[별별 과학] 톈궁1호와 대기권 재진입

지난 2일 중국 우주정거장인 톈궁1호가 수명을 다하고 추락했다. 무게만도 8.5t이어서 자칫 인명피해가 발생할까 전 세계의 걱정거리였는데 다행히 칠레부근 태평양에 떨어졌다.

톈궁1호는 2011년 9월 고도 350㎞ 궤도에 쏘아 올려졌다. 그 궤도에서 안정적인 원운동을 하려면 궤도 진입속도가 초속 7.7㎞ 정도 돼야 한다. 중력과 원심력이 균형을 맞추는 속도다.

그런데 지상 350㎞ 상공은 전리층 영역으로 태양풍이 불어와 오로라가 생성되기도 한다. 희박하지만 공기가 존재해서 인공위성은 공기 마찰에 의해 속도를 조금씩 잃어버린다. 이를 보상해주기 위해 인공위성에는 추진 연료가 실려 있다. 이 연료가 모두 소진되면 속도는 점점 줄어들고 원심력은 감소한다. 중력에 의해 궤도는 점차 낮아지고 결국에는 대기권에 재진입해 추락한다. 저궤도 인공위성의 고도는 200∼2000㎞ 정도인데, 수명이 끝난 후 수년에서 수백년 정도의 시간이 지나면 지구로 추락해서 사라진다. 따라서 이 영역에서의 우주 쓰레기 문제는 시간이 해결해준다.

인공위성이 고도 70∼80㎞의 대기권에 재진입할 때 3000도 이상의 엄청난 열이 발생한다. 재진입 속도는 대략 초속 7∼8㎞ 정도다. 인공위성의 입장에서는 지구의 대기가 초속 8㎞로 부딪히는 셈이다. 이는 수만도 정도의 열에너지에 상응하는 속도로, 충돌 시 고열이 발생하는 원인이다. 대기권 재진입을 위해서는 이를 견디는 기술이 필요하다. 세라믹 계열의 내화 타일이 사용되기도 하는데 쉽지 않은 기술이다. 북한에서 대륙 간 탄도 미사일 개발이 성공했는지 여부도 바로 대기권 재진입 기술이 완성됐는지에 달려 있다. 아직 확실히 판명되지는 않았는데, 아주 어려운 기술이라는 것을 짐작할 수 있다. 재진입 기술이 적용되지 않으면 대부분 타버린다. 톈궁1호는 무게가 8.5t으로 규모가 매우 커서 타버리고 남은 잔해가 지표에 떨어졌다.

이남영 칼럼니스트



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