국 플로리다주의 민가에 낙하^[283][284]

4. 감시

지구 근처의 잔해 등을 관측하여 충돌을 방지하는 활동은 우주 상황 인식(SSA)이라고 불린다. 북미항공우주방위사령부(NORAD)의 우주 감시 네트워크(Space Surveillance Network, 약칭: SSN), 러시아의 우주 감시 시스템(Space Surveilance System, 약칭: SSS) 등에서는 약 10cm 이상의 비교적 큰 잔해를 목록으로 만들어 상시 감시를 하고 있다. 일본에서도 미세이 스페이스가드센터(BSGC), 카미사이하라 스페이스가드센터(KSGC) 두 곳에서 잔해 감시를 하고 있으며, 항공자위대 우주작전대에서도 잔해 감시를 할 예정이다. 목록에 등록된 잔해는 약 9,000개에 달하며, 1mm 이하의 미세 잔해까지 포함하면 수백만 개 또는 수천만 개로 추정된다.

미국이 운영하는 '우주 감시 네트워크'(SSN)는 고성능 우주감시 레이다 26대와 지름 2m 이상의 대형 우주감시 망원경 3대를 통해 지름 10cm가 넘는 우주 쓰레기를 파악한다.^[290] 이 측정은 원거리 관측 자료이기에 40~50m 오차가 있을 수 있다.^[288]

우주 쓰레기는 우주 활동 국가와 비우주 활동 국가 모두에 영향을 미치는 전 지구적 문제이므로, 전 세계적인 차원에서 해결해야 한다.^[220] 우주선, 우주 쓰레기, 운석 등의 물체 움직임의 복잡성과 역동성 때문에 미국, 유럽, 러시아, 중국을 포함한 많은 국가와 지역에서 우주 공간의 잠재적 위협을 피하거나 사전에 조치를 계획하기 위해 우주 상황 인식(SSA)을 개발해 왔다.^[224] SSA는 어느 정도 우주 쓰레기를 추적하는 데 역할을 한다. 강력한 SSA 시스템을 구축하려면 국제 협력과 정보 및 데이터 교환이라는 두 가지 전제 조건이 필요하다.^[224] 그러나 지난 수십 년 동안 데이터 품질이 향상되었음에도 불구하고 한계가 존재한다. 일부 우주 강국은 수집한 정보를 공유하려 하지 않고, 미국과 같이 데이터를 공유하는 국가들도 일부 정보를 비밀로 유지한다.^[225] 조정된 방식으로 참여하는 대신, 많은 SSA 프로그램과 국가 데이터베이스가 서로 중복되면서 병행적으로 운영되어 협력적인 모니터링 시스템 구축을 저해한다.^[225]

일부 민간 기업들도 SSA 시스템을 구축하려 하고 있다. 예를 들어, 2009년에 설립된 우주 데이터 협회(Space Data Association, SDA)는 비정부 기구이다. 현재 전 세계 21개 위성 운영업체와 유텔샛(Eutelsat), 인마샛(Inmarsat), 인텔샛(Intelsat), SES(SES (company)) 등 4개의 집행위원으로 구성되어 있다. SDA는 비영리 플랫폼으로, 운영업체의 데이터를 독립적으로 통합하여 무선 간섭과 우주 충돌을 피하는 것을 목표로 한다.^[224] 연구자들은 SSA 네트워크가 우주 쓰레기 추적 시스템과 완전히 동일하지 않기 때문에(전자는 우주에서 활동적이고 위협적인 물체에 더 중점을 둔다) 우주 쓰레기에 대한 정보를 교환하기 위한 국제 센터를 설립하는 것이 필수적이라고 제안한다.^[226] 우주 쓰레기의 개체 수와 고장난 위성에 관해서는 소수의 운영업체만이 데이터를 제공했다.^[226]

5. 발생 원인

• '''로켓 분리''' 과정에서 발생하는 파편
• '''우주유영''' 중 분실되는 물품: STS-88 임무 중 분실된 열 보호막 등이 있다.
• '''기타''': 위성의 열 제어에 사용되는 냉매 누출, 고체 로켓 모터 연소 시 발생하는 미세 입자, 페인트 조각 등

5. 1. 의도적인 파괴

• FY-1C 요격 (중국)
• PL-19 누돌(Nudol) 시험 (러시아)
• USA-193 요격 (미국)
• 명시되지 않은 실제 위성 요격 (인도)^[66]

5. 2. 브레이크업 (Break-up)

• 인공위성의 의도적인 파괴: 위성 공격 무기(ASAT) 실험에 의한 파괴나, 군사 위성 등 노후화된 인공위성이 다른 국가의 영토에 낙하하는 것을 막기 위해 지령 파괴함으로써 다량의 우주 쓰레기가 발생한다.
• 냉전 이후, 미국과 소련은 경쟁적으로 인공위성 파괴 실험을 실시하여 수백억 개에 달하는 우주 쓰레기를 발생시켰다.
• 1985년 9월, 미국은 F-15 전투기에서 미사일을 발사하여 P78-1 Solwind 위성을 파괴했다. 이로 인해 고도 525km 궤도 상에 지상에서 관측 가능할 정도로 큰 우주 쓰레기 200개가 발생했고, 모든 우주 쓰레기가 지상에 낙하하는 데 17년이 걸렸다.^[257]
• 2007년 1월 11일, 중국은 탄도 미사일을 사용하여 노후화된 인공위성 풍운 1호 C(고도 850km)를 파괴하는 실험을 실시했다. 이로 인해 2,841개의 우주 쓰레기가 발생했다.^[258]
• 2021년 11월 15일, 러시아는 자국 위성 “첼리나 D”를 미사일로 파괴하는 실험을 실시했다.^[260] 이로 인해 1,500개 이상의 우주 쓰레기가 발생하여 국제 우주 정거장 승무원들이 일시적으로 비상용 대피소로 대피해야 했다.^[261][262]
• 2022년 4월 18일, 해리스 미국 부통령은 미국이 위성 공격 무기(ASAT)를 사용한 위성 파괴 실험을 중단한다고 발표하고, 다른 국가에도 실험 중단을 촉구했다.^[266]
• 추진제 폭발: 임무를 마친 액체 연료 로켓의 추진제가 남아 있으면, 탱크 격벽에 균열이 생겨 연료와 산화제가 접촉·반응하거나, 태양열에 의해 탱크 내압이 상승하여 폭발할 수 있다.
• 2007년 2월 19일, 러시아 프로톤 로켓 상단 부스터 폭발로 1,100개 이상의 우주 쓰레기가 발생했다.^[267]
• 전기 회로 단락: 인공위성에 탑재된 이차 전지의 압력 용기가 회로 단락으로 가열되어 폭발할 가능성이 있다.
• 충돌: 인공위성 간, 우주 쓰레기와 인공위성 간, 또는 우주 쓰레기 간 충돌. (인공위성과의 충돌 참조)
• 특정 궤도를 도는 우주 쓰레기 밀도가 임계값을 넘으면, 충돌에 의한 브레이크업이 연쇄적으로 발생하여 우주 쓰레기가 자기 증식할 수 있다고 알려져 있으며, 케슬러 신드롬이라고도 불린다.

5. 3. 기타 원인

6. 처리 방법 후보

우주 쓰레기 문제 해결을 위해 다양한 방법들이 제안되고 있다. 크게 능동적 제거와 수동적 완화 방법으로 나눌 수 있다.

수동적 완화 방법에는 대표적으로 수명이 다한 정지 궤도 위성을 묘지 궤도로 이동시키는 방법이 있다. ITU는 정지 궤도 위성이 수명이 다하면 묘지 궤도로 이동해야 한다고 규정하고 있다.^[53] 그러나 선택된 궤도 영역은 우주 쓰레기로부터 정지 궤도(GEO) 통로를 충분히 보호하지 못한다.^[53] 충분한 추진제를 가진 로켓 상단(또는 위성)은 직접 제어된 궤도 이탈을 수행할 수 있지만, 필요한 추진제가 너무 많다면 위성을 대기 마찰로 인해 결국 궤도 이탈하게 되는 궤도로 이동시킬 수 있다. 프랑스 Spot-1 위성의 경우 고도를 830km에서 약 550km로 낮춰 대기 재진입 시간을 200년에서 약 15년으로 단축했다.^[172][173]

이리디움 위성 네트워크는 자체 제거의 한계를 보여주는 사례이다. 1997년부터 2002년까지 95개의 통신 위성이 발사되었고, 2019년 12월까지 운영 위성 65개의 폐기 작업이 완료되었지만,^[174] 약 700km 고도의 저궤도(LEO)에 30개의 위성이 남아 자체 붕괴를 기다리고 있다. 이 중 29개는 작동 중 고장으로 궤도 이탈이 불가능했고, 이리디움 33은 2009년 폐기된 러시아 군사 위성 코스모스-2251과 충돌했다.^[174] 자체 제거가 불가능한 위성 제거를 위한 비상 계획은 수립되지 않았다.

우주 쓰레기의 궤도 붕괴율을 높이는 수동적 방법으로는 발사 시 우주선에 전자동 테더를 부착하여 수명이 다하면 테더를 풀어 속도를 늦추는 방법,^[175] 돛과 같은 부착물이 있는 부스터 단계,^[176] 크고 얇은 팽창식 풍선 덮개^[177] 등이 제안되었다.

2022년 12월 말, ESA는 저항 돛 기반 위성 궤도 이탈 장치의 시연을 성공적으로 수행했으며, 이는 완화 조치 및 ESA의 제로 데브리스 이니셔티브의 일부로 활용될 수 있다. 약 1년 전, 중국도 항력 돛을 시험했다.^[178][179]

2007년, 기관 간 우주 쓰레기 조정 위원회(IADC)는 국제적인 가이드라인을 제정했다. 이에 따라 고도 약 2,000km 이하의 저궤도 위성은 운용 종료 후 25년 이내에 대기권에 재돌입·낙하하도록 고려하여 운용되고 있다.

6. 1. 능동적 제거

6. 2. 수동적 완화

7. 국제 협력

우주 쓰레기 문제는 전 세계적인 문제이므로, 국제적인 협력이 필수적이다. 1993년 기관 간 우주 쓰레기 조정 위원회(IADC, Inter-Agency Space Debris Coordination Committee)가 설립되어 각국의 우주 기관 간에 우주 쓰레기 대책에 대한 협의가 이루어지고 있다.

2007년 IADC는 우주 쓰레기 저감을 위한 지침(Space Debris Mitigation Guidelines)을 발표했다.^[286] 현재 이 지침에 따라 우주 쓰레기를 더 이상 증가시키지 않기 위한 노력이 진행되고 있다.

IADC에 참여하는 기관은 다음과 같다.

유엔 우주 공간 평화 이용 위원회(COPUOS)에서도 우주 쓰레기 문제 해결을 위한 논의가 진행되고 있다. 2019년 2월, 일본은 미국 등 10개국과 함께 우주 쓰레기 억제 등 우주 공간의 장기 이용을 위한 노력을 촉구하는 성명을 발표했다. 이 성명에는 대한민국도 동참했다.^[287]

8. 관련 작품

• 건담 시리즈 - 많은 작품에서 우주 쓰레기에 대한 묘사가 나온다. 전함이나 모빌 슈트를 비롯한 무기의 잔해가 우주 쓰레기가 되는 것 외에, 그러한 우주 쓰레기를 회수하는 고철상이나 회수업자도 등장한다.
• 슈퍼맨 IV: 최강의 적 (1987년) - 작품 서두에, 우주 쓰레기의 충돌로 위기에 처한 구 소련 우주 정거장을 주인공이 구하는 장면이 있다.
• 플라네테스 (1999년) - 우주 쓰레기 회수업자를 주인공으로 하여, 이 문제를 크게 다룬 작품. 텔레비전 애니메이션화도 되었다(2003년).
• 코스믹 레스큐 (2003년) - 이야기 후반부, 우주 쓰레기와 충돌하여 조난당한 우주선이 주인공의 구조팀에 의해 구조되는 장면이 있다.
• 그래비티 (2013년) - 우주 쓰레기가 우주왕복선에 충돌하여 우주왕복선이 파괴되어 우주에 남겨진 사람들의 운명을 그린 작품.
• 유성☆기적 -SHOOTING PROBE- (2013년) - 다량의 우주 쓰레기 확산으로 각국이 로켓 발사를 중단한 상황 속에서, 로켓 발사를 목표로 하는 주인공과 외계에서 온 인형 행성 탐사선과의 만남을 그린 작품.
• 브러시업 라이프 (2023년) - 미포와 나치가 탄 항공기와 충돌하여 추락하는 장면이 있다.

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