고도 100~450㎞ 영역에서 움직이는 초저궤도 위성은 지구 표면과 가까워 선명한 영상 촬영, 빠른 데이터 통신이 가능하고 발사 고도가 낮아 상대적으로 적은 비용이 투입된다는 측면에서 최근 활용도가 넓어지고 있다. 그러나 고도 2000㎞ 이하의 일반적 저궤도보다 대기 저항의 영향이 커 궤도 수명이 짧고 안정적 운용이 어렵다는 한계가 있다. 여기에 태양 폭풍에 따른 대기 저항 증가는 초저궤도 위성 운용에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 대기 저항(대기 항력)은 대기권에서 물체가 이동할 때 공기와 마찰 또는 압력 차로 생기는 저항력이다. 실제로 2022년 2월 스페이스X의 스타링크 위성들이 발사 직후 저궤도에 있다가 태양 폭풍으로 증가한 대기 저항의 영향을 받아 궤도에 안착하지 못하고 대기권으로 추락한 사례가 있다. 2024년 5월에도 태양 폭풍으로 인한 대기 저항으로 일부 위성이 추락해 대기권에 재진입해 소멸하기도 했다. 태양활동에 따라 초저궤도 대기 밀도가 크게 달라질 수 있어 위성의 최적 설계와 안정적인 운용을 위해서는 관련 우주환경 자료와 예측 기술 확보가 중요하다. 저궤도 위성 운용 고도인 500㎞ 부근에서 태양폭풍 기간 중 대기 저항이 증가한다는 사실은 알려져 있었지만 대기가 희박해 그 변화를 정밀하게 측정하고 정량화하는 데에는 한계가 있었다. 이런 상황에서 한국천문연구원 도요샛(SNIPE) 연구팀을 중심으로 미국 항공우주국(NASA)이 참여한 공동 연구팀이 초강력 태양폭풍이 지구 저궤도 위성에 미치는 대기 저항 증가 효과를 정량적으로 측정하는 데 성공했다고 8일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 지구물리학회에서 발행하는 국제 학술지 ‘스페이스 웨더’에 실렸다. 연구팀은 스타링크 위성을 추락시킨 2024년 5월 발생한 슈퍼 태양폭풍 기간(5월 10일 20시~12일 4시까지 32시간) 동안 도요샛 위성들의 고도가 300m 정도 낮아지는 현상을 포착했다. 이를 바탕으로 태양폭풍으로 인해 지구 저궤도의 대기 밀도, 위성이 받는 대기 저항이 얼마나 증가하는지 정량 분석했다. 연구팀은 태양동기궤도인 고도 550㎞에서 편대비행 중인 도요샛 위성 3기의 궤도 변화를 정밀하게 분석함으로써 대기 저항 변화를 정량적으로 유추했다. 연구 결과, 태양폭풍이 정점에 이르렀을 때 위성 주변의 대기 밀도는 평상시보다 2배 이상 급증한 뒤 점차 폭풍 이전 수준으로 회복되는 것으로 나타났다. 또 거의 같은 고도에서 운용되는 동일한 형태의 도요샛-나래, 도요샛-라온이 자세제어 상태에 따라 서로 다른 대기 저항을 받는다는 사실도 발견했다. 특히 자세가 안정적으로 제어된 도요샛-나래의 궤도정보로부터 계산한 대기 밀도는 나사의 대형 위성 그레이스-팔로우온(GRACE-FO) 관측값과 상당히 일치했다. 도요샛은 2023년 5월 25일 한국형 발사체 누리호 3차 발사를 통해 태양동기궤도에 투입돼 우주환경 감시 임무를 이어가고 있다. 10㎏급 초소형 큐브위성이지만 2024년 5월, 2024년 10월, 2025년 11월, 올해 1월 발생한 초강력 태양폭풍을 모두 견뎌내고 지구 전리권과 자기권 플라즈마 변화를 관측해 왔다. 도요샛 프로젝트 연구책임자인 이재진 천문연 책임연구원은 “이번 연구 결과는 고가의 정밀 측정 장비를 탑재하지 않더라도 위성의 궤도와 자세 정보만으로 저궤도 대기 밀도의 변화를 저비용으로 감시할 수 있음을 보여준다”며 “단일 위성이 아닌 여러 위성이 함께 비행하는 군집위성을 활용하면 각 위성의 데이터를 서로 비교해 저궤도 대기 밀도의 시간적·공간적 변화를 동시에 분석할 수 있다는 장점도 확인했다”고 설명했다.

지난해 여름, 불과 2개월 여 만에 녹아내린 그린란드의 얼음이 무려 6000억t에 달한다는 연구결과가 나왔다. 미국 폭스뉴스 등 해외 언론의 21일 보도에 따르면 캘리포니아대학 연구진이 미국항공우주국(NASA)의 지구관측 탐사선인 ‘그레이스-포’(GRACE-FO) 위성의 데이터를 분석한 결과, 2019년도 여름 동안 그린란드에서 녹아내린 얼음은 6000억t에 달하며, 이로 인해 해수면 높이가 약 0.23㎝ 높아진 사실이 확인됐다. 연구진에 따르면 유독 기온이 높았던 지난 여름, 그린란드는 이상기온의 직격타를 맞았고 이 과정에서 평년보다 훨씬 더 많은 얼음이 녹아내린 것으로 분석했다. 전문가들은 그린란드에서 2002~2019년 사이 매년 평균 2600억t, 17년 동안 4조 5500억t의 얼음이 녹아내렸다고 보고 있다. 연구를 이끈 캘리포니아대학의 이사벨라 벨리코냐 박사는 ”그린란드에서 대량으로 소실되는 얼음은 해수면 상승에 직접적으로 악영향을 미친다. 다만 우리는 비록 남극 동쪽에서 강설량이 증가한 사실을 확인했으며, 이는 지난 20년간 사라진 얼음의 대량 손실을 완화하는데 도움이 될 것“이라고 전망했다. 한편 이달 초에는 남극과 북극의 얼음이 녹는 속도가 1990년대보다 6배 빨라졌다는 충격적인 연구결과가 공개되기도 했다. 당시 연구를 이끈 영국 리즈 대학의 앤드류 셰퍼드 교수 연구진은 ”남극 및 그린란드의 얼음 손실이 예상보다 훨씬 빨라져 2100년이 되면 4억 명에 달하는 사람들이 해안 홍수의 위험에 처할 것“이라고 예측했다. 영국 가디언은 ”이번 연구는 전 세계의 관심이 코로나19에 쏟아지고 있는 상황에서, 지구온난화로 인한 실질적인 위험에 대해 설명하고 있다“면서 ”바이러스 확산 위험에도 불구하고, 매우 중대한 기후 회담은 올해 말 영국 글래스고에서 열릴 예정“이라고 전했다. 자세한 연구결과는 미국 지구물리학회가 발간하는 지구물리학연구지(Geophysical Research Letters) 최신호에 게재됐다. 사진=123rf.com 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr