[아하! 우주] 노후된 국제우주정거장(ISS) 운명은?…도심 떨어지면 재앙

1998년에 건설이 시작되어 2010년에 완성된 국제우주정거장(ISS)이 수명을 다해감에 따라 그 마무리 수순에 관심이 쏠리고 있다. 3일 우주전문 사이트 '스페이스닷컴'에 게재된 관련기사를 가공, 소개한다.

정확히 20년 동안, 지상 400㎞ 고도에서 지구궤도를 돌고 있는 길이 73m의 이 거대한 실험실은 언제나 인간의 포근한 보금자리였다. 그 동안 몇 안되는 운좋은 사람들만이 이 기묘한 미세중력의 세계로 모험을 떠날 수 있었다. 그러나 우리 인간과 마찬가지로 ISS도 노화를 피할 수가 없다. 언제까지 궤도에 머물 수는 없는 것이다.

ISS가 고도를 유지하기 위해서는 정기적인 고도 상승이 필요하며, 그러기 위해서는 우주선이 방문할 때마다 연료를 공급 받아야 한다. 이러한 작업이 중단되면 ISS는 얼마 못 가 추락하고 말 것이다.

조너선 맥도웰 하버드대 천문학자는 "기본적으로 우주정거장에 도착하는 기체는 보통 여분의 추진제를 가지고 있다"면서 "랑데부를 하려면 추진제가 있어야 하며, 때로는 리부스트를 하기 위해 연료가 추가로 필요할 수 있다"고 설명했다.　

ISS는 최소 2024년까지 지구궤도를 돌 것이다. ISS는 미국, 러시아, 캐나다, 일본 및 유럽우주국이 합작으로 운영하는 시스템인 만큼 퇴역 결정에 있어서 공학적인 측면뿐 아니라 정치적인 고려도 필수적이다.　​

NASA 관계자는 성명에서 “ISS는 현재 국제 파트너 정부에 의해 적어도 2024년 12월까지 운영되도록 승인받았지만, 기술적 관점에서는 2028년 말까지 비행하도록 허가했다”고 밝혔다. 또한 “필요한 경우 운영기간을 2028년 이후까지 확장하는 데 장애가 될 수 있는 문제를 현시점에서는 파악하지 못했다”면서 “그러나 언젠가는 문을 닫아야 할 시간이 올 것이다. 거대한 ISS의 제반 시설은 노후화되고 있으며 우주 파편과 미세 운석으로 인해 지속적으로 위험이 가중되고 있는 상황이다. 우리가 그것을 폐기하지 않으면 결국 우주의 위험물체가 되고 말 것”이라고 덧붙였다. ISS의 궁극적인 운명은 항상 NASA와 러시아연방우주국(Roscosmos)을 괴롭힌 난제였지만, 시간이 지남에 따라 우주 전문가들에게 커다란 당면과제로 자리잡게 되었다. 물론 ISS는 언젠가 궤도에서 끌어내려지겠지만, 5년 전까지만 해도 폐기의 구체적인 방법을 생각해본 적이 없었다. 사실 당시는 여전히 건설작업이 진행되고 있을 때이기도 했다.

ISS 건설 계획은 1980년대에 시작되었다. 오늘날에는 대규모 궤도 실험실 개념이 낯설지 않지만 당시에는 전례가 없던 야심찬 계획이었다. 우주정거장 건설에는 42번의 로켓 발사가 필요했다. 이 시설의 총 무게는 무려 420톤이 넘었고, 크기는 축구장과 비슷했다. 덩치 또한 6개의 침실을 갖춘 주택과 맞먹을 정도였다. 한마디로 어마무시한 크기의 인공위성이었다.

ISS의 설계 과정에서 용도 폐기 문제는 거의 고려되지 않았다. 불과 몇 년 전인 1979년 NASA의 스카이 랩 우주정거장이 궤도에서 이탈했다. NASA는 우주 왕복선을 사용하여 지구 대기권에서 스카이랩을 파괴할 계획이었다.

그러나 왕복선 제작이 지연되는 바람에 80톤 중량의 스카이랩은 태양 활동이 활발하게 진행되어 지구 대기권을 팽창시킴에 따라 공기 저항이 증가하는 바람에 당초 예상보다 빠른 1979년 7월 11일 대기권에 재돌입하여 통제불능 상태에서 호주 에스페란스 일대에 추락해 잔해를 흩뿌렸다. 잔해 중 가장 큰 것은 거대한 산소 탱크였다. 에스페란스 지방정부는 미국정부가 쓰레기를 불법 투기했다는 명목으로 400달러의 벌금 딱지를 발부했지만, 아직껏 지불되지 않고 있다.

만약 우주정거장이 통제불능 상태에서 지구에 떨어지면 위험이 크다고 맥도웰 박사는 주장한다. 약 400톤에 달하는 ISS는 지구 궤도를 도는 어떤 인공물보다 무거운 물체다. 덩치가 클수록 대기 마찰로 완전히 타버릴 가능성이 적어진다. 게다가 ISS의 태양 전지판이 길게 뻗어 있어 통제하기가 더욱 어렵다.

통제되지 않은 진입으로 이어진다면 무엇이든 그 결과는 좋지 않을 것이라고 맥도웰 박사는 우려한다. 그는 “비록 핵 재앙 수준은 아니겠지만, 비행기 추락과 비슷할 것”이라면서 “최악의 경우 인구밀집 지역에 떨어진다면 끔찍한 피해를 내겠지만, 소행성 충돌에 비할 바는 아닐 것”이라고 덧붙인다.

그렇다면 우주정거장의 대기권 재진입을 제어하는 방법으로 가장 이상적인 것은 무엇일까? NASA와 로스코스모스의 엔지니어 그룹은 2017년 국제우주비행대회에서 일부 폐기 옵션을 평가하는 논문을 발표했다. 그들의 작업은 2001년 러시아 우주정거장 미르에 적용된 궤도 이탈 기법을 기본으로 한다. ISS는 미르보다 약 3배 더 무겁다. 계획의 요지는 우주정거장이 정상 작동 중에 고도를 유지하는 방식이다. 가장 일반적으로 러시아 프로그레스 우주화물선은 ISS에 도킹된 상태에서 선체 연소를 수행하거나 선체 연소를 위한 연료를 공급하기 위해 주 서비스 모듈의 추진기로 연료를 전달하는 것이다. 어느 쪽이든 우주정거장은 상승한다.

신중하게 시간을 정한 이러한 선체 연소는 궤도의 한 지점에서만 우주정거장 궤도를 낮춤으로써 재진입을 더욱 예측 가능하게 하고, 인구밀도가 낮은 남태평양으로 잔해물을 추락시킬 수 있다. 나머지는 지구 대기의 파괴력에 달려 있다. 당연히 이 전략에는 위험이 따른다. 무언가가 연소 과정에서 차질이 빚어진다면 재진입 예측은 어려워질 수 있다.

2017년 논문은 예정된 궤도 이탈 계획과 우주정거장의 잠재적 재앙에 대한 모든 대응 옵션을 제시한다. 궤도를 도는 우주정거장에서 갑자기 문제가 발생해 우주정거장을 폐기해야 할 경우, 진행 방법을 결정하는 데 2주의 시간밖에 없을 것이라고 논문은 밝히고 있다.

현재 ISS는 지구 저궤도에 속하는 400㎞ 고도에 떠 있으며, 시속 2만7743.8㎞의 속도로 매일 지구를 15.7바퀴 돌고 있다. 밤하늘에서 깜빡이지 않는 별 같은 불빛 하나가 천천히 하늘을 가로지는 게 보인다면 거의 ISS라고 보면 된다. 한쪽 지평선에서 다른 지평선까지 가로지는 데 약 15분 걸린다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com