지금은 개인적으로도 인공위성을 날릴 수 있을정도로 우주에 많은것들을 보낼 수 있게 되었습니다. 그렇게 인공위성과 로켓 발사 증가로 인해 지구 궤도에는 수많은 우주 쓰레기가 떠다니고 있습니다. 특히 금속으로 이루어진 자성을 띠는 파편들은 속도가 빠르고 위험도가 높아 국제적인 우려를 낳고 있습니다. 이에 따라 2024년에는 ‘자석을 활용한 회수 기술’이 주목받고 있습니다. 이 글에서는 우주 자석 쓰레기의 특징과 위험성, 자력을 활용한 회수 기술의 원리와 실제 사례, 그리고 미래 청소 기술의 진화 방향까지 깊이 있게 다뤄보겠습니다.
중력 밖의 위협, ‘자석’ 우주 쓰레기란?
우주 쓰레기, 혹은 우주 잔해(Debris)는 사용이 끝난 위성, 로켓 잔해, 분리된 부품, 고장난 기기 조각 등을 말합니다. 이 중 일부는 알루미늄, 철, 니켈 등 금속으로 만들어져 자성을 띠고 있으며, 강력한 자석에 의해 반응할 수 있습니다. 이러한 파편은 작게는 수 밀리미터에서 크게는 수 미터에 이르며, 시속 2만 km 이상의 고속으로 지구 궤도를 공전하고 있어 활동 중인 위성이나 우주선에 치명적인 충돌 위험을 안고 있습니다.
현재 NASA, ESA(유럽우주국), JAXA(일본우주항공연구개발기구) 등은 궤도 쓰레기의 위치를 추적하고 회피 기동을 수행하지만, 그 수가 수십만 개에 달하면서 실시간 관리에는 한계가 존재합니다. 이에 따라 능동적으로 쓰레기를 제거하는 기술, 즉 ‘우주 청소 기술’이 대두되었으며, 그 중 자석을 활용한 회수 방식이 주목받고 있습니다.
2024년 자석 회수 기술의 작동 원리와 실제 적용
자석 회수 기술은 자기장(Magnetic Field)을 활용하여 자성을 띤 금속 파편을 흡착하거나 이동시키는 원리를 기반으로 합니다. 크게 두 가지 방식이 있으며, 첫째는 영구자석(자체 자성을 가진 자석)을 탑재한 회수 장치이고, 둘째는 전기자석(전류를 통해 자성을 생성)을 사용하는 방식입니다.
영구자석 방식은 가장 단순한 구조로, 위성 또는 드론의 한쪽 면에 강한 네오디뮴 자석을 장착하여 근처를 지나가는 파편을 흡착합니다. 이 방식은 저비용이지만, 자력의 조절이 불가능하고 우발적인 파편 흡착 위험이 있습니다.
전기자석 방식은 최근 선호되는 방식으로, 자기장의 세기를 전류 조절로 제어할 수 있어 목표 대상만 선택적으로 흡착할 수 있습니다. 전기자석을 장착한 드론형 청소 위성은 궤도 상에서 쓰레기의 속도와 위치를 분석한 후, 가장 위험한 자성 파편만을 선택적으로 포획하게 됩니다.
자기유도 기반 회수팔 시스템은 일본 JAXA와 도쿄대가 공동 개발한 프로젝트로, 로봇 팔 끝에 전기자석을 탑재하고, 근거리 자기 유도센서를 통해 파편의 질량, 회전 여부, 구성 성분까지 실시간으로 분석합니다. 회수 대상이 자성을 띨 경우, 즉시 자석이 작동하여 회수 후 보관함에 넣는 자동화 시스템을 실현 중입니다.
ESA의 E.Deorbit 프로젝트에서는 회수 로봇 ‘ClawSat’이 투입되며, 로봇 팔 끝에는 전기자석이 장착되어 자성 파편에 빠르게 반응합니다. 시험 결과, 5cm 이하의 조각도 90% 이상 흡착 성공률을 기록했습니다.
최근에는 AI를 결합해 자성 여부를 사전에 예측하고, 자석 세기를 자동 조절하는 기술도 연구 중입니다. 이는 파편이 아닌 작동 중인 인공위성에는 영향을 주지 않도록 필터링 기능을 포함하고 있어 우주 내 충돌 사고를 최소화하는 데 기여하고 있습니다.
자력 회수 기술의 한계와 미래 전략
자석을 활용한 회수 기술은 효율적이지만, 아직까지 전천후 기술로 보기에는 몇 가지 한계가 존재합니다. 첫째, 비자성 파편 회수는 불가능합니다. 유리, 플라스틱, 카본 복합소재 등 자성이 없는 재료는 자석으로 포획이 불가능하며 이는 전체 우주 쓰레기 중 약 40%를 차지합니다.
둘째, 전기자석은 전력을 소비하므로, 장기 임무에는 배터리 수명이 변수로 작용합니다. 셋째, 시속 2만 km 이상으로 빠르게 움직이는 파편을 근거리에서 추적하고 흡착하는 데는 초정밀 센서와 위치 추적 기술이 필수적이며 아직 완전 자동화에는 기술적 장벽이 존재합니다.
향후 전략으로는 다중 회수 위성 군집 운용, 자기장 스캐너 + 인공지능 필터링, 회수 후 재활용 또는 대기권 유도 소각 기술 등이 연구 중입니다. 특히 여러 위성이 함께 움직이며 각기 다른 회수 방식을 수행하는 하이브리드 전략이 주목받고 있습니다.
결론
우주 쓰레기는 더 이상 먼 미래의 문제가 아닌, 현재의 위협입니다. 특히 금속성 자성을 가진 파편은 속도가 빠르고 위협도가 높기 때문에, 자석 회수 기술은 가장 빠르게 실용화되고 있는 분야입니다. 2024년 현재, 영구자석보다는 전기자석 기반의 정밀 회수 시스템이 각국 우주 기관에서 실험 중이며, 일본, 유럽, 미국 등은 이를 중심으로 우주 환경 보호 시스템 구축에 나서고 있습니다.
물론 자석만으로 모든 쓰레기를 해결할 수는 없지만, 자석 기술이 전체 우주 청소 기술의 1단계로 자리매김하고 있는 것만은 분명합니다. 우주를 안전하게 활용하기 위해선 기술 개발과 국제적 협력이 필요하며, 자석 회수법은 그 출발점이 될 것입니다.