우주 쓰레기(Orbital debris)에 관한 NASA FAQ

image provided by NASA

소개
저 하얀 점 스무 개 중 한 개가 동작하는 인공위성이라고 합니다.
그리고 나머지 열 아홉 개는 폐기물이라고 해요... 저런 걸 space debris, orbital debris 라고 부릅니다.
저러다 나중에는 위성을 쏘아 올리다가 누가 격추해서가 아니라 우주쓰레기와 충돌해서 발사 실패하는 경우도 생길 지 모르겠습니다. ;;

2009/02/15 우주 쓰레기, 우주 먼지에 관한 기사

위 그림은 NASA Orbital Debris Program Office 에서 만든 컴퓨터 그래픽이라는데, NASA는 광학망원경과 레이더로 관측한 자료, 그리고 우주선에서 귀환한 우주선 표면 등을 참고해 모델링을 한다고 합니다. 그리고 우주 개발을 하는 관련국과 협의를 하고 있다고 합니다(Russia, Japan, France, and the European Space Agency). NASA는 Long Duration Exposure Facility (LDEF)라고 버스크기만한 것을 저궤도에서 5.7년을 놓아 두고 우주 폐기물에 부딪힐 조건을 만들어 주었는데(일부러 충돌시켰다는 얘긴 아님), 우주왕복선을 통해 회수해 표면을 관찰해 보니 약 20000군데에 뭔가가 충돌한 흔적이 있었다고 합니다. (링크)

끝으로, 저 사이트에서는 몇 가지 모델링 소프트웨어를 다운로드받을 수 있지만, 스크린샷같은 그림을 그려주는 건 아닙니다. 링크에서 설명에 따라 설치하고, 업데이트 파일을 넣으면 동작하는데, 일반인에게는 별로 소용없는 물건입니다. :)


그리고, 아래는 우주 쓰레기(orbital debris)에 관한 NASA 문답(FAQ)입니다.
http://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/faqs.html

1). What is orbital debris?
우주 쓰레기란 뭔가요?

우주 쓰레기는 지구 궤도를 도는 물체 중 인류가 만든 것으로서 더 이상 유용한 목적으로 이용되지 않는 것을 말합니다. 다음 링크에 있는 파일을 참고하세요.

Orbital debris is any man-made object in orbit about the Earth which no longer serves a useful purpose. See the Orbital Debris Education Package (Adobe PDF 649 kb) that was presented during Educator's Day at NASA JSC. 

2). What are examples of orbital debris?
우주 쓰레기의 예를 들어 주세요.

버린 우주선, 우주선 발사체의 2, 3단로켓에서 분리된 부분, 여러 개의 위성을 올려놓기 위한 이송체 부품들, 우주선을 발사체에서 분리하는 과정에 혹은 미션을 수행하는 도중에 의도적으로 분리된 조각들, 우주선이나 2,3단 로켓의 폭발이나 충돌로 만들어진 조각들, 고체로켓 모터가 방출한 물질, 열 스트레스(우주에서는 양지와 음지의 온도차가 극심합니다)나 작은 입자가 충돌해 벗겨진 페인트 조각 등입니다.

Derelict spacecraft and upper stages of launch vehicles, carriers for multiple payloads, debris intentionally released during spacecraft separation from its launch vehicle or during mission operations, debris created as a result of spacecraft or upper stage explosions or collisions, solid rocket motor effluents, and tiny flecks of paint released by thermal stress or small particle impacts. 

3). How much orbital debris is currently in Earth orbit?
지구 궤도에는 우주 쓰레기가 얼마나 많나요?

10cm보다 큰 물체가 약 17000개 정도 있다고 알려졌습니다. 1~10cm 정도 크기인 건 20만개를 넘는다고 추정하고 있습니다. 1cm보다 작은 입자는 천 만 개가 넘을 것입니다.

Approximately 17,000 objects larger than 10 cm are known to exist. The estimated population of particles between 1 and 10 cm in diameter is greater than 200,000. The number of particles smaller than 1 cm probably exceeds tens of millions.

4). How are the numbers of orbital debris determined?
우주 쓰레기의 숫자는 어떻게 알아내나요?

10cm보다 큰 우주 쓰레기는 U.S. Space Surveillance Network (미국 우주 정찰망??)에서 정기적으로 추적합니다. 3mm정도로 작은 물체까지는 지상 레이더가 찾을 수 있는데, 이것으로 그 숫자를 통계적으로 평가하는 데 근거로 삼습니다. 1mm보다 작은 우주 쓰레기군이 얼마나 되는 지를 계산할 때는 우주에서 귀환한 우주선의 표면을 검사해 참고합니다. 물론, 이 경우는 우주선들이 고도 600km보다 낮은 궤도에서 임무를 수행하기 때문에 참고하는 데는 한계가 있습니다.

Large orbital debris (> 10 cm) are tracked routinely by the U.S. Space Surveillance Network. Objects as small as 3 mm can be detected by ground-based radars, providing a basis for a statistical estimate of their numbers. Assessments of the population of orbital debris smaller than 1 mm can be made by examining impact features on the surfaces of returned spacecraft, although this has been limited to spacecraft operating in altitudes below 600 km. 

5). What is the principal source of large orbital debris?
대형 우주 쓰레기는 어떻게 생겨난 겁니까? 

인공위성 폭발, 특히 여분의 추진제와 고압 액체같은 에너지원이 들어 있는 고단 로켓부가 오래 되어 폭발해 생깁니다. 이것이 지금까지 목록에 오른 우주 쓰레기의 대부분입니다.

Satellite explosions, especially old upper stages left in orbit with stored energy sources, e.g., residual propellants and high pressure fluids, constitute the largest component of cataloged orbital debris. 

6). Are orbital debris uniformly distributed about the Earth?
우주 쓰레기는 지구 근처에 균일하게 분포해 있나요?

대부분은 지표면에서 2000km 안에 분포합니다. 그 안에서도 고도에 따라 분포량은 크게 다른데, 850km 근처와 1500km 근처에 이들이 많이 분포한 지역이 발견되었습니다.

Most orbital debris reside within 2,000 km of the Earth's surface. Within this volume, the amount of debris varies significantly with altitude. Regions of debris concentration are found near 850 km and 1,500 km. 

7). How fast are orbital debris traveling?
우주 쓰레기는 얼마나 빨리 움직이나요?

2000km보다 아래인 저궤도에서 우주쓰레기는 초속 약 7~8km 의 속력으로 원궤도를 달립니다. 하지만, 다른 우주 물체와의 충돌 속력은 평균 10km/s 정도가 될 것입니다. 결과적으로 아주 작은 조각이라도 상당한 에너지를 갖고 부딪친다고 할 수 있습니다.

In low Earth orbit (below 2,000 km), orbital debris circle the Earth at speeds of 7 to 8 km/s. However, the average impact speed of orbital debris with another space object will be approximately 10 km/s. Consequently, collisions with even a small piece of debris will involve considerable energy. 

8). Does the U.S. Space Shuttle have to dodge orbital debris?
미국의 우주 왕복선은 우주쓰레기를 피해 날아야 하나요?

우주 왕복선이 궤도에 있을 때, U.S. Space Surveillance Network 는 규칙적으로 우주 쓰레기의 탄도를 조사해 가까이 마주치는 지 여부를 확인합니다. 만약 다른 물체가 셔틀 주변 몇 km안에 들어올 것으로 예상되면, 충돌 확률이 1/10000을 넘을 때 우주 왕복선은 보통 회피합니다. 이건 흔한 일은 아니고, 일이 년에 한 번 정도 일어납니다.

Whenever a Space Shuttle is in orbit, the U.S. Space Surveillance Network regularly examines the trajectories of orbital debris to identify possible close encounters. If another object is projected to come within a few kilometers of the Space Shuttle, the Space Shuttle will normally maneuver away from the object if the chance of a collision exceeds 1 in 10,000. This occurs infrequently, about once every year or two. 

9). How did the Mir space station fare during its 15-year stay in Earth orbit?
미르 우주 정거장은 지구 궤도에서 어떻게 15년 동안이나 버틴 거죠?

미르 정거장 바깥 표면을 찍은 사진을 보면 작은 우주 쓰레기와 아주 작은 유성에 맞은 흔적이 있습니다. 가장 심각한 손상은 넓기도 하거니와 깨지기 쉬운 태양전지판이 받는 손상이었는데, 태양전지판은 작은 입자들로부터 보호할 방법이 없습니다. 우주 쓰레기는 미르의 능력이나 미르가 수행한 미션에 장애를 주지는 않았습니다.
 
Photographs of Mir's exterior show large numbers of impacts from small orbital debris and meteoroids. The most significant damage was to the large, fragile solar arrays which cannot be protected from small particles. Orbital debris caused no loss of mission or capability on Mir. 

10). How is the International Space Station protected against orbital debris?
국제 우주 정거장(ISS)는 우주 쓰레기로부터 어떻게 보호하고 있나요?

국제 우주 정거장(ISS)은 지금까지 날린 우주선 중 가장 강력하게 보호되는 구조물입니다. 거주 구역과 고압 탱크같은 극히 중요한 부분은 직경 1cm크기까지의 물체가 충돌해도 견딜 수 있을 것입니다. ISS는 또 추적목록에 올라 있는 크기의 물체를 회피할 능력도 있습니다. ISS의 중요 구조물이 1~10cm 직경 우주 쓰레기에 맞을 위험은 작은데, 이런 위협을 피할 방법은 연구중입니다.

The International Space Station (ISS) is the most heavily shielded spacecraft ever flown. Critical components, e.g. habitable compartments and high pressure tanks, will normally be able to withstand the impact of debris as large as 1 cm in diameter. ISS also has the capability of maneuvering to avoid tracked objects. The risk of a critical ISS component being struck by debris 1 to 10 cm in diameter is slight and ways to reduce this risk are being investigated. 

▶ 우주 쓰레기(Orbital debris)에 관한 NASA FAQ (계속) 에 이어집니다.