스타링크가 앞당긴 "우주 쓰레기 시대"…매일 1~2기씩 추락

하이커뮤니티매니져 0 17 10.19

2022년 2월7일 푸에르토리코 상공에서 스페이스엑스의 스타링크 위성이 지자기폭풍의 영향으로 궤도에 오르지 못하고 추락하고 있다. 카리브천문학회 제공 Caribbean Astronomical Society

미국과 중국을 중심으로 저궤도 군집위성 발사 경쟁이 가속화하고 있다. 하늘에서 별 대신 위성을 보는 시대라고 해도 과언이 아닐 정도다. 천문학자들은 위성들이 밤하늘에서 만드는 밝은 줄무늬가 천체 관측을 방해하고 있다고 불만을 토로한다.

미국 하버드스미소니언천체물리학센터 조너선 맥도웰 박사 집계에 따르면 지난 9일 현재 지구 궤도를 돌고 있는 인공 물체는 인공위성을 포함해 모두 3만1205기다. 그 중심에 일론 머스크의 스페이스엑스가 쏘아올리는 저궤도 인터넷 군집위성 스타링크가 있다. 궤도에서 작동 중인 위성 1만3158기의 대부분인 8500여기가 스타링크다.

스페이스엑스는 처음엔 한 번에 60기를 궤도에 올려보내다가 2023년 크기가 더 커진 2세대 위성부터는 23개 안팎을 쏘아올리고 있다.

스페이스엑스가 2019년부터 지금까지 발사한 위성 수는 총 9922개로 약 1만개다. 올해 쏘아올린 것만 해도 벌써 2000기가 넘는다. 지난 6년여 동안 하루도 거르지 않고 매일 4기씩 꼬박꼬박 발사한 셈이다.

맥도웰은 그러나 미국 우주매체 어스스카이와의 인터뷰에서 올해 들어 스타링크 위성이 매일 1~2기씩 지구로 추락하고 있다고 밝혔다. 수명 연한이 다가오면서 위성들이 속속 궤도를 이탈하고 있기 때문이다. 그는 이 수치는 앞으로 계속 늘어날 것이라고 경고했다.

궤도를 돌고 있는 스타링크 위성을 묘사한 그림. 스타링크

태양 폭풍·시스템 오작동도 추락 원인

스타링크 위성은 대부분 530~550km의 저궤도를 돈다. 그런데 저궤도에는 아주 희박하기는 하지만 여전히 대기 분자들이 있다. 이는 위성 속도를 떨어뜨리는 요인으로 작용한다. 위성 속도가 느려지면 중력의 영향으로 궤도가 점차 낮아진다. 이에 따라 각 위성들은 탑재된 연료를 이용해 주기적으로 추진기를 작동시켜 궤도를 제자리로 돌려놓는다. 연료가 고갈되는 데 걸리는 기간이 대략 5년이다. 고도 3만5800km의 정지궤도를 도는 위성들은 대기 저항을 거의 받지 않아 수명이 15년으로 이보다 훨씬 길다.

수명이 다할 때만 위성이 궤도를 이탈하는 건 아니다. 태양 활동이 활발해져도 고도를 이탈할 확률이 높아진다. 높아진 태양 에너지로 부풀어 오른 대기 상층부의 공기로 인해 대기 저항이 높아져 비행 속도가 느려질 가능성이 커지기 때문이다. 2022년 초 태양폭풍으로 인해 스타링크 위성 40기가 목표 궤도에 도달하지 못하고 추락한 적이 있다.

시스템 오작동으로 위성이 추락하는 경우도 있다. 2024년 7월 팰컨9의 2단 로켓이 고장을 일으켜 스타링크 위성 20기 대부분이 추락한 사례가 있다.

스페이스엑스가 미 연방통신위원회에 보고한 스타링크 위성의 충돌 회피 기동 횟수 추이. https://www.linkedin.com/pulse/starlink-manoeuvre-update-july-2025-hugh-lewis-utkhe/

6개월간 충돌 회피 기동 14만번

스타링크가 촉발한 저궤도 위성의 과밀화는 위성간 또는 위성과 우주쓰레기의 충돌 위험도 높인다. 스페이스

엑스가 미 연방통신위원회(FCC)에 제출한 반기 보고서에 따르면 스타링크 위성은 올해 5월 말까지 6개월간 14만4404회의 충돌 회피 기동을 수행했다. 휴 루이스 버밍엄대 교수(우주항공학)는 “이는 이전 6개월보다 거의 3배나 증가한 수치”라고 말했다.

추락하는 위성은 대기권에 재진입하면서 1500도가 넘는 마찰열로 인해 대부분 타버린다. 문제는 이 과정에서 많은 양의 대기오염 물질이 만들어질 수 있다는 점이다. 위성의 소재로 쓰이는 알루미늄이 산화알루미늄이나 수산화알루미늄으로 바뀐 뒤, 성층권의 염화수소와 반응해 오존층 파괴물질인 염화알루미늄을 생성할 수 있다는 것이다.

염화수소는 주로 냉장고 등의 냉매로 쓰이는 프레온가스(CFC)나 HCFC(수소염화불화탄소) 등에 기원을 두는 물질이다. 대기 중으로 방출된 이 가스가 자외선에 분해되면서 방출한 염소가 오존층을 파괴한 뒤 수소와 결합한 것이 염화수소다. 염화수소는 안정적인 염소 저장소 역할을 한다. 오존층을 파괴한 뒤 피로해진 염소가 수소 품에 안겨 잠을 자는 셈이다.

올해 2000번째 스타링크 위성을 실은 스페이스엑스의 팰컨9 로켓이 9월6일 캘리포니아 반덴버그우주군기지에서 이륙하고 있다. 스페이스엑스 제공

위성 소재 알루미늄이 일으키는 화학반응

그러나 비활성 상태의 염화수소는 산화알루미늄을 만나면 염화알루미늄이라는 활성 물질로 다시 깨어난다. 염화알루미늄은 햇빛을 받으면 쉽게 분해되면서 염소를 방출해 오존층을 파괴한다. 염화수소에 봉인돼 있던 염소가 대기권에 진입하는 위성이 만든 염화알루미늄을 만나 다시 오존층을 파괴하는 물질로 부활하는 셈이다.

미국 서던캘리포니아대 연구진이 모의실험한 결과, 1세대 스타링크에 해당하는 무게 250kg 위성이 대기권에 재진입해 연소되는 과정에서 30kg의 산화알루미늄 나노입자가 생성되는 것으로 추정됐다. 연구진은 이에 기반해 유추해보면 위성들이 본�Ю岵막� 궤도를 이탈하는 시기가 되면 매년 360톤의 산화알루미늄이 대기 중에 뿌려질 수 있다고 밝혔다.

추락하는 위성의 파편도 큰 문제를 일으킬 수 있다. 미국 연방항공청(FAA)은 2023년 보고서에서 2035년까지 매년 약 2만8천기의 스타링크 위성 파편이 지상에 추락할 수 있다고 경고했다. 보고서는 이 경우 한 해 동안 지구 어딘가에서 위성 파편에 사람이 맞아 사망하는 사건이 발생할 확률이 61%로 치솟을 것으로 예상했다. 보고서는 위성 파편이 한 해 동안 지구 어딘가에서 항공기를 추락시킬 확률도 0.07%로 추정했다.

스타링크 위성의 궤도 분포도. satellitemap.space

머스크의 내로남불식 상황 인식

위성이 지나치게 많아지면 도미노처럼 연쇄 충돌이 일어나는 케슬러 증후군 사태가 발생할 위험도 높아진다. 케슬러 증후군이란 인공위성이나 우주 파편의 밀도가 임계치를 넘어설 경우, 이들 간의 충돌이 연쇄적으로 발생해 우주 쓰레기가 폭증하는 상황을 말한다. 우주 쓰레기의 이동 속도는 시속 2만7천km나 되기 때문에 1cm 정도의 물체라도 충돌할 경우, 위성 시스템을 마비시키는 등 큰 피해를 입힐 수 있다. 다만 스페이스엑스 위성은 고도가 너무 낮아 연쇄 충돌이 일어날 수 있는 여건을 조성할 여지는 적다. 그러나 스페이스엑스의 위성을 피해 경쟁사들이 후속 위성을 더 높은 궤도로 보낸다면 간접적으로 영향을 끼칠 수는 있다.

하지만 군집위성 시장을 주도하고 있는 일론 머스크에겐 이런 상황에 대한 책임 의식은 없는 것으로 보인다. 스페이스엑스는 지난 7월 연방통신위원회(FCC)에 의견서를 보내 경쟁업체인 에이에스티(AST) 스페이스모바일이 우주에서의 충돌 위험과 대기권 재진입시 인명에 대한 잠재적 위험을 과소평가하고 있다고 불평을 터뜨렸다. 이 회사가 테니스장 크기 만한 위성을 240개 이상 발사할 계획이라는 점에서 일견 타당한 지적이다. 하지만 일각에선 현재 궤도를 돌고 있는 위성의 60% 이상이 스타링크인 점을 고려하면 ‘내로남불’식 상황인식이라고 지적한다.

곽노필 선임기자

[email protected]

https://www.hani.co.kr/arti/science/technology/1223892.html#ace04ou

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