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[IT뉴스][기후변화는 지금] 온실가스 늘어나면 위성 발사 힘들어진다

온카뱅크관리자

2025-03-11 21:07:28

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 美MIT팀, 온실가스 증가로 열권·중간권 수축 전망 지구 저궤도 밀도가 줄면서 궤도 파편 더 빨리 축적 위성 궤도수용 능력 66%로 축소...발사 어려워져 
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 <img alt="수명을 다한 인공위성은 수년에서 수십 년에 걸쳐 지구 저궤도를 돌면서 서서히 지구로 떨어진다. 최근 위성 발사가 급격히 늘면서 지구 저궤도는 충돌 위험이 커지고 있다. /ESA" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202503/11/chosunbiz/20250311210020237ulnv.jpg" data-org-width="1024" dmcf-mid="PYLyx4BWcB" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202503/11/chosunbiz/20250311210020237ulnv.jpg" width="658">
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 수명을 다한 인공위성은 수년에서 수십 년에 걸쳐 지구 저궤도를 돌면서 서서히 지구로 떨어진다. 최근 위성 발사가 급격히 늘면서 지구 저궤도는 충돌 위험이 커지고 있다. /ESA
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 온실가스 배출이 억제되지 않고 더 늘어나면 이번 세기말에는 지구 주변을 안전하게 돌 수 있는 인공위성이 줄어들 것이라는 분석 결과가 나왔다. 지구 저궤도에 남겨진 작은 우주쓰레기와 소형 위성 잔해가 늘어나 위성이 안전하게 도는 궤도가 줄어드는 결과를 초래할 것이란 지적이다. 기후변화를 유발하는 온실가스 배출에 대한 획기적인 감축 조치가 없으면 블루오션으로 떠오른 새로운 위성 서비스를 비롯한 우주산업과 각국의 우주 경제 확대에 걸림돌이 될 수 있다는 결과라는 점에서 주목된다.
 미국 매사추세츠공대(MIT) 윌리엄 파커 교수 연구진은 10일(현지 시각) 국제 학술지 네이처 서스테이너빌러티(지속 가능성)에 대기 중 온실가스 배출량이 계속해서 증가하면 2100년까지 인공위성이 도는 지구 저궤도의 궤도 수용 능력이 66%까지 줄어들 수 있다고 소개했다.
 스페이스X가 주도하는 재사용 로켓 기술은 우주산업에 급격한 지형 변화를 불러왔다. 우주 산업계에 따르면 1단 로켓을 회수해 다시 고쳐서 사용하면 일회용으로 사용하던 전통적인 로켓보다 최대 65% 더 저렴한 가격에 로켓을 쏠 수 있다. 재사용 로켓은 블루오리진과 로켓랩 같은 다른 발사체 기업뿐 아니라 각국 정부가 추진하는 로켓 개발에서 이제는 대세로 자리 잡았다. 재사용 로켓 발사 횟수가 늘면서 지구 저궤도로 향하는 위성도 최근 10년 새 급격히 늘고 있다.
 유엔우주업무사무국(UNOOSA)에 따르면 2015년 지구 주변을 도는 위성은 4077기에서 2024년에는 2만8300기로 늘었다. 스타링크와 원웹처럼 전 세계를 위성 인터넷으로 잇는 저궤도 위성 통신을 비롯해 위치·항법·시각(PNT) 서비스, 우주 제조 같은 다양한 서비스가 제안되면서 위성 발사 횟수는 늘어날 전망이다.
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 <img alt="유럽우주국(ESA)이 지난해 7월 23일 발표한 2024년 우주환경보고서에 따르면 지구의 감시 네트워크에서 추적하는 위성과 로켓 파편, 우주잔해가 3만5000개 이상인 것으로 나타났다. /ESA" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202503/11/chosunbiz/20250311210022270vygw.gif" data-org-width="600" dmcf-mid="xsCzENJqcz" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://t1.daumcdn.net/news/202503/11/chosunbiz/20250311210022270vygw.gif" width="600">
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 유럽우주국(ESA)이 지난해 7월 23일 발표한 2024년 우주환경보고서에 따르면 지구의 감시 네트워크에서 추적하는 위성과 로켓 파편, 우주잔해가 3만5000개 이상인 것으로 나타났다. /ESA
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 위성 발사가 늘면서 한편에선 고민도 커지고 있다. 궤도를 도는 위성이 늘면서 충돌 위험이 커진 것이다. 수명을 다한 위성이나 발사 과정에서 우주에 남겨진 로켓 부품 같은 우주 잔해와 충돌 위험도 급증했다. 유엔은 우주쓰레기 문제가 우주의 지속 가능한 이용을 저해한다고 보고 회원국들에 대해 이 문제의 해결점을 고려하도록 주문하고 있다.
 문제는 온실가스가 대기 중에 계속 배출되면 지구 저궤도에 버려진 우주쓰레기의 자연적 처리가 점점 어려워진다는 점이다. 수명을 다한 위성은 수년에서 수십 년간 지구 주변을 계속해서 도는데 이 과정에서 지구 상층부의 옅은 대기층에 부딪히면서 마찰로 점점 속도를 잃고 지구 중력에 끌려 지구 대기권에서 불타 없어진다.
 미국 해군연구소와 미국항공우주국(NASA)에 따르면 지구 상층의 대기권을 구성하는 열권(85~600km 상공)은 태양 활동에 반응해 규칙적으로 수축했다가 팽창한다. 열권이 수축과 팽창을 겪으면 대기 중 밀도가 바뀌는데 그 결과 위성 충돌에도 영향을 미칠 수 있다고 과학자들은 보고 있다. 최근에는 태양 활동과 마찬가지로 대기 중 온실가스의 양이 증가하면 지구의 상층 대기권을 구성하는 열권과 함께 중간권(50~85km 상공)도 줄어든다는 사실도 확인됐다.
 온실가스 하나인 이산화탄소는 대기 중 적외선(IR) 복사를 흡수하고 재방출하는 성질이 있다. 온실가스는 대류권에서 지구 표면에서 방출되는 열을 가둬서 온난화 효과를 초래하지만 성층권, 중간권, 열권에서는 온실가스의 적외선이 태양 에너지 흡수를 상쇄해서 지구의 열 균형에 중요한 역할을 한다. 상부 열권에서 90~135㎞로 열을 끌어들이는 전도가 발생하는데 이산화탄소 농도가 증가하면 상층 대기가 냉각되면서 열권이 수축하게 된다.
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 <img alt="시간 경과에 따라 지구 궤도에서 추적하는 우주물체의 숫자. 최근 10년 새 위성 발사가 늘면서 숫자가 급격히 늘어난 것을 확인할 수 있다. /ESA" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202503/11/chosunbiz/20250311210024687cldg.jpg" data-org-width="960" dmcf-mid="W6ZFgJP3au" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202503/11/chosunbiz/20250311210024687cldg.jpg" width="658">
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 시간 경과에 따라 지구 궤도에서 추적하는 우주물체의 숫자. 최근 10년 새 위성 발사가 늘면서 숫자가 급격히 늘어난 것을 확인할 수 있다. /ESA
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 상층 대기가 수축하면 지구 저궤도 공간의 밀도가 떨어지며 대기와의 저항도 감소한다. 저항이 줄어들면 우주 잔해가 궤도에 머무는 시간이 그만큼 길어진다. 지구 저궤도의 질량 밀도가 감소하면 궤도에는 더 빨리 우주 잔해가 축적된다.
 MIT 연구진은 다양한 온실가스 배출 시나리오를 이용해 2100년까지 지구 궤도를 돌며 안전하게 제 기능을 수행할 위성 수를 추정했다. 여러 배출 시나리오에서 관찰된 궤도 물체의 이상적 분포와 이상적 분포와의 편차를 추정했다. 온실가스 배출이 가장 많은 시나리오가 배출량이 적은 시나리오에 비해 대기와 마찰을 통해 궤도에서 이탈하는 위성이 크게 줄어드는 것으로 나타났다.
 지금보다 온실가스 배출량이 많아지는 시나리오에 해당하는 고배출 공유 사회경제 경로(SSP5-8.5)에서 2100년까지 200~1000㎞의 위성 운영 용량은 50~66%로 감소하는 것을 확인했다. 이는 약 2500만~4000만기에 해당하는 위성이 안전한 궤도를 찾지 못해서 발사할 기회를 얻지 못한다는 의미다. 이 고배출 시나리오는 ‘빠른 산업기술 발전에 중심을 두고 화석연료 사용량을 늘리고 도시 위주의 무분별한 개발을 확대하는 경우’에 해당한다. 대기 중 이산화탄소 농도가 현재 420ppm인데 2100년에는 1089ppm로 늘어나는 것을 가정하고 있다.
 지구 저궤도 위성 서비스를 제공하는 스타링크는 지금도 한 번에 20~49기 저궤도 통신위성을 쏘아 올린다. 경쟁사인 영국의 원웹에 이어 중국도 군집 위성 서비스 구축에 나서면서 위성 발사 횟수도 크게 늘어날 것으로 보인다. 지난 5일 미국 대형 투자은행 골드만삭스는 5년간 지구 저궤도에 위성 7만기가 발사될 것으로 전망했다. 우주 잔해가 지구 궤도 공간을 점점 더 많이 채우면 로켓이나 기존 위성과 충돌할 확률이 높아진다. 우주 잔해는 당분간 지속적으로 늘어날 것으로 예상된다. 새로운 위성을 올려놓을 궤도도 줄어든다. 저궤도 위성 통신이나 위성 영상, 우주 제조 같은 새로운 서비스를 제공할 기회가 줄어드는 것이다.
 우주잔해가 지속적인 우주개발을 막는다는 지적이 나오면서 대책도 개발되고 있다. 지구 저궤도를 떠도는 잔해에 접근해 포획한 다음 지구로 떨어뜨리거나 인공위성이 스스로 궤도를 벗어나는 기술이 주목을 받고 있다. 일본의 애스트로스케일을 비롯해 클리어스페이스, 캐털리스트 스페이스테크놀로지스 같은 기업들은 우주 궤도에서 우주 잔해를 제거하는 기술을 개발하고 있다. 하지만 이번 연구는 이런 노력을 능가하는 환경적 제약이 온실가스 증가로 발생할 수 있다는 점에서 주목된다. 연구진은 “온실가스 배출을 완화하는 일은 지구 기후뿐 아니라 우주에 대한 인류의 접근성을 보존하는 데 중요한 과제로 떠올랐다”고 말했다.
 참고 자료
 Nature Sustainability(2025), DOI : https://doi.org/10.1038/s41893-025-01512-0
 JGR Space Physics(2015), DOI : https://doi.org/10.1002/2015JA021047
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