이석원 기자
태양에선 종종 태양 플레어라는 폭발이 일어나고 있으며 이에 의해 전자파나 입자선 등이 지구 근방에서 방출되는 태양 폭풍이 발생한다. 태양 플레어와 태양 폭풍은 지구 자기장을 방해해 다양한 악영향을 미칠 수 있다. 광역대 정전이 일어날 가능성도 있다. 최근에는 태양 활동이 활발해지고 있어 이미 지구를 주회하는 인공위성이 상정한 속도 이상으로 지구에 강하하는 등 여러 영향을 미치고 있다고 한다.
2021년 후반 유럽우주기구 ESA가 213년 발사한 지자기관측위성 SWARM 운영팀은 SWARM을 구성하는 인공위성 3기가 지금까지보다 10배라는 비정상적인 속도로 지구로 향해 떨어지는 걸 깨달았다. 안야 스트롬(Anja Stromme) ESA SWARM 미션 매니저는 과거 5∼6년 사이 SWARM 인공위성은 연간 2.5km 속도로 강하하고 있었다며 그런데 2021년 12월 이후 인공위성이 사실상 다이빙을 하고 있는 상태이며 20021년 12월부터 2022년 4월까지 강하율은 연간 20km나 된다고 지적했다.
지구 고도 100km에 있는 카르만 라인을 넘으면 지구 대기권 밖 그러니까 우주 공간으로 정의되지만 그래도 조금 대기 저항이 인공위성에 영향을 미치고 있기 때문에 지구 가까이를 주회하는 인공위성은 점차 지구로 내려간다. 따라서 국제우주정거장 ISS 등 몇 년 이상 운용되는 건 정기적으로 리부스트를 해 고도를 상승시키며 고도를 유지해야 한다. SWARM은 ISS보다 30km 높은 고도인 430km 궤도에 2기, 이보다 높은 고도 515km에 1기 등 모두 3기로 이뤄져 있다. 2021년 12월 이후 급강하로 고도 430km 지점을 주회하는 2기는 상당히 불안정한 상태가 됐기 때문에 운영팀은 5월 리부스트를 실시해 고도를 상승시켰다고 한다.
인공위성에 대한 대기 저항 증가는 태양 활동에 의해 토출되는 플라즈마인 태양풍량에 좌우되며 태양풍량은 11년 태양 활동 주기에 의해 증감하는 것으로 알려져 있다. 2019년 12월 끝난 전회 태양 활동 주기는 흑점 수도 적고 활동은 꽤 온화했다. 하지만 2021년 가을 이후에는 태양 활동이 활발해지고 있다.
스트롬 매니저는 태양풍과 상호 작용하는 대기 상층에선 아직 충분히 이해되지 못한 복잡한 물리 현상이 많다며 공기가 더 높은 고도로 이동ㅎ하는 것이며 공기 밀도가 높을수록 인공위성에 대한 항력이 강해지는 것으로 마치 바람에 반대로 달리는 것과 같다고 설명했다.
태양 영향을 받은 건 SWARM 뿐 아니라 일론 머스크가 이끄는 우주 개발 기업인 스페이스X가 2022년 2월 위성 인터넷인 스타링크 인공위성 38기가 대기권에 재돌입하게 하는 사태에 휩쓸리기도 했다. 스타링크 인공위성은 지상 350km라는 저궤도에 발사된 뒤 탑재한 추진 장치를 이용해 운용 궤도인 550km 지점까지 상승하는 구조다. 그런데 이 발사에선 2월 4일 발생한 자기 폭풍 영향으로 대기 저항이 평소보다 50% 증가했기 때문에 인공위성이 제대로 상승하지 못해 대기권으로 재돌입해 버렸다는 것이다.
민간 우주 개발이 활발해진 지난 10년간 큐브샛 등 소형 인공위성이 저궤도로 많이 발사됐지만 이런 인공위성은 비용이나 중량이 적은 대신 리부스트 기구가 없기 때문에 대기 저항이 증가하면 예정보다 빨리 지구에 낙하해 버린다. 또 ISS 등은 자주 리부스트 조작을 해 고도를 유지할 수 있지만 일부 리부스트 기구 부착 인공위성은 미리 적재한 연료에 의존하기 때문에 가능한 리부스트 횟수에 한계가 있다. 2021년 태양 활동은 전문가 예측보다 격렬했다고 하지만 아직 정점은 아니다. 한 전문가는 태양 활동은 공식 예측이 시사한 것보다 훨씬 활발했다면서 현재 활동은 이미 태양 활동 주기 정점으로 예측된 수준에 가까워지고 있지만 실제 태양 활동 정점은 2∼3년 뒤를 앞두고 있다고 지적했다. 물론 앞으로 태양 활동이 줄어들 가능성도 있지만 현재 태양 활동은 급속하게 증가 중이라고 한다.
태양 활동 증가는 인공위성 운영팀에 있어 골칫거리지만 지구 근방 우주 쓰레기 대기권을 빠르게 해 우주 공간이 깨끗해지는 장점도 있다. 지구 근방 우주 쓰레기는 고속으로 우주 공간을 이동하고 있기 때문에 인공위성에 충돌하면 기기 고장이나 파손을 일으킨다. 실제로 2021년 ISS에 우주 쓰레기가 충돌해 로봇팔이 파손되기도 했다.
인공위성에 우주 쓰레기가 충돌하면 더 많은 파편이 생겨 충돌이 연쇄적으로 생겨 큰 문제가 되는 케슬러 신드롬이라는 시뮬레이션 결과도 있는 등 파편 증가는 우주 공간 안전을 유지하는데 중요한 도전이다. 보통 태양 활동 증가로 인한 대기 저항 영향은 파편이 궤도에 존재하는 기간을 줄이고 유용한 청소 서비스를 제공하기 때문에 파편 관점에선 좋은 소식인 셈이다.
한편 우주 파편 고도가 단번에 내려가면서 더 낮은 궤도를 도는 인공위성에 파편이 쏟아지는 것도 지적된다. 이 경우 역시 우주 파편과 충돌 위험이 높아지기 때문에 잠재적으로 위험한 상태가 된다.
연구팀은 SWARM 고도를 45km 가량 상승시켰지만 앞으로 태양 활동에 따라선 2022년 후반에도 다시 리부스트할 필요가 강요될 가능성이 있다. 잘하면 다음 태양 활동 주기를 극복하기 위한 연료가 여전히 남아 있다면서 하지만 지금처럼 태양 활동이 증가하면 태양 주기가 끝나기 전에 연료를 소모한다고 밝혔다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
정용환 기자
