11일 오전(현지시간) 유럽우주청은 “수명이 다한 위성 고체(GOCE)가 남극에 추락했다”고 발표했다. 이 위성은 혹시나 하는 두려움을 주었지만 당초 예상대로 대기권 상층부에서 완전히 불에 타 지구촌에는 아무런 피해를 주지 않았다.
유럽우주청이 지난 2009년 3월에 발사한 이 고체 위성의 임무는 지구중력장과 화산 활동, 해양순환을 탐사하는 1천77㎏급 위성. 오늘날 지구 궤도에는 이런 임무를 수행하는 위성들이 수도 없이 많다. 이 위성들은 주로 화산폭발, 지진, 쓰나미, 운석충돌, 산사태 등과 같은 자연재해를 감시하는 임무를 맡고 있다.
따라서 이런 엄청난 자연재해를 분석하고 그 원인을 규명하기 위해선 넓은 지역을 연속적·주기적으로 관찰할 수 있는 위성이 유리한다는 것이 전문가들의 견해. 위성은 접근이 어려운 지역도 얼마든지 가능하고 무엇보다도 경제적이어서 수많은 과학위성들이 쏘아 올려지고 있는 것이 현실이다.
여기에다 급격히 발전한 인공위성 제작 기술로 인해 초정밀 영상을 촬영하는 위성, 야간 및 악천후에도 관측 가능한 레이더 위성, 지구의 중력 및 자기장을 관측하는 위성, 지구 내부의 미세한 밀도 변화를 감지해 내는 초전도 중력계 등을 이용한 지표 및 지구관측 기술이 가능해졌다.
그러나 이는 지구 궤도에 수많은 위성을 쏘아 올리는 결과를 초래했다. 이 위성들 가운데 수명이 다한 위성은 지구 대기권에 재 진입하는데 이때 거의 마찰열에 의해 소진되지만 그중 열에 강한 부분은 타지 않고, 그대로 지표상에 떨어질 수 있어 지구촌은 언제라도 파편을 맞을 위험을 안고 있다. 


공기저항과 같은 섭동력이 원인  



지난 1973년 5월 14일 발사된 미국 최초의 우주정거장 스카이랩(Sky lab)은 근 6년 동안 임무를 완수하고, 1979년 추락했다. 당시 과학자들은 대기권과의 마찰로 인해 거의 모든 잔해가 소멸될 줄 알았으나 예상과 달리 일부 파편은 오스트레일리아에 떨어지고 말았다.
이는 비록 오지에 떨어졌지만 조그만 궤도 오차에 의해 민간인 지역에 얼마든지 떨어질 수 있다는 가능성을 남겼다. 우주정거장 스카이랩의 무게는 85톤. 전문가들은 “위성의 파편은 수직으로 추락하기 때문에 이 중 아무리 작은 금속 조각이라도 사람이 맞을 경우, 치명적 결과를 초래할 수 있다”고 경고한다.
스카이랩처럼 모든 위성은 임무에 따른 수명주기를 갖고 있고, 임무를 다하면 대기권에 재진입할 가능성이 커진다. 수년에서 수십 년 걸리는 경우도 있는데 고장에 의해 예정보다 수명이 일찍 단축되는 위성도 생긴다. 이를 전문가들은 ‘위성의 실패’라고 부른다.
전문가들은 “위성 실패는 다양한 이유에서 발생한다”고 설명한다. 특히, 위성 제작기술이 복잡해지면서 예측할 수 없는 실패도 얼마든지 생길 수 있다는 것. 설계 실수, 경험 부족, 낮은 품질, 부적당한 시험, 작업자의 실수 등 그 요인은 수없이 많다. 이 요인들은 모두 인공위성의 임무 수명을 단축시킬 수 있다.
태양전지판의 마모, 전자장비의 고장, 각 베어링의 마모 등도 일어나며, 무엇보다도 연료의 고갈은 기계 장비의 마모를 심각하게 초래하는 것으로 알려져 있다.
전문가들은 “정지궤도위성의 경우, 특히 연료 고갈이 심한데 그 이유는 남북의 위치에 계속해서 존재하려면 자주 제어모터를 사용해서 자세를 바꿔야 하고 이때 많은 연료를 소비하기 때문이다”고 설명한다.

티타늄의 빈 연료탱크는 안 녹아


올해 초 러시아 인공위성 ‘코스모스 1484’가 남태평양에 추락했다. 이 위성 역시 지난 83년 7월 24일 카자흐스탄 바이코누르 우주발사장에서 발사된 지구 원격탐사용 인공위성으로 무게 2.5톤의 중형 위성이었다.
이 위성은 왜 떨어졌을까? 과학자들은 “지구에서 자동차나 비행기가 공기의 저항을 받듯이 지구 궤도에서 인공위성도 공기저항과 태양 자기파 등을 경험한다”고 말한다. 이런 섭동력은 크기가 매우 작지만 수년에서 수십 년 쌓이면 큰 영향을 끼쳐서 궤도 이탈을 초래할 수 있다는 것이 전문가들의 설명이다.
추락 시간은 위성 잔해의 특성과 그 고도에 따라 수 주에서 수년까지 걸릴 수 있고, 고궤도 위성의 경우, 수백에서 수천 년 동안 궤도에 머무는 경우도 있다. 일부 위성은 자체 추진 시스템을 갖고 있어 원하는 지역에 추락시킬 수도 있는 것으로 알려졌다.
대기권에 재진입할 때 위성은 총알보다 열 배에서 스무 배 빠른 속도로 움직인다. 대체로 고도 74~83km 사이에서부터 파괴가 일어나고, 공기저항에 의한 고열에 의해 작은 파편으로 부서진다.
그러나 이러한 상태에서도 불타거나 부서지지 않은 파편은 낙하속도가 떨어지면서 열이 식기 시작해 땅에 떨어진다. 지난 1997년 델타 로켓의 2단이 추락, 250kg의 금속 탱크와 30kg의 고압구, 45kg의 추진실, 그리고 작은 부품조각 등이 지표에 떨어졌지만 다친 사람은 없는 것으로 알려졌다.
대부분의 파편이 녹지만 스테인리스 스틸이나 티타늄으로 만들어진 빈 연료탱크는 녹는점이 높아서 녹지 않는다. 또 추락 장소 예측의 경우, 오차가 ±9분, 거리로 환산하면 7천km에 해당한다. 충돌속도는 공기저항이 큰 파편은 시속 30km, 저항이 작은 경우 시속 300km까지 나가므로 대단히 위험하다.
그러나 전문가들은 “위성 잔해물에 맞아 다칠 확률은 1조 분의 1에 해당하며 지난 40년 동안 총 5천400톤의 파편이 땅에 떨어졌지만 현재까지 직접적 피해를 입은 사람은 없다”고 강조한다.