인공위성 추락 안전 한가?

안전 안내 문자로 "12:20~13:20 사이 한반도 인근에 미국 인공위성의 일부 잔해물이 추락할 가능성이 있습니다. 해당 시간 외출 시 유의하여 주시기 바랍니다"라는 문자가 발송되었습니다.  인공위성 추락 시 안전 한지 정리해 보겠습니다.

 

떨어지지 않는 이유

 

인공위성은 우주에서 일정한 궤도로 돌고 있습니다. 그럼 어떻게 지구에 떨어지지 않고 일정하게 돌 수 있을까요?

그것은 중력과 원심력이 평행인 상태이기 때문입니다. 이게 무슨 말이냐면 예를 들어, 돌을 던지면 일정 거리만큼 날아간 후 땅에 떨어집니다. 더 큰 힘으로 던지면 더 멀리 날아간후 떨어집니다. 이것은 중력이 작용하기 때문입니다.  그렇다면 떨어지지 않고 계속 날아가게 할려면 어떻게 할까요? 더 큰힘으로 던지면 됩니다. 그래서 떨어지려는 힘 중력보다 던지는 힘이 크면 떨어지지 않는 것입니다. 그런데 지구는 구의모양을 가지고 있습니다. 지구를 따라 도는 힘 원심력과 지구로 당기는 힘 중력의 힘이 같으면 떨어지지 않고 계속돌게 되는 것입니다. 만약 원심력이 크면 지구 밖으로 나갈 것이고 중력이 크면 지구로 떨어질 것입니다.

 

추락하는 이유

그렇다면 왜 추락하게 될까요? 중력과 원심력이 평행이 상태로 만들어 계속 돌아야 하는 것 아닌가 하는 의문이 생깁니다.

그것은 몇 가지 이유가 있습니다. 

 

1. 지구는 완벽하게 둥글지 않다 

무슨 말인가 하면 지구가 완벽한 구의 모습이 아니기 때문에 중력의 세기가 달라 본래의 궤도로 도는데 방해요인이 됩니다.

 

2. 태양과 달등 태양계 내에 존재하는 모든 행성과 위성들의 인력이 존재한다.

질량을 가진 모든 물체는 인력이 존재합니다. 이 인력은 본래의 궤도를 도는데 방해요인이 됩니다.

 

3. 태양풍 또는 태양 복사압이 존재한다.

태양에서 나오는 미세한 입자들이 인공위성을 미는 척력으로 작용해  본래의 궤도를 도는데 방해요인이 됩니다.

 

4. 지구 대기 마찰력이 존재한다.

지구의 대기권이 정확히 어디까지다라고 말할 순 없지만 아주 희미하게나 대기의 영향을 받는 것으로 추측하고 있습니다.

그 영향 즉 마찰력이 본래의 궤도를 도는데 방해요인이 됩니다.

 

이런 이유 때문에 인공위성은 계속 돌지 못하고 지구로 떨어집니다. 그럼 인공위성이 본래의 궤도에서 벗어나지 않으면 계속 돌 수 있다는 결론이 나옵니다. 그래서 인공위성에 연료탱크에 무색무취의 고순도 하이드라진의 연료를 넣고 작용 반작용의 원리를 이용해 연료를 분사하여 본래궤도를 돌게 합니다. 연료탱크의 크기가 인공위성의 수명을 결정하게 됩니다. 그럼 수명이 다한 인공위성은 어떻게 되는 것인가?  연료를 모두 소비하여 수명이 다하면 우주쓰레기가 됩니다. 연료를 모두 소진한 후에도 본래궤도가 아니어도 활용이 가능하면 그 위성은 수명이 연장되는 것으로 볼 수도 있습니다. 하지만 대부분의 경우 연료를 모두 소진하기 전에 지구대기권으로 진입시켜 강제로 태워버립니다. 그러나 지구와 가까이 있는 인공위성의 경우는 가능하지만 지구에 멀리 떨어져 있는 인공위성의 경우 그냥 방치합니다.

 

안전성

이번에 한반도 주변에 추락 가능성이 있는 위성은 ERBS로 40년 된 위성이라고 합니다. 이위성은 연료가 모두 소진하여 지구로 자연스럽게 추락하는 상태가 된 것입니다.

그럼 추락할 경우 우리는 안전한 것인가? 위성의 경우 대기권에 진입할 때 고속으로 운동하면서 고온으로 가열하게 됩니다. 총알보다 10~20배 빠른 속도로 진입하다 보니 대분의 위성은 부서지기 시작합니다. 부서진 파편의 대부분은 공기저항으로 고열이 발생하여 녹어버립니다. 하지만 녹지 않는 잔해가 추락할 가능성은 있습니다. 추락하는 파면은 30~300km/h의 속도로 떨어지기 때문에  맞을 경우 매우 위험하지만 이 파편에 맞을 확률은 1조 분에 1에 해당하며 지금까지 파편에 맞아 다친 경우는 없다고 합니다.