교과부·천문연·항우연 추락상황 알림서비스 실시
17일부터 천문연 내 상황실 운영…트위터로 정보 공개
뢴트겐 위성은 현재 210km 상공에 위치하고 있으며 추락할 때까지 매일 하루에 한번씩 한반도 상공을 지나갈 것으로 예상된다. 매일 약 4~5km씩 고도가 낮아져 총 무게 1.7톤에 달하는 30여개의 파편으로 지구 대기권에 진입할 것으로 전망된다.
파편 중에는 지름 84cm의 거울도 있으며, 시속 450km 속도로 지구로 치달을 예정이다. 독일 항공우주센터는 위성파편으로 인한 인명피해가 발생할 확률은 약 2000분의 1로 발표한 바 있으며, 천문역 측은 한반도에서 일어날 인명피해 확률이 약 100만분의 1이라고 밝혔다.
지난달 24일 미국 인공위성 추락시 인명피해 확률은 3200분의 1이었으며, 최종적으로 태평양에 추락해 인명피해는 발생하지 않았다.
교육과학기술부(장관 이주호)와 천문연, 한국항공우주연구원(원장 김승조)은 이번 독일 위성 추락 비상사태 발생을 대비해 지난 17일부터 천문연 우주감시센터 내 상황실을 운영해 위성 추락상황 알림서비스를 실시한다고 이날 밝혔다.항우연에서는 아리랑 위성 운영 등을 통해 구축한 국제협력체계를 활용해 관련 정보를 수집하고, 천문연에서는 수집 정보를 바탕으로 위성추락 상황을 분석해 관계 부처 및 기관에 전파하는 역할을 담당하고 있다.
천문연은 뢴트겐 위성 지구 추락이 임박한 오는 20일부터 상황 종료시까지 웹페이지(event.kasi.re.kr, www.kari.re.kr)와 트위터(@kasi_news) 등을 통해 위성 추락상황을 공개할 계획이다.
천문연 관계자는 "위성의 정확한 추락시각과 장소 예측은 추락예정 1~2시간 전 분석가능하며, 독일 위성이 한반도로 추락할 가능성은 매우 낮지만 만일의 사태를 대비해 언론 등을 통해 위성추락 상황을 주시하는 것이 바람직하다"고 말했다.
한편 천문연은 갈수록 증가하는 우주물체 지구추락에 대비해 지난해 12월부터 교과부와 기초기술연구회 지원을 받아 박장현 박사팀을 중심으로 '우주물체 전자광학 감시체계 기술개발'을 추진하고 있다.
| 독일 뢴트겐위성 지구추락 Q&A 1. 뢴트겐 위성의 추락 >> 뢴트겐 위성은 통제할 수 있는가? 뢴트겐은 궤도제어용 추진 시스템을 갖추지 않았다. 대기권 재진입을 통제할 수 있는 수단이 없다는 뜻이다. 뢴트겐은 1999년 임무가 종료됐기 때문에 현재 독일 오베르파펜호펜(Oberpfaffenhofen)에 있는 DLR 관제센터와 교신할 수 없는 상태다. >> 뢴트겐 위성은 대기권에서 전소될까? 인공위성이나 우주잔해물이 궤도를 이탈, 지구대기에 진입한 뒤에는 시속 27,500km보다 빠른 속도로 낙하하며, 진입 후 마찰에 의해 10분 이내에 아음속으로 속도가 떨어진다. 이 때 공기저항으로 인해 엄청난 열이 발생하게 된다. 우주왕복선에 설치된 단열재와 같은 특별한 장치가 없을 경우 비행체는 전소되거나 대부분 타서 없어지며, 이렇게 발생하는 열과 공기역학적 효과로 위성이나 우주잔해물은 곧 부서진다. 독일항공우주센터에서 분석한 바에 따르면 뢴트겐은 총 1.7톤에 달하는 30여 개의 파편이 타지 않고 지표에 도달할 것으로 예상된다. X-선 광학 시스템을 구성하는 거울과, 탄소섬유로 된 광기계부(또는 그 일부)는 지상에 떨어질 것으로 예상되는 가장 무거운 파편이다. 파편이 지표에 도달할 경우, 충돌속도는 시속 450km에 달할 것으로 추정된다. >> 뢴트겐 위성은 어디에 떨어질까? 뢴트겐 위성의 대기권 재진입 시점과 위치를 정밀 예측하는 것은 원천적으로 불가능하다. 과거 다른 인공위성들이 추락한 사례를 보면 대기권 재진입 6개월 전이라 해도 10주 정도의 정밀도로밖에 예측할 수 없다. 물론, 재진입 시간이 임박할수록 시점을 정확하게 예보할 수 있지만, 추락 일주일 전이라 해도 사흘 이내로 그 범위를 좁히기는 어렵다. 해당 위성이 지구를 90분마다 공전한다고 가정하면 사흘 동안 40회 이상 지구 주위를 선회하는 셈이다. 위성이 궤도를 이탈하기 하루 전이라 해도 재진입 시점에 대한 예보정밀도를 ±5시간 또는 6.5 공전주기 이하로 좁히기는 힘들다. 게다가 지구는 자전하기 때문에 재진입 이후 추락하는 파편에 의해 피해를 입을 수 있는 지역은 매 공전주기마다 달라진다. 따라서 임의의 위성에 대해 재진입과 낙하시점을 정밀 예보하는 것은 현재로서는 불가능하다. 하지만 재진입 한 두 시간 전에는 과학자들이 시간과 지역을 예측할 수 있다. 파편이 지표에 도달할 경우, 파편은 그 낙하궤적을 따라 약 80km의 폭에 걸쳐 떨어지게 된다. 그리고 재진입 한 두 시간 전에는 지구상 어떤 지역이 파편의 직접적인 피해로부터 벗어날 수 있을지 파악할 수 있다. 예를 들어, 뢴트겐이 해당 시간 동안 동북아 지역을 통과하지 않는다면 우리는 그 지역이 피해를 입지 않을 거라고 판단할 수 있다. >> 사람이 직접적인 피해를 입을 가능성은? 사람이 추락 위성에 의해 직접적인 피해를 입을 확률은 극히 낮다. 이론적으로 대기권 재진입 이후 인공위성 파편이 타지 않고 떨어지는 양과, 위성 궤도를 따라 추락하는 지역의 총 면적을 계산할 수 있다. 이를 토대로 계산한, 지구상의 한 사람이 뢴트겐 위성의 추락으로 인해 피해를 입을 확률은 1/2000이다. 즉, 위성 추락 사건이 2000번 발생했을 때 누군가 한 번 피해를 입을 수 있다는 뜻이다. 그러나 남북한을 포함해 우리 국민이 그 피해를 입을 가능성은 그보다 훨씬 낮은 100만분의 1 이하다. 이론상으로 뢴트겐이 100만 번 이상 떨어져야 국민 한 사람이 피해를 입을 수 있다는 얘기다. >> 피해를 입을 경우 보상은? 우주물체로 인한 피해의 법적 책임에 관한 국제협정(The Convention on International Liability for Damage Caused by Space Objects = Space Liability Convention)은 1967년에 제정된 우주조약(the Outer Space Treaty)을 확대, 발효한 협정이다. 우주물체 또는 우주잔해물에 의한 사고 건수는 그 사례가 매우 적기 때문에 실제로 적용된 예는 아직 없는 것으로 보고되었다. 하지만 1978년 소비에트연방의 핵추진위성 코스모스 954(COSMOS 954)호가 캐나다 영토에 추락했을 당시 이 협정에 의거, 실제로 법적 청구가 제기될 뻔 했다. 그 이듬해, 미국의 스카이랩(Skylab)이 호주 서부에 떨어졌을 당시 사상자나 심각한 피해가 발생하지 않았다. 그러나 호주의 에스페런스 지방정부(shire of Esperance)는 미합중국 정부를 대상으로, 미국이 호주 영토에 스카이랩의 파편을 투기한 사항에 대해 400달러의 벌금을 청구했지만, 미 항공우주국은 그 벌금을 납부하지 않았다. 그 이후 2008년, 미국 캘리포니아에 거주하는 한 디스크자키(DJ)가 청취자들로부터 기부를 받아 그 빚을 청산했다. 인공위성 발사국은 자국에서 발사한 모든 우주물체에 대해 국제적인 책임을 진다. 즉, 국가 A의 영토에서 발사됐거나, 국가 A의 시설에 의해 발사됐거나, 아니면 국가 A가 발사하도록 조치한 경우, 국가 A는 해당 우주물체로 인해 발생하는 피해와 그 결과에 대해서 법적 책임을 지도록 규정했다. >> 뢴트겐 위성을 지상으로 가져올 수 없는 이유는? 인공위성을 붙잡아 지구로 귀환시키는 기술은 아직 개발 단계에 있으며 빠르면 3-4년 내에 실현될 것으로 보인다. 그러나 개발자는 실제 임무를 통해 그 기술을 입증해야 한다. 설사, 그 기술이 상용화되더라도 대부분의 위성이나 발사체는 회수 대상에 해당되지 않고 극히 일부 위성에 대해서만 적용될 것으로 보인다. >> 떨어지는 뢴트겐 위성을 볼 수 있을까? 뢴트겐이 대기권에 재진입하는 광경을 목격하는 것은 아주 드문 일이다. 일반적으로 궤도를 선회하던 물체가 추락하는 장소는 바다나 사람이 살지 않는 지역이 대부분이기 때문이다. 북미항공우주방위사령부는 가동 중인 위성과 폐기 위성, 우주잔해물을 상시감시하고 있다. 한국과 독일, 그리고 다른 해외 과학자들도 NORAD 발표자료를 기초로 뢴트겐 궤도와 대기권 재진입에 의한 낙하궤도를 계산, 분석하고 있다. 뢴트겐은 재진입 시점이 다가올수록 상층대기에 의한 제동 효과가 커져 빠른 속도로 추락하기 시작할 것으로 예상된다. 이 시점에는 세계 각지에 설치된 추적시설이 동시 가동돼 뢴트겐 위성의 재진입 시점과 추락지역을 정밀하게 예측할 수 있으리라 기대하고 있다. >> 다른 위성도 떨어질까? 우주잔해물이 지구대기에 재진입하는 사건은 거의 한 주에 한 번 꼴로 일어난다. 지난 2-3년 동안 매년 총 60톤에서 80톤의 잔해물이 지구로 추락했다. 그 잔해물 가운데는 작은 부품도 있지만 위성이나 로켓 상단과 같이 규모가 큰 것도 상당수 포함됐다. 하지만 떨어진 잔해물이 발견되거나 회수되는 경우는 극히 드물다. 참고로, 추락하는 인공물체는 자연물체인 운석보다 그 양이 훨씬 적다. 2. 한국에서는? >> 한국이 피해를 입을 가능성은? 한국이 뢴트겐 추락에 의해 피해를 입을 가능성은 물론, 있다. 이 위성은 북위 53도와 남위 53도 지역 이내에서 공전하기 때문에 한국은 잠정적인 피해지역에 속한다. 그러나 대기권 재진입 하루 또는 이틀 전이 되어야 뢴트겐이 재진입 궤도상에 한반도가 위치하는지의 여부에 대한 판단이 가능해진다. 하지만 이 위성이 한반도에 떨어질 가능성은 극히 낮은 것으로 알려졌다. >> 한국도 추락에 대비하고 있을까? 뢴트겐 위성이 지표에 떨어져 직접적인 피해를 끼칠 가능성은 대단히 낮지만, 국내에서도 만일의 사태에 대비하고 있다. 교육과학기술부는 뢴트겐 추락과 관련해 10월 14일, 출연 연구기관 관계자들과 “독일위성 지구추락 대응방안”을 마련하여 한국천문연구원에 우주감시센터에 상황실을 설치하고 한국항공우주연구원과 공동으로 낙하시점까지 뢴트겐 위성의 궤도를 예측하고 그 내용을 일반에 공개하기로 했다. 항공우주연구원은 뢴트겐의 대기권 진입 이후 비행궤적 예측과 해외 기관을 통한 정보 분석을 담당한다. 교육과학기술부는 관련 부처는 물론, 산하 기관들과 긴밀한 협조 체제를 구축하는 등 만일의 사태에 대비하고 있다. 한국천문연구원은 학생과 일반인들을 위해서 전용 웹 페이지(event.kasi.re.kr)와 트위터(twitter.com)를 통해 시시각각으로 바뀌는 뢴트겐의 추락 상황을 공개하기로 했다. >> 한국에서는 누가? 한국천문연구원은 지난 2010년 12월부터 교육과학기술부와 기초기술연구회 지원으로 국가현안 해결 형 사업(National Agenda Project = NAP)인 “우주물체 전자광학 감시체계 기술개발” (사업책임자: 박장현 박사)을 진행하고 있다. 이번에 뢴트겐의 낙하궤도를 예측, 분석하는 일은 이 프로젝트 참여 연구원들이 주축이 되어 수행한다. 이 사업에는 한국항공우주연구원도 협동기관으로 참여하고 있고 이번 추락상황 분석도 본 사업의 참여연구원들이 주축이 되어 수행하고 있다. >> 과거에도 이러한 일이 있었을까? 한국천문연구원은 지난 2001년, 구 과학기술부의 미르폐기 대책반에 참여해 1986년부터 16년 간 임무를 수행하고 퇴역해 남태평양에 수장된 미르우주정거장(Mir Space Station)의 폐기궤도를 예보하고 추적 관측해 언론에 공개했다. 3. 위성이 추락하면... >> 인공위성이 떨어지는 이유는? 자동차나 비행기처럼 인공위성도 공기저항을 경험한다. 물론, 인공위성이 궤도상에서 ‘느끼는’ 저항은 우리가 지상에서 겪는 것보다 훨씬 작지만 오랜 시간 누적된다면 얘기가 달라진다. 대기권에 진입한 위성은 공기저항 때문에 추락하는데, 위성 자체 특성과 그 고도에 따라 수주에서 수년까지 걸릴 수도 있다. 그러나 고궤도 위성은 수백에서 수 천 년 동안 궤도에 머문다. 물론, 위성 가운데 일부는 추진 시스템이 있기 때문에 이를 이용해 통제 가능한 상태로 추락시킬 수도 있다. >> 인공위성이 대기권에 재진입할 때 부서지는 이유는? 대기권에 재진입할 때 우주잔해물은 고속으로 운동하면서 고온으로 가열된다. 특히 재진입 시점에는 총알보다 스무 배나 빠른 속도로 움직인다! 이 때 잔해물은 한계점에 도달에 부서지기 시작한다. 그것은 폐기위성을 이루는 주요 구조체가 용융점보다 높아져 작동을 멈추거나, 극단적인 경우 탱크에 있는 연료나 고압가스가 폭발하는 경우도 있다. 어떤 경우든지, 우주잔해물이 부서지기 시작하는 고도는 일반적으로 74에서 83km 사이라고 알려져 있다. 우주잔해물은 공기저항과 고열에 의해 몇 개의 조각으로 해체된 뒤, 이어 더 작은 파편으로 부서진다. 그러나 이러한 상태에서도 불타거나 부서지지 않은 파편은 낙하속도가 떨어지면서 열이 식기 시작해 땅에 떨어진다. >> 실제로 땅에 떨어진 우주잔해물이 있나? 현재까지 50개가 넘은 우주잔해물이 수거되었는데, 그 예로, 1997년 델타 로켓의 2단이 낙하해서 남은 네 개의 잔해물이 있다. 즉, 250kg짜리 스테인리스스틸 탱크와 30kg짜리 고압구, 45kg짜리 추진실, 그리고 작은 부품조각이 땅에 떨어졌지만 다친 사람은 없었다. >> 대기권 재진입 후 얼마나 많은 파편이 살아남을까? 일반적으로 전체 위성 무게의 10-40% 정도가 땅에 떨어지지만, 그것은 위성의 재료와 구조, 모양, 크기, 그리고 무게에 따라 달라진다. 예를 들면 스테인리스스틸이나 티타늄으로 만들어진, 텅 빈 연료탱크는 용융점이 높기 때문에 대부분 살아남는다. 반대로, 알루미늄과 같은 용융점이 낮은 부품은 땅에 떨어질 가능성이 낮다. >> 우주잔해물이 어디에 떨어질지 알 수 있을까? 폐기위성, 또는 우주잔해물이 어디에 떨어질지 예측하는 것은 대단히 어렵다. 고열과 압력에 살아남아 땅에 부딪히는 파편은 넓은 지역에 걸쳐 뿌려지기 때문에 같은 부품에서 떨어져 나간 조각이라도 수 킬로미터 떨어진 곳에 떨어질 수 있다. 과거 델타 로켓이 추락했을 때 4개의 고압구가 낙하했는데, 그 중 하나는 미국 텍사스에, 또 다른 하나는 남아프리카공화국 케이프타운 근교에서 발견되었다. 일반적으로 우주잔해물의 대기권에 재진입 시각을 예측할 때 ±10%의 오차를 갖는 것으로 알려져 있다. 낙하 중인 잔해물의 운동속도가 초속 7km보다 빠르다는 것, 그리고 마지막 궤도를 도는데 걸리는 시간이 90분 내외라는 사실을 감안할 때 예측시간에 관한 오차는 ±9분, 거리로 환산하면 7,000km에 해당한다. >> 우주잔해물이 땅에 떨어질 때 속도는? 일반적으로 폐기위성이나 로켓으로부터 떨어져 나간 파편은 상대적으로 느린 속도로 땅에 떨어진다. 마치 종이가 납덩어리보다 천천히 떨어지는 것처럼 가벼운 파편이 무거운 것보다 더 천천히 땅에 충돌한다. 충돌속도는, 가벼운 파편인 경우 시속 30km, 무거울 경우 시속 300km까지 나간다. 국지적으로 바람이 불 경우 가벼운 조각은 더 멀리 날아갈 수 있으며, 떨어지는 파편을 더 멀리까지 퍼뜨려 사람이 수거하기 어렵게 만들 수 있다. >> 우주잔해물의 낙하에 의한 피해는? 우주잔해물이 떨어져 생길 수 있는 인명 피해는 우리가 매일 경험하는 위협에 비해서 극히 낮다. 이를테면 한 사람이 우주잔해물에 맞아 다칠 확률은 1조 분의 1에 해당한다. 지난 40년 동안 총 5400톤이 넘는 물질이 대기권 재진입 이후에도 살아남아 땅에 떨어졌는데, 현재까지는 이러한 추락사건에 의해 직접적인 피해를 입은 사람은 없는 것으로 보고되었다. 4. 뢴트겐 위성이란? >> 뢴트겐 위성은 어떤 과학임무를 맡았나? 뢴트겐은 격렬한 고에너지 현상이 일어나거나 고온 상태에서 X-선을 방출하는 천체들을 주로 관측했다. 천문학자들은 X-선 방출 과정을 이해하기 위해 천체의 구성 물질과 에너지 분포를 조사했다. 지구대기는 X-선을 흡수하기 때문에 지상에서는 이러한 연구가 불가능하다. 뢴트겐은 이러한 한계를 극복하기 위해 제작되었다. 이 위성은 X-선을 방출하는 거의 모든 천체를 관측했지만 그 중에는 X-선 복사가 나오리라 예측하지 못했던 경우도 있다. 뢴트겐이 관측한 천체는 달과 혜성, 항성, X-선 쌍성, 중성자별, 초신성과 그 잔해, 성간물질, 은하, 활동성은하핵, 블랙홀, 성운, X-선 우주배경복사 등과 같다. 뢴트겐을 통해 그 특성이 밝혀진 관측대상에 대해서는 감마선과 가시광, 적외선, 전파 등과 같은 파장영역에서 얻은 데이터와 함께 그 물리적 특성을 종합적으로 이해하는데 활용됐다. >> 뢴트겐 위성이 밝혀낸 가장 중요한 성과는? 뢴트겐은 8년 동안 천문학자들이 기대했던 것에 비해 양적으로나 질적으로 깜짝 놀랄만한 성과를 거두었다. 하지만 여기서는 이 위성이 관측한 대표적인 천체들과 발견 사실을 요약하는 것으로 만족할 수밖에 없다. 이 위성은 영상카메라를 이용해 최초로 X-선 영역에서 전 하늘을 지도화 했으며 배경복사로부터 천체들을 분리, 향상된 분해능으로 관측을 수행했다. 즉, 은하단을 채우고 있는 고온 가스를 처음 관측했으며, 초신성 잔해는 물론, 대마젤란은하에 있는 ‘초연성 X-선원’(super-soft sources: 주로 낮은 에너지 영역에서만 X-선을 방출하는 천체)과 같은 새로운 천체를 발견하기도 했다. 무엇보다 혜성에서 X-선이 방출된다는 것을 알아낸 것은 뜻밖의 성과였다. 뢴트겐의 비례계수기(Position Sensitive Proportional Counter = PSPC) 천체목록에는 10만 개가 넘는 천체의 위치와 X-선 광도가 수록돼 있다. >> 뢴트겐의 망원경은 어떻게 작동됐는가? X-선 망원경에 쓰이는 광학 시스템은 일반적인 망원경과는 판이하게 다르다. X-선은 렌즈와 거울을 그대로 투과하기 때문이다. 그럼 어떻게 해야 할까? 높은 정밀도로 경면을 연마해 특수 제작한 거울에 예각으로 X-선을 쏘면 반사를 일으킬 수 있다. 독일 물리학자 한스 볼터(Hans Wolter)는 바로 이 방법을 이용해 1951년 최초로 X-선 망원경을 제작했다. 뢴트겐 위성 역시 X-선을 예각으로 반사시키는 ‘볼터 반사경’을 채택, 제작되었다. 이 때 X-선은 좁은 영역을 통과하기 때문에 유효 검출면적이 작을 수밖에 없다. 그래서 이 위성은 크기가 다른 네 개의 볼터 반사경을 이용했다. 이들 반사경은 공통중심을 축으로 양파처럼 겹겹이 싸인 형태를 띤다. 그 초점은 4개의 거울 뒤로 2.4m 떨어진 곳에 위치하며 3개의 검출기가 설치됐다. 검출기는 2개의 비례계수기(Position Sensitive Proportional Counters = PSPC)와 채널판검출기(channel plate detector), 그리고 고해상카메라(High Resolution Imager = HRI) 등으로 이루어졌다. 이 가운데 PSPC와 HRI는 서로 역할을 보완했다. 막스플랑크연구소가 개발한 PSPC는 넓은 시야를 제공하며 네 개의 에너지 밴드에 대한 고감도 관측이 가능했지만, HRI보다 분해능이 낮았다. 스미소니언천문대에서 제작한 HRI는 이러한 단점을 보완해 주었다. 즉, HRI는 높은 분해능을 제공한 반면, PSPC보다 시야가 좁았고 에너지 분해능은 갖추지 않았다. PSCS가 X-선으로 된 ‘컬러사진’을 찍었다면 HRI는 훨씬 선명한 ‘흑백사진’을 제공한 셈이다. >> 뢴트겐 위성의 임무는 왜 종료됐는가? 뢴트겐은 당초 18개월간 임무를 수행하기로 예정되었다. 그러나 과학적 성과가 예상을 뛰어넘자 기술적으로 가능한 기간만큼 연장하기로 결정됐다. 엔지니어들은 시스템이 노후화돼 이상이 생긴 경우, 이를 보상할 수 있는 방법을 찾기 시작했다. 예를 들면 1993년, 위성자세를 제어하는데 쓰인 자이로스코프가 고장 났을 때 이를 대체할 수 있는 새로운 방법을 발견했다. 그것은 태양과 지구 자기장을 이용해 자세를 제어하는 방식이다. 또 1994년에는 비례계수기(Position Sensitive Proportional Counter = PSPC)에 쓰이는 가스가 바닥났지만, 이 기기를 이용한 관측은 가스 공급이 필요 없는 고해상카메라(High Resolution Imager = HRI)로 대체했다. 1998년 마침내 뢴트겐은 임무 종료를 목전에 두게 됐다. 그동안 자세 제어에 중요한 역할을 한 별 추적기(star tracker)가 고장 나자 고해상카메라를 태양으로 향했는데 그 결과 치명적인 문제가 발생했기 때문이다. 그 이후 이 위성에 대한 과학적 활용은 전면 중단되었다. 그리고 1999년 2월 12일, 뢴트겐은 발사 이후 8년 반 여에 걸친 임무를 마치고 퇴역했다. |
김요셉 기자
joesmy@hellodd.com
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