LG사이언스랜드

전체메뉴보기 검색 과학상자

유럽우주청의 인공위성 고체(GOCE) 추락 목록

조회 : 3313 | 2013-11-12

인공위성 고체(GOCE) 상상도
인공위성 고체(GOCE)의 상상도 / 이미지 출처 : 유럽우주청(ESA)

지난 11일 유럽우주청의 인공위성인 고체(GOCE)가 수명이 다해 지구로 떨어졌습니다. 이때 수많은 언론에서는 무게가 1톤이나 되는 인공위성이 마치 내 머리 위로 떨어질 것처럼 보도를 했었는데요, 여기서 궁금증이 생기지 않았나요?
정말 이 무게가 1톤이나 되는 인공위성이 내 머리 위에 떨어질 수 있을까? 우리나라 다른 지역으로 떨어지더라도 무게가 1톤이나 되면 그 충격이 우리 삶에 얼마나 큰 영향을 미칠까?
우리나라의 과학기술정책과 정보통신기술에 관한 사무를 관장하는 중앙행정기관인 미래창조과학부에서도 6일 위성 추락 상황실을 설치하고 비상상황에 돌입했었는데요, 위성 고체가 추락 10분 전 한반도 상공을 지나 남극 인근 바다에 추락했다고 밝힌 후 바상상황을 해제했습니다.
1년에 1~2개 정도의 대형 인공위성이 지구로 추락한다는 보도를 접하곤 하는데요, 이번 주 따끈따끈 과학에서는 인공위성이 지구로 추락하는 이유와 그 과정에 대해서 자세히 살펴볼까 합니다.

 

 

* 알아보기
- 인공위성 고체(GOCE)는 어떤 위성이었나?

    [고체(GOCE)의 주요 탑재체]
- 인공위성이 지표로 떨어지는 이유는 뭘까?
- 추락 시 대기권에서 일어나는 변화는?
- 고체(GOCE) 위성의 추락상황

    [천문연구원 위성추락상황실(http://reentry.kasi.re.kr)]
- 파편이 떨어질 위험 그리고 사람이 맞을 확률은?
    [최근 추락한 주요 위성들]

 

 

* 생각 키우기
우주 쓰레기 문제 : 영화 그래비티(Gravity)과 케슬러 증후군(Kessler Syndrom)

 

 

- 인공위성 고체(GOCE)는 어떤 위성이었나?
유럽우주청(ESA)이 2009년 3월 17일 플레체스크 우주 발사장에서 발사한 인공위성 고체(GOCE)는 총중량이 1.077kg이었고, 지난 10월 21일 그동안 수행했던 ‘3차원 정밀 중력장 및 해양순환 탐사’ 임무가 종료되었습니다.
고체(GOCE)는 Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer의 머릿글자를 딴 것으로, 유럽우주청의 ‘살아있는 지구 프로그램 위성군’ 프로젝트의 첫 번째 위성이었는데 지구중력장을 자세하게 측정하기 위해 제작되었습니다. 주 탑재체는 고감도 중력 변화를 측정하는 장치로 6개의 고감도 가속기계를 이용해 3개 축선상 중력변화 기울기를 측정할 수 있습니다.

 

  [고체(GOCE)의 주요 탑재체]
   - 정전기 중력장 경도측정기 (EGG: Electrostatic Gravity Gradiometer)

   -위성 대 위성 추적 장치 (SSTI: Satellite-to-Satellite Tracking Instrument)
   - 레이저 반사체 (LRR: Laser Range Reflector)

 


- 인공위성이 지표로 떨어지는 이유는 뭘까?
인공위성이나 우주잔해물들도 자동차나 비행기처럼 공기저항을 경험한다고 해요. 물론 우리가 지상에서 겪는 것보다는 훨씬 작지만 오랜 시간 누적된다면 얘기가 달라지는 거지요.
대기권에 진입한 잔해물들은 공기저항 때문에 본격적으로 추락하기 시작하는데, 그 잔해물의 자체 특성과 고도에 따라 지표에 추락하기까지는 몇 주에서 몇 년까지 걸리는 경우도 있다고 합니다.
고궤도 위성의 경우에는 그 궤도에서 수백에서 수천 년 동안 머뭅니다. 임무가 끝났음에도 궤도 상에 머무르게 되는 경우 오랫동안 우주쓰레기 신세가 되는 거지요. 물론 위성이나 잔해물 가운데 일부는 추진 시스템이 있기 때문에 이를 이용해 통제 가능한 상태로 추락시킬 수도 있지만요.

 


- 추락 시 대기권에서 일어나는 변화는?
우주잔해물들은 대기권에 재진입해 고속으로 운동하면서 공기와의 마찰로 인해 고온으로 가열됩니다. 특히 재진입 시점에는 총알보다 열 배에서 스무배나 빠른 속도로 움직이는데, 이 때 잔해물은 한계점에 도달해 부서지기 시작한다고 해요.
우주잔해물이 부서지기 시작하는 고도는 일반적으로 74~83km 사이로, 공기 저항과 고열에 의해 몇 개의 조각으로 해체된 뒤 이어 더 작은 파편으로 부서집니다. 이 작은 파편들은 낙하하면서 불타거나 더 작게 부서지지만 낙하속도가 점점 떨어지면서 열이 식어 지표까지 도달하는 경우도 생기는 거랍니다.

 

 

- 고체(GOCE) 위성의 추락상황

 

고체(GOCE)의 추락 진전 이동 궤도

인공위성 고체(GOCE)의 추락 진전의 이동 궤도(파란선)와 추락 예상 지점 / 이미지 출처 : 한국천문연구원 위성추락상황실

 

인공위성 고체의 추락 과정을 보면, 2013년 11월 5일 16시에 187×192km인 타원궤도를 선회하면서 지구중력과 대기마찰 등에 의해 매일 약 10~20km씩 고도가 낮아지고 있었습니다.
11월 10일 전후로 추락할 것이라고 예측했었는데, 유럽우주청(ESA)에서는 11일 오전 9시 45분 고체(GOCE) 위성이 추락했다고 공식적으로 발표했습니다. 호주 서쪽 인도양과 남극, 중남미 지역에 궤적 상의 한 지점에 추락한 것으로 추정된다고 합니다.

 

   [천문연구원 위성추락상황실(http://reentry.kasi.re.kr)]
     : 우리나라는 독자적으로 천문연구원에서 위성추락상황실을 운영하며,  인공위성의 추락을 추적하고 분석해 비상상황에 대처하고 있습니다.

 


- 파편이 떨어질 위험 그리고 사람이 맞을 확률은?
일부 언론에서는 마치 1톤짜리 위성이 그대로 지상에 떨어질 것처럼 자극적인 제목을 써서 불안감을 조성하기도 했는데요, 위성체의 대부분은 대기권에 진입할 때 공기 분자와의 마찰로 조각이 나고, 연소가 됩니다. 지구 귀환 캡슐처럼 열에 강한 일부 파편만이 전소되지 않고 지표에 떨어진답니다.
유럽우주청에 따르면 약 20~30조각의 파편(총 중량 250kg 이하)이 지표에 도달할 것이라 예측하면서 사람들이 피해를 볼 가능성은 매우 낮다고 발표했습니다.
사람이 맞을 확률이 1조분의 1 이하로 극히 희박하다고 전문가들은 말합니다. 그 이유는 지구는 바다 면적이 70%를 차지하고 육지의 면적은 30%인데, 그 중에서도 사람들이 밀집해 살고 있는 도시나 그 외에도 사람들이 살고 있는 지역을 모두 합쳐도 불과 몇%에 지나지 않기 때문이라고 합니다. 지금까지 인류가 쏘아 올린 인공위성 중 절반 이상인 3,500여 개가 지구로 추락했고, 실제로 현재까지 약 50개 정도의 우주잔해물이 수거되었는데 다친 사람은 단 한 명도 없었습니다.
1997년 델타 로켓의 2단이 낙하해서 남은 네 개의 잔해물이 대표적으로 250kg짜리 스테인리스스틸 탱크와 30kg짜리 고압구, 45kg짜리 추진실 그리고 작은 부품 조각이 땅에 떨어져 수거되었답니다.

2011년 9월에 추락한 UARS 위성과 뒤이어 10월에 추락한 뢴트겐 위성은 추락 시 지상에 추락 가능한 잔해물의 크기가 문제가 되었고, 2012년 1월에 추락한 러시아의 화성탐사선 포브스-그룬트는 목표 궤도 진입에 실패한 후 연료를 다량 포함한 채 추락해 그 위험성이 높았었습니다.
하지만 고체(GOCE) 위성의 경우는 그 위험성은 매우 낮은데, 임무수행을 마친 터라 이미 모든 연료는 소모되었고, 위성체를 이루는 부품도 단일로 구성된 거대한 부품(예: 거울)은 포함되어 있지 않기 때문입니다. 또 위성의 크기도 상대적으로 작았고요.

 

 

[최근 추락한 주요 위성들]
- 2011년 9월 : 미국 UARS 위성 태평양 해상으로 추락
- 2011년 10월 : 독일 뢴트겐 위성 수마트라섬 인도양으로 추락
- 2012년 1월 : 러시아 화성탐사선(포브스-그룬트) 태평양 해상으로 추락
- 2013년 1월 : 러시아 코스모스 1484위성 북미대륙으로 추락

 

 

* 생각 키우기
우주 쓰레기 문제 : 영화 그래비티(Gravity)과 케슬러 증후군(Kessler Syndrom)

 

그래비티 포스터 이미지

영화 그래비티(Gravity) 포스터 / 이미지 출처 : 공식 홈페이지

 

영화 그래비티(Gravity)는 우리나라에서 지난 10월 17일 개봉해 현재 상영 중인 영화인데요, 목소리로 출연하는 배우들 외에는 산드라 블록(스톤 박사 역)과 조지 클루니(매트 역) 단 두 명의 배우가 출연해 숨 막히는 90분을 꽉 채우는 것으로도 화제를 모으고 있습니다.
영화의 배경은 지상으로부터 600km 상공, 허블우주망원경이 있는 곳입니다.
스톤 박사는 로봇 팔에 연결된 상태로 허블우주망원경에 새로운 스캔 시스템을 설치하는 중이고, 매트는 우주 비행 중 제약 없이 움직일 수 있는 새로운 제트팩의 성능을 시험하고 있었습니다. 하지만 곧 지구의 반대편에서 폭파된 구식 인공위성이 날카로운 조각들로 부서지면서 그 잔해가 익스플로러 호와 충돌하게 되지요.
이 후 이들은 어떻게 될까요? 그 흥미진진한 영화 내용을 파악하는 것은 여러분의 몫으로 남겨두고, 여기에서 ‘우주 쓰레기’에 대해 생각해 봤으면 합니다. 과학자들이 수거 등의 다양한 방법을 모색하고 있는데요, 여러분도 과학자처럼 이 우주 쓰레기의 처리 방법에 대해 한 번 생각해 보세요.

 

혹시 여러분은 ‘케슬러 신드롬(Kessler Syndrom)’이란 말을 들어 본 적이 있나요? 우리 인류가 대기권을 벗어나 우주탐험을 시작한 지는 불과 수십 년에 지나지 않습니다. 그 사이 과거 우주 임무를 마치고 남은 쓰레기들과 기능을 다한 인공위성들이 형성한 잔해 더미 하나하나가 엄청난 속도로 궤도를 돌고 있는데, 이들이 서로 충돌하면서 더 많은 잔해를 만듭니다. 미항공우주국(NASA)의 과학자 도널드 케슬러가 1978년 논문을 통해 내 놓은 주장입니다. 실제로 현재 우주 개발에 큰 걸림돌이 되고 있는데, 2009년에는 미국 이리듐 위성과의 통신이 끊겼는데 그 이유가 바로 우주 쓰레기와의 충돌이었습니다. 또 국제우주정거장이나 인공위성들의 궤도를 우주 쓰레기를 피해 수정하고 있는 형편이고요. NASA는 우주 쓰레기가 총알의 10배 보다 더 빠른 속도로 날아다니기 때문에 우주 쓰레기를 정기적으로 추적하고 있지만 1~10cm 정도의 작은 것은 추적이 불가능하기에 늘 위성이나 우주왕복선, 국제우주정거장이 우주 쓰레기의 위협을 받고 있는 실정입니다.
계속 이렇게 가다가는 우주 쓰레기 때문에 우주개발을 포기해야 하는 것이 아니냐는 의견도 있을 정도랍니다.
과학자들은 이 우주 쓰레기를 지구 대기권으로 끌어들여 마찰로 연소시키거나 사람이 살지 않는 곳으로 떨어뜨리는 방법을 고심 중이며, 접착성이 있는 공을 궤도에 띄워 우주 쓰레기를 붙인 뒤 대기권으로 진입시켜 함께 연소시키는 방법까지 논의하고 있다네요.

주제!
우주
관련단원 보기
*초등5학년 1학기 태양계와 별
목성 위성 유로파에 높이 200km 분수가?
*초등5학년 1학기 태양계와 별
행운의 별 자리 – 물병자리 (가을철 별자리)
사진올리기 바로가기