지구 궤도를 떠도는 우주쓰레기가 새로운 위협으로 떠올랐다. 수명을 다한 위성과 로켓 잔해들이 초속 8㎞ 이상의 속도로 이동하며 우주선과 우주인의 안전까지 위협하고 있어서다. 영화 속에서나 보던 우주 파편 충돌 장면이 현실 문제로 다가 온 셈이다.
Debris orbiting Earth is a new threat created by the space industry. Defunct satellites and rocket debris travel at speeds over 8 km per second, jeopardizing the safety of spacecraft and astronauts.
Thus collisions with space debris, once only seen in movies, have emerged as a real-world problem.
우주항공청이 지난해 확인한 우주쓰레기는 2만여 개에 달한다. 일부는 지구로 추락하기도 하지만, 대부분은 궤도에 남아 다른 우주물체와 충돌 위험을 높인다. 문제는 제거에 막대한 비용이 든다는 점이다.
The Korea AeroSpace Administration last year identified about 20,000 pieces of space debris, with some re-entering Earth’s atmosphere but most remaining in orbit to raise the danger of collision with other space objects. The problem is the incredibly high cost of removing such debris.
이 같은 난제를 해결하기 위해 한국항공우주연구원(항우연)이 해결사로 나섰다. 항우연이 지구 저궤도에서 급증하는 우주쓰레기를 포획·제거할 수 있는 궤도이탈장치를 개발하고, 지상 시연에 성공했다고 최근 밝혔다. 핵심은 ‘분리형 시스템’이다. 우주쓰레기 제거 위성과 실제 궤도 이탈을 수행하는 장치를 이원화한 구조다.
Korea Aerospace Research Institute (KARI) is working to resolve this problem. The think tank recently announced its development of an orbital deorbiting device capable of capturing and removing the rapidly surging amount of space debris in low Earth orbit and a successful ground demonstration. The key lies in a “separable” system that divides the satellite used to remove space debris from the device that deorbits.
기존 우주 파편 제거 방식은 청소 위성이 우주쓰레기를 포획한 뒤 대기권에 동반 진입해 소멸하는 형태였다. 고가의 위성을 일회성으로 소모해 경제성이 극히 낮다는 치명적인 약점을 지닌다.
Conventional methods for removing such debris saw cleanup satellites capture the trash and re-enter the atmosphere with it, which would incinerate the debris. The critical flaw of this approach was its use of expensive satellites as disposable assets, making it extremely uneconomical.
항우연은 하나의 청소위성에 소형 궤도이탈장치를 여러 개 탑재해 이 문제를 정면 돌파했다. 청소 위성은 궤도에 남아 반복 사용하고, 개별 장치는 각각의 우주쓰레기에 달라붙어 제거를 전담하는 구조다. 재사용과 경제성을 획기적으로 높일 수 있다게 항우연 설명이다.
KARI tackled this problem head-on by loading multiple small orbital departure devices on one single cleanup satellite. The satellite remains in the orbit for multiple uses, while the devices attach themselves to specific debris for the latter’s removal.
The institute said this approach can drastically improve reusability and cost-effectiveness of cleanup operations.
이번에 개발된 궤도이탈장치는 전기밥솥 크기의 소형 장치다. 작동 원리는 정교하다. 먼저 접착식 견인판을 우주쓰레기에 부착해 장치 쪽으로 끌어당긴다. 이후 네 개의 집게(그리퍼)가 우주쓰레기를 단단히 고정하면 저항돛(Drag Sail)이 사방으로 펼쳐진다. 장치 본체는 작지만, 저항돛을 펼쳤을 때 약 25㎡ 까지 커진다.
The new orbital deviation device is a compact unit the size of an electric rice cooker and with a sophisticated operating principle.
First, an adhesive towing plate is attached to space debris to pull it toward the device. Four grippers firmly secure the debris in place, after which a drag sail spreads in all directions.
The main unit is small but expands to about 25 square meters when the sail is deployed.
이 저항돛은 추진기나 별도 전력 없이 탄성에너지만으로 전개된다. 돛이 펼쳐지면 저궤도의 미세한 대기 입자와 마찰로 저항이 발생한다. 이 마찰력으로 우주쓰레기의 속도가 줄어들면서 궤도가 점차 낮아진다. 결국 대기권으로 재진입해 불타 소멸하는 ‘궤도이탈(De-orbiting)’ 작동 방식이다.
The sail spreads using only elastic energy and with no need for a propeller or separate power source. Once deployed, the sail generates drag through friction with fine atmospheric particles in low Earth orbit, and this frictional force slows the debris, gradually lowering its orbit.
In the end, this “de-orbiting” mechanism causes the debris to re-enter the atmosphere and burn up.
연구진은 실제 우주 적용에 앞서, 견인·포획·저항돛 전개 등 세 가지 핵심 기능 시연에 성공했다. 특히 전기 구동장치 사용을 최소화해 무동력 방식으로도 우주쓰레기 제거가 가능하다는 점을 입증했다.
Before application in space, the research team tested the device’s three main functions: towing, capture and deployment of the drag sail. Members confirmed removal of the debris under a non-powered method by minimizing the use of electric actuators.
이 기술은 우주쓰레기 제거뿐 아니라 랑데부·도킹 기술, 심우주 태양돛 추진 기술 등 다양한 우주 분야에도 활용될 전망이다.
Application of this technology is expected in other space-related uses like rendezvous and docking and deep-space solar sail propulsion as well as removal of space debris.
김민기 한국항공우주연구원 책임연구원은 “지구 주변의 우주쓰레기가 계속해서 증가하는 상황” 이라며 “이번 연구는 재사용성과 경제성을 모두 갖춘 새로운 우주쓰레기 제거 기술의 가능성을 검증한 쾌거”라고 의미를 부여했다.
“Space debris around Earth continues to increase,” said Kim Min-ki, a principal researcher at KARI. “This research marks a major achievement in confirming the potential of a new technology for space debris removal offering both reusability and cost-effectiveness.”
고현정 기자 hjkoh@korea.kr
By Koh Hyunjeong
