우주 쓰레기 (스페이스 정크) 얼마나 많을까? (케슬러 증후군, ESA Space Debris, 궤도)

우주 쓰레기 또는 우주 잔해는 우주, 특히 지구 궤도에 있는 인공적으로 만들어진 폐기된 물체를 말합니다. 우주 쓰레기에는 사용된 로켓 단계와 폐기된 인공위성부터 파편 파편, 심지어 작은 페인트 조각까지 모든 것이 포함됩니다. 2021년 현재 기준 분석 결과입니다:

 

본 블로그 하단에는 유튜브 채널 ASTRUM 의 우주 쓰레기 관련 분석 영상이 있습니다.

 

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우주 쓰레기 (스페이스 정크) 크기 및 수량

유럽우주국(ESA)의 스페이스 데브리스(우주 잔해 사무소)는 다음과 같이 잔해의 크기별 추정치를 보고했습니다:

[ The European Space Agency's (ESA) Space Debris Office ]

 

대형 쓰레기(10cm 이상):

약 34,000개의 대형 쓰레기가 있습니다. 이러한 물체는 탐지 시스템으로 정기적으로 추적할 수 있을 만큼 충분히 큽니다. 주로 로켓의 사용 후 단계, 죽은 인공위성, 분해 사고로 인한 파편입니다.

 

중간 파편(1cm~10cm):

중간 크기의 파편은 약 90만 개가 있습니다. 이 파편들은 정상적으로 작동하는 위성과 우주선에 손상을 입힐 수 있을 만큼 충분히 큽니다.

 

소형 파편(1cm 미만):

1억 2,800만 개 이상의 작은 파편이 있습니다. 이러한 파편은 크기가 작더라도 속도가 빠르기 때문에 여전히 심각한 위협이 될 수 있습니다. 예를 들어, 작은 페인트 조각이 우주 왕복선 창문에 심각한 구덩이를 만드는 것이 관찰된 적이 있습니다.

 

 

** 우주 쓰레기 관련 ESA 포스팅 (최신 수치 확인) - 06 June 2023 (2023년 6월 6일)

https://www.esa.int/Space_Safety/Space_Debris/Space_debris_by_the_numbers

Space debris by the numbers

 

The European Space Agency's (ESA) Space Debris Office

https://www.esa.int/Enabling_Support/Operations/Ground_Systems_Engineering/ESA_Space_Debris_Office

ESA Space Debris Office

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궤도 지역

우주 쓰레기는 균일하게 분포되어 있지 않습니다. 궤도라고 알려진 특정 지역에 집중되는 경향이 있습니다:

 

저지구 궤도(LEO):

지구 표면에서 2,000km 이내의 우주 영역입니다. 대부분의 위성 배치와 우주 임무가 이루어지는 곳이기 때문에 우주 쓰레기가 많이 쌓여 있습니다.

 

https://ko.wikipedia.org/wiki/지구_저궤도

지구 저궤도 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

 

중궤도(MEO):

이 지역에는 GPS(미국), GLONASS(러시아), 갈릴레오(유럽연합)와 같은 내비게이션 위성 별자리가 있습니다. 지구 상공 약 2,000~35,786km에 위치합니다.

 

https://ko.wikipedia.org/wiki/지구_중궤도

지구 중궤도 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

 

정지궤도(GEO):

중력의 인력으로 인해 위성이 지구와 동일한 회전 속도로 궤도를 돌 수 있는 지구 상공 약 35,786km의 영역입니다. 따라서 지상에서 보면 정지해 있는 것처럼 보입니다. 이 지역은 통신 위성, 기상 위성 및 일부 과학 임무를 위한 '주차 장소'입니다.

 

https://ko.wikipedia.org/wiki/정지_궤도

정지 궤도 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

 

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우주 쓰레기의 발생 원인

1) 로켓 발사:

로켓이 폐기하는 단계와 표면에서 방출되는 작은 파편 모두 우주 쓰레기의 원인이 됩니다.

2) 폐기된 위성:

더 이상 작동하지 않는 구형 위성이 궤도에 남아 있어 쓰레기를 더 많이 발생시킵니다.

3) 파편화:

우주에서의 폭발이나 충돌로 인해 수천 개의 작은 파편이 생성될 수 있으며, 이 파편들은 각각 심각한 피해를 입힐 수 있습니다.

4) 임무 관련 파편:

렌즈 커버, 실험 패키지, 우주비행사가 잃어버린 도구 등 임무 수행 후 의도적으로 남겨진 물체입니다.

5) 우주 쓰레기의 문제점:
우주 쓰레기는 작은 조각이라도 빠른 속도로 움직일 경우 작동 중인 위성이나 유인 우주선에 치명적인 손상을 입힐 수 있기 때문에 심각한 문제를 야기합니다. 우주 임무의 횟수가 증가함에 따라 우주 쓰레기의 양도 증가하여 충돌 위험이 높아집니다. 이를 케슬러 증후군이라고 합니다.

 

NASA, ESA 등 다양한 기관에서 이 문제를 완화하기 위해 더 나은 쓰레기 추적 시스템, 새로운 쓰레기 생성을 제한하는 지침, 쓰레기를 적극적으로 제거하기 위한 개념 등 다양한 방법을 모색하고 있습니다.

우주 활동의 안전과 지속 가능성을 보장하기 위해서는 이러한 수치를 모니터링하고 우주 쓰레기 완화를 위한 효과적인 전략을 마련하는 것이 중요합니다. 지구 주변의 우주 공간은 공유 자원이며, 이를 보존하는 것은 국제적인 책임입니다.

 

 

* 케슬러 증후군 / 케슬러 신드롬 ( Kessler Syndrome ) 이란?

케슬러 신드롬은 1978년 NASA 과학자 도널드 J. 케슬러가 제안한 이론적 시나리오입니다. 저지구 궤도(LEO)에 있는 물체의 밀도가 충분히 높아 물체 간 충돌로 인해 각 충돌이 우주 파편을 생성하여 추가 충돌 가능성을 높이는 캐스케이드가 발생할 수 있는 시나리오입니다. 최악의 경우 이러한 캐스케이드가 발생하면 여러 세대에 걸쳐 특정 궤도 범위에서 우주 활동과 인공위성 사용이 어려워질 수 있습니다.

작동 방식에 대한 자세한 분석은 다음과 같습니다:

 

1. 초기 충돌:

케슬러 증후군은 폐기된 위성, 사용 후 로켓 단계 또는 이전 충돌의 파편과 같이 우주에서 두 물체 간의 초기 충돌로 시작됩니다. 지구 저궤도에서 최대 시속 28,000km의 빠른 속도를 고려할 때 이러한 충돌은 상당한 양의 파편을 생성할 수 있습니다.

 

2. 파편 캐스케이드:

이 초기 충돌로 인한 파편은 원래 물체의 궤도를 따라 퍼져 나갑니다. 시간이 지남에 따라 이러한 파편은 다른 물체와 충돌하여 부서지고 더 많은 파편을 생성할 수 있습니다.

 

3. 에스컬레이션:

파편이 계속 증가하면 연쇄 반응이 일어나 충돌 횟수가 늘어날 수 있습니다. 점점 더 많은 물체가 파괴됨에 따라 궤도에 있는 파편의 양이 증가하여 충돌 가능성이 높아집니다. 이를 충돌 캐스케이드 또는 "캐스케이드 효과"라고 합니다.

 

4. 장기적인 결과:

최악의 경우 케슬러 증후군은 충돌 위험이 높아 특정 궤도 범위를 여러 세대에 걸쳐 사용할 수 없게 만들 수 있습니다. 이는 위성 배치와 우주 탐사 모두에 영향을 미칠 수 있습니다. 특히 국제우주정거장뿐만 아니라 상당수의 위성이 사용하는 저지구궤도가 영향을 받을 수 있습니다.

 

5. 완화 및 예방:

케슬러 증후군을 완화하려면 기존 잔해물을 제거하고(잔해물 완화) 추가 잔해물 생성을 방지(잔해물 예방)해야 합니다. 여기에는 운영 수명이 다한 위성을 지구 대기권에서 소각하도록 설계하거나 더 큰 잔해물을 제거하는 전용 임무를 수행하는 등의 전략이 포함될 수 있습니다. 그러나 이러한 작업은 복잡하고 비용이 많이 드는 작업입니다.

 

6. 법률 및 규제 측면:

잔해물 제거 책임자와 비용 부담 주체 등 고려해야 할 법적 및 규제적 측면도 있습니다. 현행 우주법은 이러한 문제를 처리할 준비가 되어 있지 않아 문제를 더욱 복잡하게 만듭니다.

요컨대, 케슬러 신드롬은 아직 이론적인 시나리오에 불과하지만, 그 잠재적 영향은 심각하기 때문에 과학자들과 정책 입안자들은 현실화되는 것을 막기 위한 방법을 연구하고 있습니다.

 

https://ko.wikipedia.org/wiki/케슬러_증후군

케슬러 증후군 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

 

 

 

 

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* 유튜브 채널 ASTRUM 의 분석

https://www.youtube.com/watch?v=MmVW8f31vI8

케슬러 증후군을 피하기에는 너무 늦었습니까? 번역됨 - Astrum

 

* 지구 주변의 우주 쓰레기

브라운슈바이크 공과대학에 따르면 우주에는 10cm보다 큰 물체가 약 29,000개(1,900개의 활성 위성 포함), 1cm보다 큰 물체가 70만 개, 1mm보다 큰 물체가 약 200,000,000개에 달합니다. 이러한 물체들은 최대 28,000km/h의 놀라운 속도로 움직이고 있습니다.

* 우주 물체 모니터링 및 시각화
미국 국방부는 충돌을 방지하기 위해 10cm 이상의 물체를 적극적으로 모니터링하고 있습니다. 시각적 표현에서 활성 위성은 빨간색으로, 오래된 로켓 부품은 파란색으로, 작동이 중단된 위성과 같은 파편은 회색으로 표시됩니다.

* 우주에서의 충돌
2009년 이리듐 33호와 코스모스-2251호 두 위성의 초고속 충돌이 가장 유명한 우주 충돌 사건입니다. 5mm 크기의 물체가 센티넬-1 위성에 40cm의 충돌 분화구를 남기는 것과 같은 경미한 충돌은 더 자주 발생합니다.

* 케슬러 증후군의 위협
큰 충돌이 연쇄 충돌을 일으켜 궤도에 있는 모든 것을 잠재적으로 손상시킬 수 있는 케슬러 증후군에 대한 우려가 커지고 있습니다. 일본 우주항공연구개발기구인 JAXA는 이를 방지하기 위해 제거해야 할 대형 물체 100개를 선정했습니다.

* 궤도 이탈 우주 쓰레기 제거
지구 저궤도에 있는 물체는 약간의 대기 저항으로 인해 결국 궤도에서 이탈하게 되지만, 이 과정은 수 세기가 걸릴 수 있습니다. 그물, 태양열 돛 또는 새총을 사용하는 등 우주 쓰레기를 수동으로 궤도에서 제거하는 임무에 대한 개념이 고려되고 있습니다.

* 우주 쓰레기에 대한 책임
저자는 우주 기관이나 기업이 무언가를 우주로 보낸다면, 우주 쓰레기가 사라진 후 회수할 책임도 져야 한다고 제안합니다. 그러나 현재 우주로 물건을 보내는 것보다 우주로 물건을 되찾는 데 더 많은 투자가 이루어지고 있습니다.

* 결론
저자는 채널 서포터들에게 우주 쓰레기 관리의 중요성을 다시 한 번 강조하며 이 주제에 대한 추가 논의를 요청하며 글을 마무리합니다.

 

 

우주 쓰레기 스페이스 정크 케슬러 증후군 ESA Space Debris 궤도