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- 궤도에 명확한 교통 규칙 없고 관련 운영자 간의 통신을 위한 자동화된 프로토콜도 없다.
- "SpaceX는 규칙이 없기 때문에 규칙을 어기는 일은 하지 않는다"고 연구원들은 말한다.
- 중국, 2007년 중거리 미사일로 기상 위성 격추, 궤도에 약 4만 개의 새로운 파편 생성
- SpaceX 고장율 1.45%, 1세대 위성은 5%. 0.1%로 낮추는 것 논의 중

메가 별자리의 어두운 면: 우주 쓰레기와 충돌

지금까지 계획된 모든 메가 별자리가 구현되면 최대 10만 개의 위성이 곧 궤도에 진입할 수 있다. 이는 지금까지 약 2500개의 정상적인 군사 및 민간 위성의 수십 배다. 이것은 여러 면에서 우주 기관과 천문학자들에게 큰 관심사다. 

▲ 2019년 9월 2일 시간이 일치한 ESA Aeolus와 스타링크 위드. © ESA

충돌을 아슬아슬하게 피함

충돌에 대한 우려가 얼마나 타당한지 2019년 9월 2일의 사건이 입증됐다.
유럽 우주국 ESA는 Starlink 미니 위성과의 충돌 위험이 있어서 지구 관측 위성 Aeolus를 회피 기동해야 했다. Aeolus의 엔진이 점화되고 궤도가 350m 상승해 충돌을 방지했다.

실제로 Starlink 위성은 다른 비행 물체를 자동으로 피해야 했는데, 이 경우 결함으로 인해 작동하지 않았다. 따라서 ESA가 대응을 해야 했다. 두 위성을 손상으로부터 구하고 또 다른 우주 파편과 충돌 파편을 피해 지구 궤도를 돌았다. 그러나 그러한 회피 기동은 연료를 소모하며 위험이 적시에 인식될 때만 효과가 있다. 이미 저궤도의 각 ESA 위성에 대해 매주 두 개의 충돌 경고 메시지가 수신된다.

그러한 경고 메시지는 비용이 많이 들고 시간이 많이 소요되는 회피 기동이 필요한지 위험성에 대한 의문을 갖게 한다.
“충돌 확률 1/10,000(만분의 일)의 경우에 반응하면 항상 그런 기동을 하고 있을 것이다. 그러나 1/50 확률에는 실제로 당신이 맞을 가능성이 있다”고 Southampton 대학의 Hugh Lewis는 최근 딜레마를 설명했다. 지금까지 모니터링 시스템은 충돌과 아슬아슬하게 빗겨간 것을 사전에 100% 구별할 만큼 정확하지 않았다.

교통 규칙; 어느 위성이 피해야 하는가?

또 다른 문제:
지금까지 궤도에 명확한 교통 규칙이 없었다. 누가 누구를 피해야 하는지 처음부터 명확하지 않으며 관련 운영자 간의 통신을 위한 자동화된 프로토콜도 없다. 따라서 ESA의 우주 보안 프로그램 책임자인 홀거 크래그(Holger Krag)는 서둘러 법안을 따라잡을 필요가 있다고 말했다. 지구 궤도에서 통신 위성으로 가득 차면 충돌 위험이 더 커지고 모든 충돌은 지구 주위를 경주하는 더 많은 고철 쓰레기 입자의 눈사태를 생성한다.

이러한 조정은 미래의 우주 임무와 위성을 궤도로 수송하는 데에도 중요하다.
궤도에 진입할수록 로켓이 발사 후 위성과 충돌할 위험이 높아진다. ESA 전문가는 "우주비행사들은 자동 기동 조정을 정의하기 위해 함께 모여야 한다"고 강조했다.

▲ 2019년 9월 2일 충돌 코스에 있는 ESA Aeolus 위성과 Starlink 위성. © ESA

아무도 없는 지역에서 합법적인 것?

위성 별자리 운영자가 궤도에서 결함이 있거나 완전히 실패한 위성을 처리하는 방법에 대한 문제도 법적으로 명확하지 않다. 파리-사클레 대학(University of Paris-Saclay)의 코린 보두앵(Corinne Baudouin)과 그녀의 동료들이 설명하는 바와 같이, 지금까지 궤도에서의 폐기물 처리를 의무화하는 국제적으로 유효한 법률은 없다. "SpaceX는 규칙이 없기 때문에 규칙을 어기는 일은 하지 않는다"고 연구원들은 말한다.

일부 국가와 우주 기관은 이미 구속력이 없는 지침에 동의했다. 무엇보다도 이들은 위성 위치, 가능한 충돌 위험 또는 임박한 충돌에 대한 정보 교환을 제공하다. 그러한 협정의 또 다른 부분은 저궤도에서 작동하지 않는 위성이 일정 기간 내에 대기에 진입하여 불타버려 처분하는 것이다.

"그러나 장기적인 결과를 초래하는 모든 환경 문제와 마찬가지로 여기에서는 간단한 행동 규칙만으로는 충분하지 않을 수 있다. 운영자가 규칙을 준수하지 않더라도 새로운 우주 쓰레기를 생성할 위험이 있다"고 Baudouin과 그녀의 동료는 설명했다. 중국은 2007년 중거리 미사일로 사용하지 않는 기상 위성을 격추함으로써 모든 규칙을 무시하는 것을 노골적으로 보여주었다. 그 결과 궤도에 약 4만 개의 새로운 파편이 생성되었다.

▲ 중국 로켓이 발사한 지 한 달 만에 중국 위성 Fengyun-1C에서 나온 파편 링. © NASA Orbital Debris Program Office(궤도 잔해 프로그램 사무소)

고장율이 얼마나 높을까?

지금까지 위성의 고장률에 대한 메가 별자리에 대한 사양만 있었다.
예를 들어, 미국 통신 기관인 FCC는 통신 사업자가 6개월마다 얼마나 많은 위성이 고장났는지, 얼마나 많은 근접 통과가 궤도에 있었고 위성이 회피해야 하는 빈도를 보고하도록 의무화했다. 1년에 3~4개 이상의 위성 고장이 있는 경우 별도의 보고도 필요하다.

그럼에도 불구하고 Starlink 위성의 고장률이 얼마나 높은지에 대해 모순되는 정보가 있다. 예를 들어 SpaceX는 현재 이를 최대 1.45%로 보고 있지만 1세대 별자리의 약 5%가 현재 결함이 있다. 소형 위성 실패로 인한 충돌 위험 증가를 고려할 때 FCC는 이미 더 엄격한 요구 사항에 대해 조언해야 하며 실패 위험을 최대 0.1%로 제한하는 것에 대해 논의하고 있다.
(계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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