우주 쓰레기, 누가 어떻게 처리할 것인가?
△주제 다가서기
요즘 우리의 일상은 코로나19의 확산으로 많은 변화를 겪고 있다. 외식보다는 배달음식이나 포장음식을 자주 먹게 되는데 먹고 난 후 쌓여가는 쓰레기를 보면서 걱정이 앞선다. 바이러스 확산도 문제지만 쓰레기로 인한 환경문제 때문이다.
쓰레기문제는 지구 안에서의 문제만은 아닌 것 같다. 지구궤도에 있는 10cm 이상의 우주쓰레기가 2만 6천여 개에 이르고 우주 물체 충돌사고가 연평균 12건 가량 발생하고 있지만 우주패권싸움에서 지지 않기 위해 전 세계에서는 경쟁적으로 위성들을 쏘아올리고 있다. 우주쓰레기문제가 심각해지자 각국에서는 우주쓰레기처리를 위해 다양한 방법을 찾고 있고 우리나라도 우주쓰레기 감축에 나설 계획이다.
이번 호에서는 우주쓰레기 문제의 심각성을 알아보고 처리 방안에 대하여 생각해보고자 한다. △생각열기
<자료 1>
국제우주정거장이 쓰레기가 되는 날
지난 2일은 국제우주정거장(ISS)에 인간이 입주한 지 20년 된 날이었다. 축구경기장만 한 크기에 침실은 6개뿐이어서 세상에서 가장 비싼 주거지로도 불린다. 20주년을 기념해 그동안의 과학적 성과를 소개하는 보도가 이어졌다. 그런데 올해는 1970년대 과학자 케슬러가 지구 주변이 쓰레기로 뒤덮이는 최악의 상황을 예고한 해이기도 하다. 우주정거장은 그 위협에서 다소 벗어나 있지만, 머지않아 수명을 다하면 또 다른 의미에서 쓰레기로 전락할 것이다. 폐기하기에 난감한 쓰레기 문제가 우주에서도 심각하다.
1957년 러시아의 스푸트니크 이후 최근까지 발사된 인공위성은 1만개가 넘는다. 이들이 수명을 다해 가동을 멈추면 배터리나 남아 있는 추진체가 폭발해 다양한 크기의 파편이 만들어진다. 우주인이 실수로 놓친 카메라, 배설물이 담긴 암모니아 탱크 등 잡동사니도 쓰레기 대열에 합류한다. 현재 기술로는 10㎝ 이상의 물체만 발견할 수 있다는데, 그 수가 2만6,000여개에 이른다. 1㎜ 파편은 1억 개 정도라는 추정도 있다.
우주쓰레기는 오랫동안 인류의 탐사계획을 위협해 왔다. 보통 지상 800-1,000㎞에 몰려 있어 이곳으로 쏘아 올리는 위성과의 충돌이 늘 우려됐다. 우주정거장은 지상 350㎞ 궤도에 있어 비교적 안심이지만, 쓰레기 더미가 다가올 때는 고도를 조정해야 했다. 1999년 이래 이 같은 회피기동이 26회에 달했다. 총알보다 10배 빠른 속도로 날아오기 때문에 1㎝ 크기라도 수류탄의 위력을 발휘한다.
사실 우주쓰레기는 1976년 미국항공우주국(NASA)의 케슬러가 그 위험성을 주장하기 전까지 관심 대상이 아니었다. 케슬러는 쓰레기 규모가 일정 수준에 이르면 인공위성들에 계속 부딪혀 파편이 기하급수적으로 늘어나리라 예측했다. 최악의 시나리오에 따르면, 1990년대에 충돌의 폭주가 시작돼 2020년에는 거의 모든 인공위성이 부서지게 된다. 하지만 당시 이 경고는 별다른 관심을 받지 못했다.
2년 후 러시아의 정보위성이 캐나다 북서 지역으로 추락한 사건이 생기면서 케슬러의 주장은 새삼 주목받기 시작했다. 원자력으로 작동하는 위성이었기에 방사성물질이 수백㎞에 흩뿌려질 가능성이 있었다. 영하 40도의 강추위 속에서 보호 장비로 중무장한 특수대원들이 위성의 잔해를 찾기 위해 안간힘을 써야 했다. 당시 정부의 고위관계자들은 위성 궤도에서 뭔가 위험한 일이 발생할 수 있다고 인식하면서 케슬러를 불러 진지하게 자문했다.
이후 40여년간 우주쓰레기의 양은 계속 증가해 왔다. 우주정거장의 은퇴도 거론되고 있다. 국가별 지원 계획을 고려하면 4년 후로 예정돼 있지만, 기술적으로는 10년 정도 버틸 수 있다고 한다. 그게 언제이든 수명을 다할 정거장을 어떻게 처리해야 할지 고민할 시점인 것은 분명하다.
전례는 있다. 2001년 러시아의 우주정거장 미르의 경우, 15년의 활동 후 지구로 떨어뜨렸다. 피해를 최소화하기 위해 남태평양의 무덤 해역으로 추락을 유도했다. 143톤의 미르는 대기와의 마찰로 거대한 불꽃을 일으키며 20톤까지 줄어들면서 바닷속으로 사라졌다. 현재의 정거장은 미르보다 두 배 이상 무겁다. 더욱 신중하고 치밀한 처리 계획이 필요하다는 무거운 과제가 남겨져 있다. <출처: 한국일보, 2020.11.13.> 1. 우주쓰레기에는 어떤 것들이 있습니까?
2. 현재 우주쓰레기는 얼마 정도로 추정하고 있습니까?
3. 우주쓰레기가 위험한 까닭은 무엇입니까?
4. 미항공우주국(NASA)의 케슬러의 주장이 주목받게 된 사건은 무엇입니까?
5. 국제우주정거장(ISS)이 수명을 다했을 때의 처리 계획에 대한 자신의 의견을 써 봅시다. △생각키우기
<자료 2>
승리호와 우주쓰레기
2092년 지구는 병들고 우주 위성궤도에 인류의 새로운 보금자리 UTS(Utopia above the Sky)가 만들어졌다. 인류가 지구가 아닌 우주에 거주하며 우주가 쓰레기로 꽉 차버린다. 승리호는 우주 쓰레기 전용 청소선이다. 우주와 지구를 오가며 돈이 되는 쓰레기를 암시장에 팔아 생계를 이어간다.
시나리오는 우주쓰레기 수거에 대한 이야기에서 시작됐다. 영화 승리호 조성희 감독은 우주 산업의 폐기물이 늘어나는 속도가 어마어마하게 빠르고 사고도 난다고 들었다. 총알보다 빠른 쓰레기를 수거하는 우주 노동자라는 소재에서 시작했다며 세계 어디를 가도 질긴 한국인이 우주에서 이 일을 하면 어떨까라는 생각에서 시나리오를 쓰게 됐다고 밝혔다.
실제로 우주 쓰레기는 엄청나다. NASA에 따르면 지구 주변에는 10cm 이상 우주 쓰레기 2만9000여개가 있다. 노후한 인공위성이나 우주인이 놓친 연장 가방에서 나온 파편, 역할을 다한 로켓 부스터 등이 우주를 떠돌다 새로운 쓰레기를 만들어낸다. 서로 충돌하면서 작은 조각으로 부서진다.
우주 쓰레기는 심각한 문제다. 연간 3~4개 우주 시설이 우주 쓰레기 탓에 파괴되고 있다. 이 추세라면 GPS를 포함한 우주 기술 사용이 불가능해질 수 있다. 아주 큰 우주쓰레기는 지상에 떨어지기도 하는데, 각국에서 우주 쓰레기 피해가 계속 보고되고 있다.
우주 쓰레기를 치우기 위한 논의가 지속되고 있다. 2007년 유엔은 우주쓰레기 경감 가이드라인을 만들었고, 유럽우주국(ESA)은 2025년 우주쓰레기 수거 로봇을 발사할 계획이다.
ESA는 스위스 스타트업 클리어스페이스가 개발한 로봇을 이용한다. 로봇은 4개의 팔을 뻗어 지구 위 800km에 있는 소형 위성 폐기물을 감싸 쥐고 대기권으로 진입한다. 마찰열에 의해 우주선과 쓰레기가 함께 소각되는데 1500억원 정도의 막대한 비용이 들어간다.
작살과 그물을 이용하는 방식도 있다. 영국 서리대 연구진은 그물을 발사해 우주 쓰레기를 수거하는 실험에 성공한 바 있다. 한 번에 100kg 정도의 쓰레기 밖에 처치하지 못해 여러 번 발사해야 된다는 점, 비용이 많이 든다는 게 단점이다. 하지만 이를 활용하다가 자칫 쓰레기 폭발을 유도해 파편 숫자만 늘어날 우려가 있다.
이 외에도 고열을 이용해 우주 쓰레기를 태우는 방법, 자석으로 쓰레기를 끌어들여 궤도로 떨어뜨리는 방법, 쓰레기에 레이저를 발사해 경로를 바꾼 뒤 지구로 떨어뜨리는 방법, 위성 제작 시 수명이 다 되면 분해에 가깝게 자체 파괴되도록 제작하는 방법 등이 있다.
수거 작업의 비용을 누가 부담하느냐 문제는 남아있다. 천문학적 세금이 투입되는 사업이라 누구도 선뜻 나서지 못한다.
우주쓰레기 처리에 대한 우주개발 국가 공동의 기금이라도 마련하지 않는다면 우주 끝으로 날아가고자 하는 인류의 꿈은 자칫 지구 궤도를 떠도는 쓰레기에 발목 잡힐지도 모른다. <출처: 사이언스 인 미디어, 2020.9.27.> 1. <자료 2>를 읽고, 전 세계의 우주쓰레기 처리 노력을 찾아서 정리해 봅시다.
2. 지금까지 논의된 우주쓰레기 처리 방법을 더 찾아보고, 자신이 생각하는 가장 신중하고 합리적인 방법은 무엇인지 논술하여 봅시다. △생각나누기
아래 글을 읽고, 우주쓰레기 처리 방법인 현재 지구 궤도를 돌고 있는 모든 인공위성에 대해 궤도 사용료를 부과하는 것에 대한 자신의 입장을 정하고 근거를 찾아 친구들과 함께 토론하여 봅시다. -지구 밖 우주쓰레기 1억만개 누가 치우나요
코로나19의 전 세계적 확산이 반년 가까이 계속되면서 사회적 거리두기를 실천하는 이들이 많습니다. 그런데 이 때문에 예상치 못했던 문제가 나오고 있습니다. 배달음식을 많이 시키고 위생 때문에 일회용품 사용이 많아지면서 재활용 쓰레기 배출이 크게 늘어난 것입니다. 코로나19 정복 이후 곧바로 닥쳐올 문제는 다름 아닌 늘어난 쓰레기 처리가 될 것입니다.
쓰레기 문제는 우주도 예외는 아닙니다. 1957년 인류 최초의 인공위성 스푸트니크1호가 발사된 뒤 많은 나라들이 경쟁적으로 우주개발에 나서면서 현재 지구 저궤도에는 낡고 버려진 인공위성과 각종 우주잔해들로 뒤덮여 있습니다. 미국 항공우주국(NASA)에 따르면 지난해 기준 지구 저궤도를 돌고 있는 우주쓰레기는 1㎝ 이하의 작은 것까지 포함해 약 1억 2800만개에 이릅니다. 우주쓰레기가 늘어나면 새로운 인공위성을 발사하기는 점점 어려워지고 유인우주선을 운용하는 데도 차질을 빚게 됩니다.
이에 미국 미들베리칼리지 경제학과, 콜로라도 볼더대 환경과학융합연구소, 경제학과 공동 연구팀은 우주쓰레기 문제를 해결할 수 있는 가장 효과적인 방법을 제시해 주목받고 있습니다. 이들이 제시한 방법은 현재 지구 궤도를 돌고 있는 모든 인공위성에 대해 궤도 사용료를 부과하는 것입니다. 이번 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제학술지 PNAS 5월 26일자에 실렸습니다.
우주쓰레기에 대해 지금까지 제안된 많은 해법들은 거대한 그물이나 작살, 레이저 등으로 제거하는 기술적 방법들이었습니다. 또 이런 해법들은 우주에 진출하려는 나라나 기업들에 직접적 이득을 주지 못하기 때문에 실현 가능한 해법은 나오기 어렵고 우주는 점점 쓰레기통처럼 되는 결과만 낳는다고 연구팀은 지적했습니다.
인공위성이나 로켓을 발사하는 모든 국가와 기업들이 참여한 국제 협약을 통해 궤도사용료를 받고 이것으로 실질적인 우주쓰레기 제거 기술을 공동 개발해 활용하자고 연구팀은 제안했습니다. 연구팀은 구체적인 궤도 사용료를 제시하기도 했습니다. 올해 기준으로 위성 1기당 연간 1만 4900달러(약 1839만원)로 시작해 매년 14%씩 인상해 2040년에는 위성 1기당 연간 23만 5000달러(약 2억 8999만원)의 사용료를 받자는 것입니다. 궤도 사용료는 우주개발의 잠재적 위험성인 우주쓰레기를 줄일 수 있게 해 2040년이 되면 우주 관련 산업의 가치가 지금보다 4배 이상 높아질 것이라고도 예측했습니다.
우주공간은 영유 금지의 원칙에 따라 개별 국가가 소유권을 주장할 수 없는 인류 공동의 자산입니다. 소유권은 없지만 누구나 자유롭게 이용할 수 있기 때문에 개별 국가들은 최대 이익을 추구하다 보면 결국 공유지의 비극이 발생하게 됩니다. 쓰레기는 쓰레기를 만든 사람이 치우는 것이 원칙이지만 공유지에서는 그런 원칙이 먹히지 않기 때문에 모두를 파멸로 이끌게 되는 것이지요.
그렇기 때문에 최선의 해법은 누구나 민감하게 반응할 수밖에 없는 돈과 연결시키자는 것입니다. 인간의 이기심을 억제하기 위해 동원되는 수단이 또 돈이라니요. 약간 씁쓸한 느낌을 지울 수 없습니다. <출처: 서울신문, 2020.5.28.> △관련 용어
우주쓰레기 : 우주 공간을 떠도는 다양한 크기의 인공적인 모든 물체
케슬러 증후군 : 지구궤도상의 우주 쓰레기 규모가 일정 수준에 이르게 되면 인공위성에 서로 연쇄적으로 부딪히면서 파편이 기하급수적으로 늘고, 이로 인해 위성이 연달아 파괴되는 연쇄작용을 이르는 것이다. 1978년 미국항공우주국(NASA)의 과학자 도널드 케슬러가 논문을 통해 제시한 주장이다.
UN 외기권 평화적 이용에 관한 위원회(UN COPUOS) : 유엔총회 산하 직속위원회로서 1959년 설립, 외기권의 평화적 이용에 관한 국제협력분야 검토, 유엔 주관의 외기권 연구관련 각종 프로그램 개발, 외기권 관련 연구 및 연구 성과 홍보, 외기권의 탐사에 따르는 법적 문제 연구 및 법적 규범 창설, 현재 76개국이 정위원국으로 활동중이며, 한국은 2002년부터 정위원국으로 활동 중.
UN COPUOS의 우주쓰레기 경감 가이드라인
1 우주선 정상 작동 중에 방출되는 이물질을 제한한다.
2 운영 단계 중 해체 가능성을 최소화하여야 한다.
3 궤도 내에서 우발적 충돌 확률을 제한한다.
4 의도적인 파괴 및 유해한 활동은 전면 금해야 한다.
5 우주선 내 에너지로 인한 사고 가능성을 최소화할 수 있는 조치를 취해야 한다.
6 임무를 완수한 우주선이 지구 저궤도(LEO)지역 내에 오래 체류하지 않도록 한다.
7 운항을 종료한 우주선은 지구 궤도(GEO)지역에 놓이거나 지구로 복귀하지 않도록 조치해 위험률을 감소시킨다.
<출처: 네이버지식백과> △주제관련 영화 <출처: 네이버영화> 그래비티
개요 : SF / 미국 / 90분 / 2013년
감독 : 알폰소 쿠아론
허블 우주망원경을 수리하기 위해 우주를 탐사하던 라이언 스톤 박사는
폭파된 인공위성의 잔해와 부딪히면서 소리도 산소도 없는 우주 한 가운데에 홀로 남겨지는데 승리호
개요 : SF / 한국 / 90분 / 2020년
감독 : 조성희
2092년, 지구는 병들고 우주 위성궤도에 인류의 새로운 보금자리인 UTS가 만들어졌다.
돈 되는 일이라면, 뭐든 하는 조종사 태호(송중기),
과거 우주 해적단을 이끌었던 장선장(김태리), 갱단 두목이었지만 이제는 기관사가 된 타이거 박(진선규). 평생 이루고 싶은 꿈을 가진 작살잡이 로봇 업동이(유해진). 이들은 우주쓰레기를 주워 돈을 버는 청소선 승리호의 선원들이다. △학생글
<학생글1> 월성초등학교 4학년 곽나결 -우주쓰레기는 누가 치워야 하나?
우주의 주인이 따로 있을까?
남극대륙도 주인이 없고 과학적인 목적을 위해서만 공동으로 사용할 수 있는 것처럼 우주도 전 세계 모두의 것이다. 우주의 주인이 없기 때문에 기술을 가진 나라들은 인공위성을 마구 쏘아 올려 우주쓰레기 문제가 생겨났다. 쏘아 올리기만 하고 뒤처리를 하지 않는다.
눈에 띄지 않는 골목길에 쌓여있는 쓰레기를 보면 자신의 집 마당이라면 저렇게 할 수 있을까라는 생각을 하게 된다. 자기 땅의 쓰레기 때문에 악취가 나고 벌레가 우글거린다면 바로 치우게 될 것이다. 우주도 똑같다. 우주 공간이 자신의 땅이라면 우주쓰레기 때문에 여러 가지 위험한 상황을 만들고 있는데 치우지 않을 수 있을까?
그러면 우주쓰레기는 누가 처리해야 하나? 나는 그동안 우주공간에 마음껏 위성을 쏘아올린 우주선진국들이 처리해야한다고 생각한다. 위성을 많이 쏘아올린 순서대로 쓰레기처리비용을 걷어서 그 돈으로 지구 공동으로 해결 방법을 찾으면 된다. 해결 방법을 연구하는 과학자들에게 상금을 주고 가장 좋은 방법을 찾아 실행하면 된다.
이제부터라도 위성을 만들 때는 꼭 필요한 것만 쏘아올리고 우주쓰레기 처리 문제를 남의 일로 생각하지 않고 전 세계가 함께 고민하고 해결방법을 찾으면 좋겠다. /제작=최정희 김제 월성초 교사
