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태양 활동이 스타링크 위성 수명 단축시키고 있다?

스페이스X 위성 인터넷망인 스타링크는 지구 저궤도(LEO)에 다수 위성을 배치해 구성되는 대규모 위성군을 통해 실현되고 있다. 미국 항공우주국(NASA) 고다드 우주비행센터 연구팀은 최근 연구를 통해 태양 활동 활발화가 스타링크 인공위성 수명을 단축시키고 있다고 지적했다.

연구팀에 따르면 지난 5년간 LEO 위성 수는 기하급수적으로 증가하고 있으며 우주 공간에서의 충돌이나 지상으로의 우주쓰레기 낙하를 방지하기 위한 신뢰도 높은 감시 및 재진입 예측 필요성이 점점 커지고 있는 상황이다. LEO 위성은 대기 상층부를 통과하며 비행하기 때문에 큰 항력을 받게 되고 이로 인해 위성의 수명이 줄어들게 된다.

또 지구 궤도를 도는 위성 그 중에서도 스페이스X 스타링크처럼 대규모 위성군은 태양 활동 영향을 크게 받는다. 태양 활동으로 인해 발생하는 자기 폭풍 등 대규모 지자기 활동은 위성 충돌 위험을 높이는 요인이 된다.

이번 연구에서는 2020년부터 2024년 사이 제25 태양 활동 주기 상승기에 재진입한 스타링크 위성 523기 데이터를 분석해 지자기 활동이 위성의 재진입에 미치는 영향을 조사했다. 연구팀은 2줄 궤도 요소(TLE) 파일을 통해 위성 고도와 속도를 도출하고 수백 기에 달하는 유사한 위성을 활용해 분석을 진행했다.

그 결과 TLE 데이터 정밀도가 제한적임에도 불구하고 지자기 활동이 활발할수록 위성이 더 빠르게 재진입하는 경향이 확인됐다. 이는 증가한 항력으로 인해 위성의 궤도 감쇠율(km/일)이 가장 크게 나타나기 때문으로 해석된다.

또 실제 재진입 시점과 기준 고도 280km에서 예측된 재진입 시점 간 차이를 의미하는 예측 오차 역시 지자기 활동이 활발해질수록 증가하는 것으로 나타났다. 이를 통해 현재 태양 활동 주기에서 활발한 태양 활동이 스타링크 위성 재진입에 이미 큰 영향을 미치고 있음을 명확히 보여주고 있다.

실제로 기준 고도에서의 평균 재진입 시간은 지자기 활동이 약할 경우 16일, 중간일 경우 12일, 강할 경우 7일로, 활동이 격렬할수록 짧아지고 있었다. 아울러 궤도 감쇠율이나 예측 오차와 지자기 활동 간에는 강한 상관관계가 발견됐다.

다시 말해 태양 활동에 따라 지자기 활동이 활발해지면 위성 고도가 예정보다 빠르게 낮아져 LEO 위성 수명이 짧아지게 된다. 이에 따라 위성을 더 자주 교체해야 하므로 운영 비용 증가가 예상된다. 또 지자기 활동이 심할수록 재진입 시점을 정확히 예측하기 어려워져 낙하 지점 특정이 힘들어지고 이로 인해 지상에 대한 위험성도 커지게 된다.

반면 지자기 활동이 활발한 시기에 위성의 궤도 감쇠가 빨라지는 건 운용을 종료했거나 고장난 죽은 위성이 보다 빠르게 대기권에 재진입해 궤도상에서 제거된다는 의미이기도 하다. 이는 활동 중인 다른 위성과의 충돌 위험을 자연스럽게 줄일 수 있는 가능성을 시사한다. 또 위성이 설계대로 대기권에서 완전히 연소된다면 조기 재진입은 궤도상의 우주 쓰레기 감소에도 도움이 된다.

연구팀은 LEO 상 위성 수와 태양 활동 수준이 인류 역사상 최고 수준에 이른 지금이 위성 궤도 항력 연구에 있어 흥미로운 시기라고 언급했다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

정용환 기자

대기업을 다니다 기술에 눈을 떠 글쟁이로 전향한 빵덕후. 새로운 기술과 스타트업을 만나는 즐거움을 독자들과 함께 나누고 싶습니다.

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