쓰레기 포집

로잔에 있는 스위스연방공과대학(EPFL)에서 분리되면서, 유럽우주국(ESA)의 1억 유로 프로젝트에 대한 책임이 부여되었습니다. ClearSpace SA는 이제 지구 궤도 영역에서 최초의 파편 제거 임무를 개발하는 컨소시엄을 이끌고 있습니다.

우리의 삶은 점점 더 우주 기술에 의존하고 있습니다. 우리는 기상, 통신, 항법, 재해 지역 관찰을 위해 위성을 사용합니다. 유럽우주국(ESA)에 따르면 현대 모바일 애플리케이션의 약 40%가 위성 및 우주 기술에 의존하고 있습니다. 그러나 이 인프라는 위험에 처해 있습니다.

고도 200 ~ 2000km의 저궤도에 있는 모든 물체의 95%에는 결함이 있으며 더 이상 제어할 수 없습니다. 이러한 물체란 버려지는 로켓단, 태양 전지판(위성 패널 포함), 도구, 페인트 조각, 고체 연료 입자과 같은 우주 쓰레기입니다. 이러한 파편은 현재 작동하고 있는 위성과 미래의 우주 임무 및 그 승무원에게 위험을 초래합니다. 국제우주정거장도 우주 잔해를 피하기 위해 여러 차례 기동해야 했습니다.

여러 무리의 미니 위성

궤도에 계속 안착하는 새로운 위성으로 인해 상황이 더욱 긴박해지고 있습니다. 2009년과 2012년 사이에 매년 50대의 우주선만 궤도에 진입한 반면, 올해에는 800대가 진입할 예정이며 그 수는 계속 증가하는 추세입니다. 앞으로 우주에 새로 도착하는 대부분은 네트워크 무리의 일부가 될 나노 위성일 것입니다. 예를 들어, OneWeb이라는 회사는 2019년, 약 650개의 미니 위성으로 구성된 무리를 구축하기 시작했습니다. 이러한 위성의 목표는 지구상의 가장 먼 곳에서도 인터넷에 액세스할 수 있도록 하는 것입니다. 이와 같은 프로젝트와 떠오르는 우주 관광 분야도 우주 쓰레기의 제거를 필요로 합니다.

현재 직경이 10센티미터를 초과하는 34,000개 이상의 인간이 만든 물체로 인해 우리는 중대한 시점에 도달했습니다. 인류가 아무런 조치도 취하지 않으면 2065년까지 약 140,000개의 쓰레기가 궤도에 쌓일 것입니다. 두 물체의 충돌로 인해 다수의 부품으로 이루어진 파편 필드가 생성되기 때문입니다. 위험한 연쇄 반응이 일어날 위험이 있습니다.

ESA의 첫 잔해 제거 임무

이제 스위스의 “처리 위성”이 처음으로 잔해물을 제거하는 획기적인 작업을 수행하도록 결정되었습니다. 2025년으로 계획된 동명의 스타트업 기업이 감독하는 ClearSpace One 미션은 2013년에 발사된 로켓에서 버려진 VESPA 상단 스테이지(VEga Secondary Payload Adapter)를 포획하여 지구 대기권으로 유도할 것입니다.

이 우주 청소기의 프로토타입은 4개의 로봇 팔로 구성된 “체이서”를 사용하여 고도 720km에서 사용하지 않는 상단 스테이지를 잡고 이동합니다. 12개의 맥슨 드라이브가 ClearSpace One의 촉수와 같은 암을 작동시킵니다. 그 후, 포획된 로켓 스테이지는 감속되어 궤도에서 이탈할 수 있는 위치에 있을 것입니다. 이 절차는 여러 측면에서 제트 엔진을 사용합니다. 통제된 재진입 동안 VESPA와 ClearSpace One은 모두 대기 중에서, 즉 지금까지 존재했던 것 중 가장 큰 “소각장”에서 연소될 것입니다.

이 아이디어는 미래의 처리 위성이 되도록 자주 이 절차를 반복한다는 것입니다. 이러한 위성은 또한 후속 우주 운영을 위한 공간을 확보하기 위해 저궤도에서 더 무거운 물체를 운반할 것입니다.

ClearSpace의 첫 잔해 제거 임무는 다음과 같이 진행될 수 있습니다. 현재 이 회사는 DCX 22 L 직류 모터와 GP 32 HP 유성 기어헤드로 구성된 맥슨 드라이브를 사용하고 있습니다.

스위스의 EPFL 우주센터 연구원들은 2010년부터 우주 파편 포집 시스템에 대해 연구해 왔습니다. 이들은 수년에 걸쳐 축적한 엔지니어링 지식을 ClearSpace One의 개발에 활용하였습니다. 2017년, 이 프로젝트는 분리되어 EPFL의 맥슨 연구소에서 운영을 시작한 ClearSpace SA가 설립되었습니다. ClearSpace SA의 CEO이자 공동 설립자인 뤽 피게(Luc Piguet)는 “맥슨 연구소는 기술 이전을 위한 허브로서 스타트업 기업에 이상적인 장소입니다,"라고 말했습니다. ClearSpace의 성장하는 팀은 우주 미션에 경험이 있는 주요 우주 기관 및 회사의 전문 컨설턴트에 의해 강화되었습니다. 이 자문단에는 장-자크 도리뎅(Jean-Jacques Dordain) 전 ESA 사무총장, 스위스 우주 비행사 클로드 니콜리어(Claude Nicollier)가 포함되어 있습니다.

스타트업 기업이 1억 유로 규모의 프로젝트를 맡게 된 것은 놀라운 일입니다. 2019년, ClearSpace는 단독으로 Airbus, Thales Alenia Space(프랑스), Avio(이탈리아)를 능가했습니다. 뤽 피게는 “저희는 제출한 신청서에 대해 큰 자신감을 가지고 있었지만, 저희가 프로젝트 컨소시엄을 자체적으로 주도할 수 있다는 사실에 놀랐습니다.”라고 말했습니다. 그러나 그는 여전히 실용적이었습니다. “저희는 처음부터 경제적으로 고려해야 할 사항을 염두에 두었습니다.” 각 궤도 이탈로 인해 발생하는 비용은 되도록 낮아야 합니다. 이로써 ESA를 설득하였습니다. 피케는 겸손한 미소를 지으며 “저희는 큰 책임을 지고 있습니다.”라고 덧붙였습니다. 

ADRIOS 프로그램

ClearSpace One 미션은 ESA의 우주 안전 프로그램 ADRIOS(Active Debris Removal / In-Orbit Servicing)의 일부입니다. 그 목표는 잠재적으로 위험한 우주 쓰레기를 제거하기 시작하는 것입니다. 이를 통해 책임 있는 우주 개발에 기여할 추가 임무를 수행할 수 있는 기반이 마련되기를 바랍니다. 스위스를 포함한 8개국의 ESA 회원국은 이 프로젝트에 8,600만 유로를 제공하고 있습니다. 나머지 1,420만 유로는 스폰서로부터 나옵니다.

지구 궤도를 도는 모든 파편의 3D 애니메이션은 stuffin.space에서 볼 수 있습니다.