미세 우주파편을 연구하는 ‘NASA 우주잔해 센서’

Gravity
▲ 2013년 공개된 알폰소 쿠아론 감독의 SF 영화 그래비티(Gravity)의 한 장면

영화 ‘그래비티(Gravity)’는 우주쓰레기의 위험성을 극적으로 보여줬다. 그러나 비록 플라이어웨이 렌치(flyaway wrenches)와 부서진 로켓 부품이 우주선에 치명적인 위협이 될지 모르지만 대부분의 궤도 파편은 실제로는 훨씬 더 작다. 

NASA는 오는 12월 4일 SpaceX에 의한 화물선을 발사하여 국제우주정거장(ISS)에 부착될 우주잔해센서(Space Debris Sensor)로 지구궤도를 도는 먼지사이즈의 미세잔해에 대해 좀 더 알고 싶어 한다.

미국 공군이 야구공보다 약 2만 3000배 큰 물체로 기록하고 있는 지상레이더를 사용하면서, 인공위성을 조작하는 사람들은 진행 방향 밖으로 이동시킴으로써 잔해의 충돌을 피할 수 있다. 워싱턴(Washington) D.C에 있는 평화적인 우주 지속가능성에 대해 초점을 맞춘 비영리 단체, 시큐어 월드 재단(Secure World Foundation) 프로그램 기획이사 브라이언 위든(Brian Weeden)은 훨씬 작은 잔해들에 대해 덜 알려져 있다고 말한다. 

위든은 “우주잔해센서는 현실적인 피해를 야기할 수 있는 높은 속도에서의 연구와 밀리미터보다 더 작은 물체에 대해서 연구할 것”이라며, “만약 인공위성이 10년 또는 15년 동안 궤도 내에 있다면 약간의 부식들은 인공위성에 재료들과 센서들을 저하시킴으로써 영향을 줄 수 있다.”라고 말했다.

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▲ 국제우주정거장 창문에 1mm보다 훨씬 더 작은 우주잔해 파편 조각이 7mm폭의 칩을 파냈다. (출처: ESA/NASA)

NASA는 이전에 매우 작은 영향들로 구멍이 뚫려 지구로 돌아온 우주왕복선의 방열판과 창문을 검사함으로써 미세잔해들을 연구했다. 텍사스 휴스턴에서 존슨 스페이스 센터(Johnson Space Center)의 우주잔해센서 주검사관과 궤도 잔해 과학자인 조셉 해밀턴(Joseph Hamilton)은 “세부적인 지상 점검은 충격을 받은 물체의 크기가 얼마한지를 추정할 수 있지만, 여러분이 얻을 수 있는 정보는 제한적이다.”라고 말했다. 

우주잔해센서가 국제우주정거장에 설치된 후에 새로운 센서는 실제 미세잔해에 대해 더 쉽게 다룰 수 있을 것이다. 우주잔해센서에 있는 1제곱미터(m2) 탐지기는 미세한 철사들의 그물망 내에 박힌 얇은 센서들의 층들을 포함한다. 잔해들이 우주잔해센서의 표면을 부딪힐 때, 입자의 사이즈와 일치하는 많은 와이어가 끊어질 것이다. 아래층에서의 피해는 입자 속도와 궤적들의 신호에 영향을 준다. 뒤쪽 판은 과학자들이 물체의 밀도를 추정하는데 도움을 주는 충격의 감도를 측정할 것이다.

이들 데이터로, 과학자들은 잔해들의 근원에 대한 단서를 제공하는 그 입자들의 궤도들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 타원궤도는 입자가 자연발생적인 미소유성체라고 설명하지만, 반면에 원형궤도는 입자가 아마도 위성의 겉을 벗겼다는 것을 의미한다. 그리고 미세잔해의 더 정확한 추정치를 얻음으로써, 과학자들은 1mm보다 크지만 10cm보다는 작은 물체의 수를 편하게 추정하고 예측할 수 있다. 해밀턴은 이 물체들은 우주정거장에 상당한 피해를 야기할 수 있지만 여전히 레이더로 추적하기에는 너무 작다고 말한다.

약 400킬로미터의 국제우주정거장 고도에서 궤도를 돌고 있는 우주잔해센서는 기술시범으로 여겨진다. 만약 성공된다면, 미래 임무들은 700~1000킬로미터 범위, 덜 알려진 우주의 혼잡한 지역에 있는 고도에서의 미세잔해를 연구할 수 있을 것이다. 이 발견들은 위성설계자들이 더 나은 보호장치를 개발하는데 도움을 줄 수 있지만, 반면에 미세잔해의 개선된 모델들은 설계자들에게 우주먼지의 문제가 덜한 궤도를 찾도록 도움을 줄 것이다.

대부분의 단체들은 우주쓰레기를 연구할 기회들을 느껴왔다. 싱가포르에 위치한 개인 위성서비스 회사인 애스트로스케일(Astroscale)은 600~800km 사이에 높은 고도에서 잔해를 연구하는 IDEA OSG 1이라고 불리는 22kg 미세위성을 개발했다. 11월 28일에, 목표 궤도를 도달하는데 실패했던 러시아 소유즈(Soyuz) 로켓에서 발사된 많은 위성 중 하나였고, 잃어버린 것으로 추정된다. 

발사 이전에, 도쿄(Tokyo)에 위치한 애스트로스케일의 CEO인 크리스 블랙커비(Chris Blackerby)는 “정부기관들 또는 개인 조직들과의 합의를 통해 위성에 의해 모아진 데이터를 공유할 수 있는 기회들을 찾고 있었다”고 말했다. 애스트로스케일은 러시아 로켓발사 실패에 대한 언급 요청에 응답하지 않았다. 출처: 사이언스(Science)

26197615_1754899961200680_853328368_n[유건원 학생기자(전북대 항공우주공학과)  ssuu4680@naver.com]