맞을 확률 1조 분의 1, 위치는 2~3시간 전 쯤 예측 가능
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눈에 보이지도 않던 인공위성이추락한다고?절대 떨어질 것 같지 않았는데,평생 지구 위를 도는 것 아니었나?설마…내 머리 위로 떨어지는 것은 아니겠지?혹시, 맞으면 어떡해?우리 머리 위,지구 위를 돌며떨어질 것 같지 않아 보이던 인공위성이지구 위를 돌다가 [마찰] 등에 의해 떨어지거나수명이 다한 위성을 우주 쓰레기로 만들지 않기 위해[궤도를 이탈]시켜 지구에 떨어뜨린다고 한다.유럽우주청 고체(GOCE) 인공위성 역시 수명을 다해11일과 12일 사이 추락을 예고했다.인공위성은 어떻게 지구 위에서 돌고 있는지,왜 추락하는지,추락 이후 어떻게 되는지에 대해알아보기로 하자.◇ 인공위성의 수명영원히 우리 머리 위를 돌 것 같아 보이는인공위성에도 [수명]이란 것이 있다.위성을 돌아가게하는다양한 [재료], [연료] 등에 수명이 있기 때문이다.위성의 수명이 다하는 이유 첫 번째는위성의 궤도 수정 및 자세 등을 제어하는 역할을 하는[추진체]의 수명 때문이다.우주공간에서는 추진체 재보급이 거의 불가능 하다.두 번째는 인공위성의 주전원인 태양전지의[발전 전력]에 따라 달라진다.태양전지의 이론상 자체 수명은 70년이지만전지 장착 재질 등의 수명이 있어실질적 수명은 약 20년 정도로 본다.세 번째로는위성에 탑재된 탑재된무선통신 장비, 카메라 등의 [기기 수명]에도원인이 있다.인공위성 중 수명이 가장 짧은 것은사람이 탑승하는 [유인 위성]으로짧게는 1일에서 길게는 2~3주 정도다.수명이 긴 위성은 [방송·통신 위성]이며약 15년 정도 그 역할을 한다.현재까지 쏘아올린 모든 인공위성 중작동 중인 것은 불과 25% 정도로나머지는 수명이 다해공허하게 우주를 돌고 있다.◇ 인공위성, 왜 떨어질까간단하게 말해 인공위성과 대기의 마찰, 저항 때문이다.고도 1,000㎞ 정도까지는 희박하게나마 대기가 존재한다.따라서 이보다 낮은 고도에서 운행하는[저궤도] 위성의 경우대기와의 마찰과 저항 때문에조금씩 고도가 낮아져결국 지구로 돌아올 수밖에 없게 된다.그렇다고 모든 위성이 다 떨어지는 것은 아니다.1,000㎞보다 훨씬 높은고도 3만 6,000㎞ 위에서 지구를 돌고 있는정지궤도 위성의 경우대기와의 마찰이 없어떨어질 염려가 거의 없다.이론적으로 인공위성의 원심력과 지구의 중력이 평형을 이루면이는 떨어지지 않고 계속 일정하게 궤도를 따라 움직인다.하지만 위성이 수명을 다했을 경우우주 쓰레기를 만들지 않기 위해의도적으로 떨어뜨리기도 한다.◇ 위성추락, 어떻게 되는 걸까위성이 추락하면서 대기권에 진입할 때는열에 강한 지구 귀환캡슐 같은 일부 파편을 제외하고공기 분자와 마찰로 인해 대부분 연소된다.이번 추락하는 1,077kg의유럽우주청 고체 위성의 경우에는약 20~30조각의 파편(총 중량 250kg 이하)이지표에 도달할 것으로 예상된다.일반적으로 폐기위성이나 로켓으로부터 떨어져 나간 파편은상대적으로 느린 속도로 땅에 떨어진다.충돌속도는, 가벼운 파편인 경우 시속 30km,무거울 경우 시속 300km까지 나온다.국지적으로 바람이 불면가벼운 조각은 떨어지는 곳에서더 멀리 날아가는 경우도 있다.
- ▲ 우리나라가 발사한 최초의 다목적 실용위성, 아리랑위성 1호.ⓒ한국항공우주연구원
◇ 대기권에 재진입하면 왜 부서지나우주잔해물이 대기권에 재진입할 때는고속으로 운동하며 고온으로 가열된다.이 때 총알보다 열 배에서 스무 배나 빠른 속도로대기권을 통과하면서엄청난 마찰이 생겨잔해물이 부서지기 시작한다.위성을 이루는 주요 구조체의 온도가용융점(녹는점)보다 높아져 작동을 멈추거나,극단적인 경우 탱크에 있는 연료나 고압가스가폭발하는 경우도 있다.우주잔해물이 부서지기 시작하는 고도는일반적으로 74km에서 83km 사이라고 알려져 있다.우주잔해물이 공기저항과 고열에 의해몇 개의 조각으로 해체된 뒤,이어 더 작은 파편으로 부서진다.이러한 상황 속에서도불타거나 부서지지 않은 파편들이낙하속도가 떨어지면서열이 식기 시작해 땅에 떨어진다.◇ 위성추락, 내가 맞을 확률은지금까지 인공위성 추락으로 인한 인명피해는거의 없었다.우주잔해물이 떨어져 생길 수 있는 인명 피해는우리가 매일 경험하는 위협에 비해서는극히 낮은 편이라고 천문연은 말한다.지난 40년동안 총 5,400톤이 넘는 물질이대기권 재진입 이후에도 살아남아땅에 떨어졌지만피해를 입은 사람은 없었다.독일 항공우주센터는 뢴트겐위성 파편으로 인해인명피해가 발생할 확률에 대해약 2,000분의 1 이라고 전했으며미국 UARS 위성이 지구로 추락해인명피해가 발생할 확률 역시3,200분의 1이라 밝힌바 있다.천문연에서도 한 사람이우주잔해물 낙하에 의해 다칠 확률을1조 분의 1에 해당한다고 말할 정도로피해 가능성이 낮다.
- ▲ 유럽우주청 고체(GOCE)위성.ⓒ한국천문연구원
◇ 실제 땅에 떨어진 파편은일반적으로 전체 위성 무게의10-40% 정도가 땅에 떨어진다.이는 위성의 [자료]와 [구조], [모양], [크기]그리고 [무게]에 따라 달라진다.예를 들어 스테인리스스틸이나 티타늄으로 만들어진,텅 빈 연료탱크는 용융점이 [높기] 때문에대부분 살아남는다.하지만 알루미늄과 같은 용융점이[낮은] 부품은 땅에 떨어질 가능성이 낮다.현재까지 수거된 우주 잔해물은 약 50여 개 정도로 알려져 있다.◇ 위성추락, 어디로 떨어질까폐기위성이나 우주잔해물 등이어디로 떨어질지 예측하는 것은매우 어렵다.고열과 압력에 살아남아땅에 부딪히는 파편은넓은 지역에 뿌려져같은 부품에서 떨어져 나갔더라도수 km 떨어진 곳에 떨어지기 때문이다.일반적으로 우주잔해물의 대기권 재진입 시각 예측은±10%의 오차를 갖는 것으로 알려져 있다.낙하 중인 잔해물의 운동속도는초속 7km보다 빠르다.마지막 궤도를 도는데 걸리는 시간이90분 내외라는 사실을 감안하면예측시간에 관한 오차는 ±9분 정도다.하지만 이를 거리로 환산하면7,000km에 해당한다.1997년 델타 로켓이 추락했을 때는4개의 고압구가 낙하했다.이중 하나는 미국 텍사스에,또 하나는 남아프리카공화국 케이프타운에서발견됐을 정도로 같은 곳에서 추락해도떨어지는 곳은 크게 달라질 수 있다.항우연 관계자는추락 지점 예측에는여러 변수가 존재해추락 2~3시간 전에야낙하지점을 계산할 수 있다고전했다.◇ 위성 추락, 막을 수 없나안타깝게도 수명이 다한 인공위성을안전하게 지구로 귀환 시킬 수 있는 기술은아직 실현되지 않았다.지난 2006년부터 미국 항공우주국(NASA)은자국 인공위성이 25년 이상궤도에 떠 있을 수 없도록규정을 마련했다.고장 나거나 수명이 다해지상으로 추락하는 것을 막기 위해10년 정도 지나면 추진체를 이용,[일부러] 고도를 낮춰불타 없어지도록 했다.전문가들은 수년 내에 인공위성 안전 귀환 기술이개발될 수 있을 것으로 예상하고 있다.
- ▲ 2013년 11월 11일 04시 00분 00초(KST) 위성의 위치와 지상궤적.ⓒ위성추락상황실 캡처
◇ 위성 추락, 우리는 어떻게 대비하나[미래창조과학부]는최근 우주물체의 대기권 진입 사례가 늘어남에 따라감시와 피해예방을 위한 연구개발을 강화하고위기대응체제를 구축하기 위해[우주위험대비계획]을 수립 중에 있다.[한국천문연구원]에서는우주물체에 대한독자적 궤도정보 수집을 위해2010년 12월부터[우주물체 전자광학 감시체계 기술개발] 사업을수행하고 있다.또한 [위성추락상황실]을 운영,위성 추락상황을 시시각각으로 공개한다.이번 고체위성 추락상황에 대해서도알려주고 있다.다음 편에서는인공위성에 대해 본격 알아보도록 한다.인공위성은 어떻게 지구 위를 돌고 있는지,종류와 기능에 대해 자세히알아보기로 한다.[사진 = 항우연 카리스쿨]
