지구 주위를 도는 약 22000개의 우주쓰레기

지구 주위를 도는 약 22000개의 우주쓰레기

50만 개 이상의 파편, 즉 "우주 쓰레기"가 지구 궤도를 돌고 있다. 이들은 모두 시속 17,500마일(2만 8천 킬로미터)의 속도로 이동하는데, 상대적으로 작은 궤도의 잔해 조각이 위성이나 우주선을 손상시킬 만큼 충분히 빠르다. 증가하는 우주 잔해들의 수는 모든 우주선에 대한 잠재적 위험을 증가시키지만, 특히 국제우주정거장, 우주 왕복선, 그리고 인간이 탑승한 다른 우주선에 대한 위험성을 증가시킨다.

NASA는 우주 잔해와의 충돌 위협을 심각하게 받아들이고 있으며, 각각의 잠재적 충돌 위협에 대처하는 방법에 대한 오랜 지침을 가지고 있다. 비행 규칙으로 알려진 의사결정 보조 기구의 일부인 이 지침은 파편 조각의 예상 근접성이 승무원의 안전을 보장하기 위해 회피 조치 또는 기타 예방 조치가 필요할 정도로 충돌 확률을 증가시키는 시점을 명시한다. 우주 쓰레기는 자연 입자와 인공 입자를 모두 포함하는 데 유성체들은 태양주위 궤도에 있는 반면, 대부분의 인공 파편들은 지구주위 궤도에 있다. 따라서 후자를 더 흔히 궤도 잔해라고 부른다.

궤도 잔해들은 더 이상 유용한 기능을 하지 않는 지구 궤도에 있는 인공 물체다. 그러한 잔해에는 비기능적인 우주선, 버려진 발사체 단계, 임무와 관련된 잔해, 조각 파편 등이 포함된다. 지구 궤도를 도는 소프트볼보다 더 큰 파편이 2만 개 이상 있다. 그들은 시속 17,500마일의 속도로 이동하는데, 상대적으로 작은 궤도 잔해 조각이 위성이나 우주선을 손상시킬 만큼 충분히 빠르다. 대리석 크기 이상의 파편이 50만 개 있고 추적할 수 없을 정도로 작은 파편들이 수백만 개 있다. 이 속도로 여행할 때 작은 페인트 조각도 우주선을 손상시킬 수 있는 데 사실, 많은 우주 왕복선 창문은 페인트 조각으로 보이는 물질에 의한 손상으로 교체되어왔다.

"우주 임무에 가장 큰 위험은 추적할 수 없는 파편에서 온다," 라고 궤도 파편 NASA의 수석 과학자인 니콜라스 존슨이 말했다. 1996년 프랑스 인공위성이 10년 전에 폭발한 프랑스 로켓의 파편에 맞아 파손됐다. 2009년 2월 10일, 사라진 러시아 인공위성이 미국의 이리듐 상업위성과 충돌하여 기능하고 있는 미국 이리듐 상업위성과 충돌하여 파괴되었다. 이 충돌은 우주 쓰레기의 재고에 2,000개 이상의 추적 가능한 파편을 추가했다. 미사일을 이용해 낡은 기상위성을 파괴한 중국의 2007년 위성항법시험은 파편 문제에 3000점 이상을 더했다.

파편 추적

NASA와 DoD는 위성(궤도 파편 포함) 환경의 특성화에 대한 책임을 협력하고 공유한다. DoD의 우주 감시 네트워크는 지름이 낮은 지구 궤도에서 직경 5 센티미터, 지구 동기 궤도에서 약 1 야드(1 미터) 크기의 이산 물체를 추적한다. 현재 약 15,000개의 공식 카탈로그화된 물체가 여전히 궤도에 있다. 추적된 총 개체 수는 21,000개를 초과한다. NASA는 특수 지상 기반 센서와 반환된 위성 표면의 검사를 사용하여 직경 4인치(10cm) 미만의 물체에 대한 모집단의 범위를 통계적으로 결정한다.

충돌 위험은 위협의 크기에 따라 세 범주로 나뉜다. 4인치(10cm) 이상 물체의 경우, 접속사 평가와 충돌 회피 기동은 우주 감시 네트워크에 의해 추적될 수 있는 물체에 대항하는 데 효과적이다. 이것보다 작은 물체는 보통 너무 작아서 추적할 수 없고 너무 커서 방어할 수 없다. 파편 실드는 0.5인치(1cm) 미만의 입자의 충격을 견디는 데 효과적일 수 있다.

잔해 계획 및 반응

NASA는 그러한 근접 패스의 위협이 승무원의 안전을 보장하기 위한 회피 조치나 다른 예방 조치를 보증하기에 충분한지 여부를 평가하는 데 사용되는 일련의 오랜 지침을 가지고 있다.

이 지침들은 기본적으로 우주선 주위에 평평하고 직사각형 모양 때문에 "피자 상자"라고 알려진 가상의 상자를 그린다. 이 상자는 가로 30마일, 세로 30마일(1.5 x 50 x 50 킬로미터) 깊이로 우주선을 중앙에 두고 있다. 파편이 우려할 만큼 가까이 지나갈 것이라는 예측과 추적 데이터의 품질이 충분히 정확하다고 판단될 때, 휴스턴과 모스크바의 관제 센터들은 신중한 행동 방침을 개발하기 위해 협력한다.

어떤 경우에는 추적 데이터가 그러한 기동을 보장할 만큼 정확하지 않거나 기동을 할 수 있는 아슬아슬한 상황이 제때에 식별되지 않을 때도 있다. 이 경우 관제센터는 인간을 우주정거장으로 오갈 때 사용하는 소유즈 우주선으로 승무원을 이동시키는 것이 최선의 조치라는 데 동의할 수 있고 이것은 손상 충돌 시 해치를 닫음으로써 그러한 우주선을 정거장에서 분리할 수 있는 충분한 시간을 허용한다. 충돌로 인해 생명 유지 모듈에 압력이 떨어지거나 중요 구성 요소가 손상되면 승무원들이 정거장을 떠날 수 있을 것이다. 소유즈호는 유사시 승무원의 구명보트 역할을 한다.

또한, 충돌 가능성이 충분히 크면, 우주정거장의 일부 모듈 사이에 해치를 닫는 것과 같은 추가적인 예방조치를 취할 수 있는 옵션이 있다.

궤도 잔해를 피하기 위한 우주선 조종

NASA는 우주선에 대한 궤도 잔해의 근접 접근 위협이 승무원의 안전을 보장하기 위한 회피 행동이나 주의사항을 보증하기에 충분한지 여부를 평가하는 데 사용되는 일련의 오랜 지침을 가지고 있다.

이물질 방지 기동은 접속사로부터의 충돌 확률이 우주 왕복선과 우주 정거장 비행 규칙에 설정된 한계에 도달할 때 계획된다. 충돌 확률이 10만분의 1 이상일 경우, 임무 목표에 큰 영향을 미치지 않을 경우 기동이 수행된다. 1만분의 1 이상일 경우 승무원에게 추가 위험을 초래하지 않는 한 기동이 이뤄진다.

잔해 방지 기동은 대개 작으며 접속 시간 1시간에서 몇 시간 전에 발생한다. 셔틀을 이용한 잔해 방지 기동은 몇 시간 내에 계획 및 실행될 수 있다. 우주정거장과의 이러한 기동훈련은 주로 우주정거장의 러시아 추진장치 또는 도킹된 러시아나 유럽 우주선 중 하나에 있는 추진장치를 사용할 필요성 때문에 계획과 실행에 약 30시간이 소요된다.

지난 10년 동안 우주왕복선 및 우주정거장과의 충돌 회피 기동이 여러 차례 실시되었다. NASA는 1988년 우주왕복선 임무 STS-26을 시작으로 인간 우주 비행을 위한 접속사 평가와 충돌 회피 프로세스를 구현했다. NASA와 DoD는 1998년 국제우주정거장의 첫 번째 요소를 발사하기 전에 인간 우주 비행 임무에 대해 보다 정교하고 충실도가 높은 접속사 평가 과정을 공동으로 개발하여 시행했다.

2005년 NASA는 지구 저궤도에 있는 지구관측시스템 위성과 지동기궤도에 있는 추적 및 데이터 중계 위성 시스템 등 선택된 로봇 자산에 대해서도 유사한 과정을 시행했다.

2007년, NASA는 접속사 평가 과정을 지구 저궤도 및 지동기궤도에서 124마일(200km) 이내의 모든 NASA 기동성 위성으로 확대했다.

NASA는 구체적인 비행 규칙과 상세한 위험 분석을 토대로 충돌 회피 기동이 필요한지 여부를 결정한다.