2024년 4월 중국 선저우 15호 우주선의 궤도선 모듈이 불타며 추락하고 있는 모습. Jennifer M./American Meteor Society


2020년대 들어 저궤도(고도 160~2000km) 위성 수가 급증함에 따라 우주 쓰레기 발생 위험도 높아지고 있다. 우주 쓰레기의 대부분은 수명이 다한 인공위성, 버려진 로켓 추진체, 우주 충돌 잔해들이다. 미국 우주군이 레이더로 추적하고 있는 10cm보다 큰 저궤도 우주 물체는 2015년 2만개에서 현재 4만3천개 이상으로 급증했다.
미국 하버드스미소니언천체물리학센터 조너선 손오공릴게임예시 맥도웰 박사 집계에 따르면 일론 머스크의 우주인터넷 군집위성 스타링크만 보더라도 수명 연한이 다한 위성이 매일 1~2기씩 지구 대기권으로 추락하고 있다.
대부분의 우주 쓰레기는 대기권에 진입한 후 타 없어지지만, 덩치 큰 위성이나 로켓 등의 경우엔 다 타지 않고 일부 조각이 남아 지상에 충돌할 수 있다. 2024년엔 스타링크 위성 파편 바다이야기무료 하나가 캐나다의 한 농장에 추락하기도 했다 .
우주쓰레기의 궤적을 실시간으로 파악할 수 있다면 충돌로 인한 위험을 피할 수 있다. 하지만 물체가 초음속으로 떨어지는 데다 상층 대기의 흐름이나 밀도가 수시로 변화하기 때문에 낙하 시간과 지점을 예측하기는 매우 어렵다. 그런데 지진계를 이용하면 지상으로 추락하는 우주쓰레기를 좀 더 정확하게 추 바다이야기온라인 적할 수 있다는 연구 결과가 나왔다.
우주 쓰레기가 음속을 넘는 속도로 지구 대기를 통과할 때 발생하는 소닉붐(초음속 폭발음)을 이용하는 원리다. 초음속 물체는 음파보다 빠르게 움직인다. 따라서 음파로 실시간 궤적을 얻는 것은 불가능하다. 대신 우주 쓰레기가 지구 표면에 도달한 직후, 지진음향 데이터를 기반으로 궤적을 추정할 수 있다. 관 바다신2게임 건은 우주 쓰레기가 지상에 추락한 시점과 물체의 궤적을 계산한 시점 사이의 시간을 줄이는 것이다.
미국 존스홉킨스대 벤저민 페르난도 박사후연구원(행성지진학) 연구팀은 기존 지진계 네트워크를 이용해 낙하하는 우주쓰레기를 거의 실시간으로 추적할 수 있는 방법을 개발해 국제학술지 사이언스에 발표했다.


바다이야기게임
지상으로 떨어지는 우주 쓰레기가 일으키는 소닉붐을 묘사한 그림. Sophia Economon and Benjamin Fernando


5년 안에 실시간 탐지 기대

연구진은 “이는 현재의 레이더 관측 기반 예측보다 더 정확하게 낙하물 경보를 제공할 수 있다”며 이를 활용하면 유독성 물질이 있을 수도 우주쓰레기 잔해를 신속히 찾아 수거할 수 있을 것으로 기대했다.

페르난도는 “지난해에는 매일 여러개의 위성이 대기권으로 진입했는데, 그 위성들이 어디로 진입했는지, 조각으로 부서졌는지, 대기 중에서 타버렸는지, 아니면 지표면에 추락했는지에 대한 검증 자료가 없다”며 “이 문제는 앞으로 더욱 악화될 것”이라고 말했다.
그가 이번 연구를 하게 된 건 2024년 4월2일 밤 미국 서던캘리포니아 상공에서 불꽃놀이 같은 광경을 목격한 것이 계기가 됐다. 우주 물체가 초음속으로 대기권을 뚫고 추락하면서 낸 불꽃이었다.
불꽃을 낸 물체는 2023년 중국 톈궁 우주정거장의 우주비행사 3명을 지구로 데려온 선저우 15호 우주선에서 분리된 폭 1m, 무게 1.5톤의 궤도 모듈이었다. 다행히 충돌로 인한 피해 소식은 없었지만, 비행기나 지상의 건물, 사람과 충돌했다면 인명 피해가 불가피했을 일이었다.
그는 초음속 폭발음이 지표면에 도달하면 지진계가 진동을 감지할 수 있고, 여러 지진 관측소에서 폭발음의 지면 도달 시간을 비교하면 낙하하는 파편의 경로, 속도, 분해 과정을 추론할 수 있을 것이라고 생각했다.
그는 이 방법을 이용해 모듈의 궤적을 재구성해보기로 하고, 당시 캘리포니아 전역에 있는 127개 지진계의 데이터를 수집했다. 그 결과 지진계들이 이 우주물체의 소닉붐을 포착했다는 걸 발견했다. 이어 데이터 분석을 통해 우주선 모듈이 언제 어떻게 부서졌는지, 파편은 어느 방향으로 날아갔는지 확인할 수 있었다.
우주선 모듈은 음속 25~30배의 속도로 대기권을 가로지르는 동안 여러 차례의 폭발음을 내면서 산타바바라와 라스베이거스 상공 북동쪽으로 추락했다. 세계에서 가장 빠른 제트기의 약 10배에 이르는 속도였다.
연구진이 계산한 궤적은 미국 우주사령부가 레이더를 이용해 예측한 궤적보다 약 40km 더 북쪽이었다. 파편이 발견됐다는 소식은 아직 없다. 연구진은 “만약 누군가 그 조각을 찾는다면 라스베이거스 인근 캘리포니아-네바다 접경 지역이 유력한 후보지일 수 있다”고 밝혔다.
연구에 참여하지 않은 버팔로대 존 크라시디스 교수(항공우주공학)는 사이언스에, 이미 보유하고 있는 계측기를 다른 용도로 활용할 수 있는 방법을 개발한 것에 대해 감명을 받았다고 말했다. 로스앨러모스국립연구소의 크리스 카 박사는 논평 논문에서 “물체가 최종적으로 추락하는 시점과 그 궤적을 파악하는 시점 사이의 시간을 단축하기 위해서는 추가 연구가 필요하다”고 말했다.
연구진은 다음번에 상당한 크기의 운석이 떨어질 때 이번에 개발한 방법을 사용해 추적 능력을 검증해 볼 계획이다. 물론 이 방법이 충돌 위험 지역을 사전에 알려줄 수 있는 건 아니다. 단지 파편을 신속하게 수거해, 충돌 후 발생할 수 있는 환경 오염 등 2차 위험을 방지할 수 있을 뿐이다. 연구진은 또 바람과 같은 대기 상태가 추적 정확도에 영향을 끼칠 수 있고, 지진계가 많지 않은 지역에서는 이 방법의 실효성이 크게 떨어질 수도 있다고 덧붙였다.
연구진은 하지만 앞으로 5년 안에 대기권에 재진입하는 우주 쓰레기를 거의 실시간으로 지진파를 이용해 자동으로 탐지하는 시스템을 구축할 수 있는 방법이 있다고 말했다.
*논문 정보
Tracking space debris from sonic booms.
DOI: 10.1126/science.aee0657
곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr