위성은 어디로 가나요?

1. 소개

 위성은 현대 통신 및 과학 연구에 필수적인 요소로, 그 운영 수명이 종료되거나 사라질 때 각기 다른 운명을 맞이하게 됩니다. 저궤도에서는 궤도가 붕괴되거나 지구 대기로 재진입하며, 높은 궤도에서는 수세기 이상 우주를 떠돌기도 합니다. 이러한 운명은 궤도 고도, 대기 저항, 그리고 운영 상태와 같은 다양한 요인에 따라 결정됩니다.

 

2. 사라지는 위성들의 운명

 추적 시스템에서 사라진 위성들의 운명은 그들이 위치한 궤도와 운영 상태에 따라 달라집니다. 저궤도(LEO)의 위성은 대기 저항의 영향을 받아 속도가 점차 감소하며, 결국 지구 대기로 재진입하여 소각됩니다. 이 과정은 위성의 고도와 질량에 따라 몇 개월에서 100년 이상이 걸릴 수 있습니다.

 

 반면, 정지궤도(GEO)와 같은 높은 궤도에 위치한 위성은 다른 운명을 맞이합니다. 특별한 조치가 없는 경우, 이러한 위성은 수백 년에서 수천 년 동안 궤도에 머물며 우주 공간을 떠돌게 됩니다. GEO 위성 운영자들은 이러한 혼잡을 방지하기 위해 퇴역 위성을 정지궤도에서 약 300km 위의 "묘지 궤도"로 이동시키는 절차를 실행합니다.

 

 때로는 사라졌다고 생각했던 위성이 예기치 않게 다시 발견되거나 기능을 회복하는 사례도 있습니다. 예를 들어, 적외선 캘리브레이션 풍선(S73-7)은 25년 동안 탐지되지 않다가 궤도에서 다시 발견된 사례로 주목받았습니다. 이러한 다양한 결과는 우주 상황 인식(Space Situational Awareness)의 중요성과 우주 쓰레기에 대한 책임 있는 관리의 필요성을 강조합니다.

 

3. 궤도별 위성 수명

위성의 수명은 운영 궤도에 따라 큰 차이를 보입니다.

• 저궤도(LEO): 지구 표면에서 약 160-2,000km 사이에 위치하며, 대기 저항으로 인해 비교적 짧은 수명을 가집니다. 이러한 위성은 궤도가 붕괴되어 지구 대기로 재진입하기 전까지 5-15년 동안 작동할 수 있습니다.
• 정지궤도(GEO): 지구에서 약 35,786km 상공에 위치하며, 수백 년에서 수천 년 동안 궤도를 유지할 수 있습니다.

 위성의 수명은 아래와 같은 요인에 의해 결정됩니다:

• 대기 저항: 저궤도에서 가장 크게 영향을 미치며, 빠른 궤도 붕괴를 초래합니다.
• 궤도 고도: 고도가 높을수록 대기 저항이 줄어들어 수명이 길어집니다.
• 위성 질량과 단면적: 이 두 요소는 대기 저항에 영향을 미쳐 궤도 붕괴 속도에 차이를 만듭니다.
• 추진 시스템: 추진 능력을 갖춘 위성은 궤도를 조정하고 수명을 연장할 수 있습니다.
• 태양 활동: 태양 활동이 증가하면 상층 대기가 확장되어 저궤도 위성의 붕괴를 가속화할 수 있습니다.

 이러한 요인에 대한 이해는 임무 설계 및 우주 쓰레기 완화 전략 수립에 중요한 정보를 제공합니다. 예를 들어, Starlink와 같은 위성군은 더 짧은 수명을 가지도록 설계되어 장기적인 우주 쓰레기 문제를 완화하려는 목표를 가지고 있습니다. 반면, 정지궤도 위성은 임무 종료 후 반드시 "묘지 궤도"로 이동하는 절차가 필요합니다.

 

4. 잃어버린 위성들

 위성은 기술적 결함, 충돌, 궤도 이탈 등 여러 이유로 추적이 불가능해지기도 합니다. 아래는 역사적으로 실종된 주요 위성과 그 실종 연도입니다:

위성 이름	실종 연도
익스플로러 1호	1958
페가수스 2호	1965
적외선 캘리브레이션 풍선	1974
스타링크 위성	2023

 

 예를 들어, 미국의 첫 번째 위성인 익스플로러 1호는 12년 동안 궤도에 머문 후 1970년에 대기로 재진입하여 소멸되었습니다. 적외선 캘리브레이션 풍선(S73-7)은 25년간 미탐지 상태로 궤도를 돌다가 다시 발견되었으며, 이는 우주 추적의 중요성을 보여주는 사례입니다.

 

 특히 정지궤도와 같은 높은 궤도에서 실종된 위성은 퇴역 처리가 이루어지지 않으면 오랜 기간 동안 우주를 떠돌며, 저궤도의 위성은 대기 저항으로 인해 상대적으로 짧은 시간 안에 지구 대기권으로 재진입합니다.

 

5. 추적 방법 및 과제

 위성 추적은 복잡하고 까다로운 작업입니다. 우주 기관과 관련 조직들은 위성의 궤도와 위치를 파악하기 위해 다양한 기술을 활용합니다. 광학 망원경과 레이더 시스템은 주요 도구로 사용되며, 고급 알고리즘은 수집된 데이터를 분석하여 궤도를 예측합니다.

추적 과정에서 다음과 같은 문제들이 발생할 수 있습니다:

• 우주 쓰레기와 소형 위성의 높은 속도: 탐지가 어려움을 초래합니다.
• 지상 기반 시스템의 가시성 한계: 특정 시간과 조건에서만 위성을 관찰할 수 있습니다.
• 우주 날씨와 대기 간섭: 신호 및 관측 정확도에 영향을 미칩니다.
• 예고 없는 기동: 궤도 예측을 방해하여 추적을 어렵게 만듭니다.
• 궤도 물체 수의 증가: 식별과 추적의 복잡성을 높입니다.

 이러한 문제를 해결하기 위해 위성의 가시성을 높이는 고반사율 재료의 사용, 더 발전된 추적 알고리즘의 개발, 그리고 국제적인 협력을 통한 글로벌 추적 시스템 구축과 같은 해결책이 도입되고 있습니다. 예를 들어, 미-인도 위성 추적 챌린지와 같은 프로그램은 기동하는 위성을 신속하게 탐지할 수 있는 기술 개발을 목표로 하고 있으며, 이는 점점 복잡해지는 우주 환경에서의 추적 능력을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다.

 

출처: https://www.perplexity.ai/page/where-do-satellites-go-Lg0oH_ahSlCk.oB2xOAVbA