인공위성이 떨어지는 이유는?

교육과학기술부(장관 이주호)는 1월 24일에서 26일 사이 러시아 인공위성 ‘코스모스 1484’가 지구상으로 추락할 것으로 예상됨에 따라, 1월 21일(월)부터 한국천문연구원 내 우주물체감시상황실에서 추락상황 분석 및 대국민 알림서비스를 실시할 계획이라고 밝혔습니다.

코스모스 1484호 일자 별 고도 변화

그렇다면 인공위성이 떨어지는 이유는 뭘까요? 실제로 땅에 떨어진 위성이 존재할까요? 위성 추락에 대해 일문일답으로 자세히 알아보겠습니다.

○ 인공위성이 떨어지는 이유는?

자동차나 비행기처럼 인공위성이나 우주잔해물도 공기저항을 경험합니다. 우주물체가 궤도상에서 받는 저항은 우리가 지상에서 겪는 것보다 훨씬 작지만 오랜 시간 누적되면 큰 영향이 됩니다.

대기권에 진입한 잔해물은 공기저항 때문에 추락하는데, 잔해물의 자체 특성과 그 고도에 따라 수 주에서 수 년까지 걸릴 수도 있습니다. 그러나 고궤도 위성은 수 백에서 수 천 년 동안 궤도에 머뭅니다. 물론, 위성이나 잔해물 가운데 일부는 추진 시스템이 있기 때문에 이를 이용해 통제 가능한 상태로 추락시킬 수도 있습니다.

 

○ 대기권에 재진입할 때 부서지는 이유는?

대기권에 재진입할 때 우주잔해물은 고속으로 운동하면서 고온으로 가열됩니다. 특히 재진입 시점에는 총알보다 열 배에서 스무 배나 빠른 속도로 움직입니다. 이 때 잔해물은 한계점에 도달에 부서지기 시작합니다. 그것은 폐기위성을 이루는 주요 구조체가 녹는점보다 높아져 작동을 멈추거나 극단적인 경우 탱크에 있는 연료나 고압가스가 폭발하는 경우도 있습니다. 

어떤 경우든지, 우주잔해물이 부서지기 시작하는 고도는 일반적으로 74~83km 사이라고 알려져 있습니다. 우주잔해물은 공기저항과 고열에 의해 몇 개의 조각으로 해체된 뒤, 이어 더 작은 파편으로 부서집니다. 그러나 이러한 상태에서도 불타거나 부서지지 않은 파편은 낙하속도가 떨어지면서 열이 식기 시작해 땅에 떨어집니다.

 

○ 실제로 땅에 떨어진 것이 있나?

현재까지 50개가 넘은 우주잔해물이 수거되었으며 한 예가 1997년 델타 로켓의 2단이 낙하해서 남은 네 개의 잔해물입니다. 250kg의 금속 탱크와 30kg의 고압구, 45kg의 추진실, 그리고 작은 부품조각이 땅에 떨어졌지만 다친 사람은 없었습니다.

 

○ 얼마나 많은 파편이 살아남을까?

일반적으로 전체 위성 무게의 10-40% 정도가 땅에 떨어지지만 그것은 위성의 재료와 구조, 모양, 크기, 그리고 무게에 따라 달라집니다. 예를 들면 스테인리스 스틸이나 티타늄으로 만들어진 빈 연료탱크는 녹는점이 높기 때문에 대부분 살아남습니다. 반대로 알루미늄과 같은 녹는점이 낮은 부품은 땅에 떨어질 가능성이 낮습니다.

 

○ 어디에 떨어질지 알 수 있을까?

일반적으로 우주잔해물의 대기권에 재진입 시각을 예측할 때 ±10%의 오차를 갖는 것으로 알려져 있습니다. 낙하 중인 잔해물의 운동속도가 초속 7km보다 빠르고 마지막 궤도를 도는데 걸리는 시간이 90분 내외라는 점을 감안할 때 예측시간에 관한 오차는 ±9분, 거리로 환산하면 7,000km에 해당합니다.

 

○ 땅에 떨어질 때 속도는?

일반적으로 폐기위성이나 로켓으로부터 떨어져 나간 파편은 상대적으로 느린 속도로 땅에 떨어집니다. 마치 공기 저항 때문에 종이가 납덩어리보다 천천히 떨어지는 것처럼 저항을 많이 받는 파편이 일체로 있는 위성보다 더 천천히 땅에 충돌합니다. 충돌속도는 저항이 큰 파편의 경우 시속 30km, 저항이 작은 경우 시속 300km까지 나갑니다. 국지적으로 바람이 불 경우 가벼운 조각은 더 멀리 날아갈 수 있으며 떨어지는 파편을 더 멀리까지 퍼뜨려 수거하기 어렵게 만들 수 있습니다.

 

○ 낙하에 의한 피해는?

우주잔해물이 떨어져 생길 수 있는 인명 피해는 우리가 매일 경험하는 위험에 비해서 극히 낮습니다. 이를테면 한 사람이 잔해물에 맞아 다칠 확률은 1조 분의 1에 해당합니다. 

지난 40년 동안 총 5,400톤이 넘는 물질이 대기권 재진입 이후에도 소멸되지 않고 땅에 떨어졌지만 현재까지는 이러한 추락사건에 의해 직접적인 피해를 입은 사람은 없는 것으로 보고되었습니다.

교육과학기술부는 위성추락으로 인한 비상사태 발생에 대비하여 한국천문연구원, 한국항공우주연구원, 공군과 공동으로 1월 21일부터 추락상황 분석 및 상황을 전파할 예정입니다.

인터넷과 한국천문연구원 트위터, 교육과학기술부 트위터를 통해 확인하실 수 있습니다.

글 : 한국천문연구원

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