[지식보관소] 스타트렉 같은 공상과학에나 등장하는 우주기술이 실현 가능하다.

 

 

최근 콜로라도 대학의 과학자팀은

공상과학 영화인 스타트렉에 나오는 트랙터빔을

실제로 개발 중이라는 내용을

대학교 홈페이지와 유튜브에 공개했습니다.

 

 

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1957년 인류 최초의 인공위성인 스푸트니크호가 발사된 이후에

인류는 무수히 많은 인공위성을

지구 저궤도에 올리게 되었습니다.

 

우리는 로켓 기술의 발전과 인공위성 덕분에

GPS나 기후 예측, 위성 통신과 같은

많은 기술의 혜택을 누리고 있죠.

 

하지만 이로 인해서 발생된 문제점도 있는데

바로 [우주쓰레기] 문제입니다.

불과 65년 동안 인간이 지구 저궤도에 올려놓은 우주쓰레기는

적어도 [수십만 개] 이상으로 추정이 되죠.

 

물론 지구 저궤도의 방대한 공간의 크기에 비해서

우주쓰레기는 매우 작기 때문에

확률적으로 이게 문제가 생길 가능성은 아직까지는 매우 작지만

하루하루 시간이 지날 때마다

문제가 생길 가능성이 점점 더 커지고 있습니다.

 

우주쓰레기의 양이 지금처럼 계속해서 증가하다 보면

결국에는 파편들이 서로 충돌하는 사고로

더 많은 파편들이 만들어지고

이러한 연쇄 반응이 일어난다면

우주쓰레기의 숫자는

수만, 아니 수백만 배까지 증가할 수도 있겠죠.

 

이러한 가상의 시나리오를 [캐슬러 신드롬]이라고 부르고

이 주제로 영화까지 등장했죠.

 

이렇게 문제가 뻔히 보이는 상황에서도

이를 해결할 수가 없는 이유는

[막대한 비용 문제] 때문입니다.

 

상식적으로 우주 공간으로 작은 위성 하나를 보내는 데에만

수십 수백억이 필요한데,

우주쓰레기를 처리하려면

우주쓰레기를 추적하고 정확히 따라가서 포집을 하거나

지구로 낙하시킬 수가 있는 성능의 우주선이 필요하고

수십만 개의 우주쓰레기를 이런 식으로 처리하면

지구 전체의 GDP를 전부 투자해도 모자라기 때문이죠.

 

때문에 <스타트렉>에서 나오는

트랙터빔 같은 기술이 있지 않는 한

이는 불가능하다고 여겨졌습니다.

지금까지는 말이죠.

 

최근 콜로라도 대학의 과학자팀은

공상과학 영화인 <스타트렉>에 나오는 트랙터빔을

실제로 개발 중이라는 내용을

대학교 홈페이지와 유튜브에 공개했습니다.

 

우주쓰레기를 처리하기 힘든 이유는

각각의 쓰레기가

전혀 다른 궤도를 도는 데다가

총알보다 수십 배나 빠르기 때문입니다.

 

우리가 생각할 때는

그냥 승리호처럼

“우주쓰레기 옆에 가서 잡아오면 되는 거 아니냐”라고 생각할지도 모르지만,

마하 20이 넘는 속도로 공존하는 물체에 그냥 부딪히게 되면

이건 대형 교통사고이기 때문에

우주쓰레기와 같은 속도와 궤도로 맞추는

일명 도킹 절차를 거친 후에나

하나씩 수거를 할 수가 있습니다.

 

이러한 방식을 쓰기 위해선

위성에 상당한 델타V 값이 요구가 되고

당연히 이 비용을 감당할 수가 없죠.

 

이러한 문제를 해결하기 위해서

콜로라도 대학의 엔지니어들은

그냥 공상과학에서 나오는 트랙터빔을 만들어버리자는

간단한 생각을 하는데요.

 

아니 이게 무슨 공상과학 같은 소리냐고 생각할지도 모르지만

놀랍게도 최근에 트랙터빔에 프로토타입을 제작을 하면서

트랙터빔이 충분히 가능하다고 주장을 하고 있습니다.

 

연구팀이 사용한 트랙터빔의 원리는

정전기 방식으로 전자기력을 이용해서

우주쓰레기의 궤도를 바꿀 수가 있는 방식인데요.

진공의 우주에서

이온화된 빔을 우주쓰레기에 발사를 시키면

우주쓰레기의 한쪽 면을

음이온으로 대전시킬 수가 있게 됩니다.

즉 우주쓰레기를

일종의 자석으로 만드는 것인데

이후에 위성에서 전자기력으로 강력한 자기장을 걸어주면

우주쓰레기를 밀어내거나 당겨올 수가 있게 되는 것이죠.

 

“아니 그럴 거면

그냥 다가가서 수집하는 거랑 뭐가 다르냐?“라고 생각할지도 모르지만

아주 확연한 차이가 있습니다.

 

우주쓰레기를 직접 다가가서 물리적으로 수거하려면

우주쓰레기와 속도와 궤도를

매우 일정한 정도로 맞춰서 일종의 도킹을 해야 하는데

이를 위해서 위성은

매우 복잡해지고, 무거워지며, 비용도 증가합니다.

또한 직접 물리적으로 접촉하는 과정에서

조금만 실수가 있어도 우주쓰레기와 충돌해서

더 많은 우주쓰레기를 만들 위험도 존재하죠.

 

하지만 이번 연구팀의 프로토타입으로도

무려 30m거리에서 작은 우주쓰레기에

유의미한 정전기적 인력을 가할 수가 있음이 입증이 되었고

이 이야기는

직접 위성이 바로 옆에까지 접근하는 것에 비해서

훨씬 손쉽게 위험을 감소시킬 수가 있다는 얘기입니다.

 

거기에다가 궤도를 조금만 틀어줘도

지구로 낙하시킬 수가 있는 작은 우주쓰레기들은

전자기력으로 밀어내서, 낙하를 시키게 된다면

훨씬 더 적은 비용으로

우주쓰레기를 처리할 수가 있게 되는 것이죠.

 

그리고 이름이 트랙터빔인 이유는

말 그대로 우주쓰레기에 전하를 부여하기 때문에

자기장만 충분히 강력하다면

작은 우주쓰레기 정도는

스타트렉처럼 원거리에서 인양이 가능하다는 것입니다.

 

하지만 실제로 강력한 자기장으로 구현한다고 해도

스타트렉에 나오는 트랙터빔과는 거리가 멉니다.

 

스타트렉과는 달리 작은 우주쓰레기라고 해도

수십미터 거리에서 궤도를 이탈시키기 위해서는

아무리 짧아도 몇 주에서 한 달 이상 걸릴 것으로 예상되기 때문에

이렇게나 거대한 물체를

질질 끌고 가는 장면은 기대하기가 어렵죠.

 

프로토타입으로는 진공 챔버 안에서

영향력을 겨우 확인할 수 있는 정도밖에 안 되기 때문입니다.

 

그래도 현재 이런 기술이 주목을 받는 것은

점점 더 우주 발사체가 급증하면서

우주쓰레기 위험이 현실로 다가오고 있기 때문입니다.

 

‘국제우주정거장’인 ‘ISS’가 지어진 초기에만 해도

그래비티처럼 우주정거장에

우주쓰레기가 충돌할 가능성이 있는 이벤트 자체가 없었지만

최근 들어서 ISS 주변으로

우주쓰레기가 지나가는 빈도가 증가하고 있고

2020년에는 우주쓰레기와 충돌 위험으로 인해서

긴급하게 ISS의 궤도를 변경하는 일도 있었기 때문이죠.

 

결국에 21세기 안으로

우주쓰레기 문제를 해결할 방법을 연구해야 하는 것으로 보이는 시점에서

이러한 우주쓰레기 해결책에 대한 아이디어는

매우 중요하고

우주 발사체가 계속해서 저렴해지고 있는 만큼

언젠가는 경제적으로 타협을 볼 수 있게 될지도 모릅니다.

 

인류는 결국에 우주쓰레기 문제에 대한 해결책을 찾아내서

우주로 진출하는 문명이 될 것인지

아니면 케슬러 신드롬이 발생해서 지구에 갇혀버리게 될지는

이번 세기 안에 판가름 될 것으로 예상이 됩니다.

그럼 이만.