선저우 20호 창문 균열로 우주선 교체…궤도 파편 위험 부각

선저우 20호 창문 손상으로 우주비행사들 우주선 교체

중국 우주비행사 3명이 궤도에서 예상치 못한 위기를 겪은 뒤 무사히 지구로 돌아왔다. 기술진은 선저우 20호 귀환 캡슐의 관측창에서 미세한 균열을 발견했다. 임무 책임자들은 작은 우주 파편이 손상을 일으켰을 가능성이 가장 크다고 밝혔다. 우주비행사들은 자신들이 타고 온 우주선 대신, 다음 팀을 톈궁 우주정거장까지 데려온 뒤 막 도착한 선저우 21호를 타고 귀환했다. 예정된 출발일보다 일주일 늦게 이뤄진 이례적인 우주선 교체는 밀리미터 크기의 파편조차 유인 우주비행을 위협할 수 있음을 보여줬다.

우주비행사 3명은 지구 저궤도에서 204일을 보낸 뒤 11월 14일 동부시간 오전 3시 40분께 네이멍구 둥펑 착륙장에 내렸다. 선장 천둥과 동료 우주비행사 천중루이, 왕제는 양호한 상태로 캡슐에서 나왔다. 이들의 귀환은 당초 11월 5일로 예정돼 있었으며, 다음 6개월 임무를 시작하기 위해 10월 31일 도킹한 선저우 21호 승무원과 잠시 함께 머무는 일정이었다.

임무 관제팀은 손상이 확인된 뒤 귀환을 연기했고, 선저우 20호가 더는 재진입 안전 요건을 충족하지 못한다고 판단했다. 중국 유인우주국은 우주선이 궤도상 작업을 지원하도록 정거장에 계속 도킹해 있을 것이라고 밝혔다. 중국 유인우주국은 운영을 이어가고 새 승무원에게 대기용 귀환 수단을 제공하기 위해 후속 기체인 선저우 22호를 적절한 시점에 발사할 계획이다.

톈궁에서 무슨 일이 있었나?

선저우 20호는 4월 24일 발사돼 우주비행사들을 궤도에 올려보냈으며, 이들의 귀환 수단으로도 사용될 예정이었다. 도킹 해제를 앞둔 정기 점검에서 기술진은 귀환 캡슐 창문의 유리에 미세한 균열이 생긴 것을 발견했다. 유인 우주선의 창문은 의도적으로 작게 만든다. 우주선 외부와 주변 환경을 육안으로 확인할 수 있게 해주지만, 두꺼운 압력 선체나 다층 차폐 구조에 비하면 상대적으로 취약한 부분이다. 미세한 균열이라도 발견되면 정밀 분석에 들어간다.

작은 창문에 가해지는 정밀한 위협

우주선 창문은 여러 겹의 창과 보호 덮개를 갖추도록 설계된다. 많은 우주선은 유리나 용융 실리카를 여러 층으로 조합해 안쪽에는 압력을 견디는 창을, 바깥쪽에는 파편을 막는 창을 둔다. 궤도 속도에서는 모래알만 한 파편도 총알에 맞먹는 에너지를 지닐 수 있다. 조용하고 가압된 환경에서는 안정적으로 보이는 균열도 재진입 과정의 열, 진동, 압력 변화로 커질 수 있다. 구조적으로 중요한 창문은 궤도에서 실용적으로 수리할 수 없고, 하강 때 가해지는 큰 응력을 앞두고 수리 상태를 시험하는 것도 불가능하다. 이 때문에 기술진은 작은 균열도 유인 귀환에는 허용할 수 없는 손상으로 본다.

착륙과 임무 성과

계획이 막판에 바뀌었지만 임무는 핵심 목표를 달성했다. 우주비행사들은 거의 7개월에 걸친 체류 기간 동안 과학 연구와 정비, 대외 활동을 수행했다. 이들은 우주유영을 네 차례 실시해 정거장에 파편 차폐판과 외부 장비를 설치했다. 착륙 뒤 둥펑에서 건강한 승무원들의 모습이 전해졌다. 임무에는 미세중력 적응을 연구하는 데 쓰인 생쥐를 포함해 소형 생명과학 탑재체도 실렸으며, 이들은 비행 후 분석을 위해 지구로 돌아왔다.

창문을 수리하지 않고 우주선을 바꿔 탄 이유

위험성이 결정의 핵심이었다. 선저우 20호 창문의 균열은 작았지만, 귀환 과정에서 캡슐은 공기역학적 가열과 큰 압력 하중을 받게 돼 있었다. 그처럼 중요한 부품에 궤도상에서 한 임시 수리를 인증할 방법은 없다. 더 안전한 선택은 선저우 20호를 도킹 상태로 두고, 출발하는 승무원들이 다음 승무원을 톈궁에 데려온 선저우 21호를 타고 귀환하게 하는 것이었다.

프로그램 책임자들은 안전을 중심으로 이 결정을 설명했다. 중국 유인우주공정판공실은 원칙을 ‘생명 우선, 안전 우선’이라고 밝혔다. 선저우 20호를 궤도에 남겨두면 기술진이 손상이 시간이 지나면서 어떻게 달라지는지 관찰할 수도 있다. 실제 우주 환경에서 발생한 충돌을 연구할 기회다.

귀환선 공백과 중국의 해소 계획

선저우 21호가 지구로 돌아오면서 톈궁에 남은 승무원은 한동안 도킹된 귀환선을 갖지 못하게 됐다. 유인 우주비행 프로그램은 이런 상황에 대비한다. 중국은 주취안 발사센터에 창정 2F 로켓과 선저우 우주선을 높은 준비태세로 유지하고 있다. 최상의 조건에서는 비상 발사를 약 8.5일 만에 준비할 수 있다. 중국 유인우주국은 적절한 시점에 무인 선저우 22호를 발사하겠다고 밝혔으며, 이를 통해 새 승무원에게 정거장에 도킹된 비상 귀환선을 다시 제공할 계획이다.

주목받는 우주 파편 위험

이번 사고로 전 세계적 문제가 다시 주목받았다. 지구 궤도에는 크기가 10센티미터를 넘는 추적 대상 물체가 3만 개 이상 있으며, 추적하기에는 너무 작지만 우주선을 손상시킬 만큼 큰 파편도 수십만 개에 달한다. 지구 저궤도의 모든 물체는 초속 약 7~8킬로미터로 움직인다. 작은 파편 하나가 창문에 흠집을 내고, 라디에이터 관을 찢거나 얇은 벽을 뚫을 수 있다. 톈궁과 국제우주정거장 운영팀은 추적망이 너무 가까이 지나갈 것으로 예측한 파편을 피하기 위해 정기적으로 추진기를 가동한다.

최근 사례를 보면 단 한 번의 충돌이 임무를 어떻게 바꿀 수 있는지 알 수 있다. 2022년 국제우주정거장에 도킹해 있던 러시아 소유스 MS-22 우주선이 작은 물체에 맞아 냉각제가 누출됐다. 새 우주선을 준비하는 동안 승무원들의 궤도 체류 기간은 몇 달 늘어났다. 이 기간 NASA의 프랭크 루비오는 우주 체류 371일로 미국 기록을 세웠다. 2024년에는 추진기 문제로 시험 우주선의 평가가 이어지면서 NASA 우주비행사 2명이 계획보다 훨씬 오래 정거장에 머물렀다. 장기간 지연은 드물지만, 궤도의 역동적인 환경이 비행 계획을 바꿀 수 있음을 보여준다.

파편은 어디서 생기나

대부분의 궤도 쓰레기는 수십 년간 우주 활동을 이어온 결과물이다. 사용 후 남은 연료가 산화제와 반응해 상단 로켓이 폭발하기도 했고, 수명이 다한 위성의 배터리가 파열되면서 위성이 산산조각 나기도 했다. 무기 시험도 파편 구름을 만들어냈다. 중국은 2007년 위성 요격 시험에서 퇴역 기상위성 펑윈 1C를 파괴해 수천 개의 파편을 만들었으며, 이 파편들은 여전히 지구 궤도를 돌고 있다. 최근 몇 년 사이 발생한 다른 파괴 사건들도 파편을 추가했다. 공통점은 간단하다. 파편이 안정된 궤도에 들어서면 중력에 따라 비행을 계속하다가 서서히 대기권으로 떨어진다.

지금 할 수 있는 일

운영기관은 새로운 파편 생성을 막고 임무를 깔끔하게 마무리해 위험을 줄일 수 있다. 위성을 퇴역시키기 전 배터리와 연료 탱크를 비활성화하고, 더 빨리 궤도에서 이탈하는 낮은 궤도를 활용하며, 위성을 궤도에서 이탈시키는 폐기용 점화를 하는 방안이 현재 지침에 포함돼 있다. 널리 쓰이는 관행에 따르면 운영기관은 저궤도 위성을 25년 안에 궤도에서 제거해야 하며, 일부 기관은 이 기간을 더 단축하자고 촉구하고 있다. 여러 단체가 로봇 포획 장치와 그물, 항력 돛, 대기 저항을 높이는 테더 등 능동적 우주 쓰레기 제거 기술을 시험하고 있다. 시연에서 가능성을 보였지만, 문제의 규모에 맞게 확대할 수 있는 기술은 아직 없다. 교통 조율을 개선하고 추적 정밀도를 높이는 것도 승무원이 더 안전한 회피 기동을 계획하는 데 도움이 된다.

중국의 우주정거장과 우주 개발 목표

톈궁은 2022년 기본 구성을 갖춘 3개 모듈 우주정거장이다. 우주비행사 3명이 6개월씩 체류하며, 교대 기간에는 최대 6명을 수용할 수 있다. 정거장 질량은 국제우주정거장의 약 5분의 1이다. 중국 우주 프로그램은 모듈 추가와 함께, 정비를 위해 인근 궤도를 비행할 대형 우주망원경 계획도 논의해 왔다. 중국은 2030년 전후로 우주비행사를 달에 착륙시킨다는 목표를 제시했으며, 파키스탄 우주비행사의 비행 계획을 포함해 국제 우주비행사를 톈궁에 맞이하겠다는 뜻도 밝혔다.

혼잡한 궤도에 맞춘 설계

혼잡한 궤도에서 우주정거장을 운영하려면 여러 겹의 보호 장치와 절차가 필요하다. 톈궁은 작은 입자가 압력벽에 부딪히기 전에 잘게 부서지도록 차폐 구조를 사용한다. 장비 구성이 바뀌면 승무원들이 우주유영 중 보호판을 추가로 설치한다. 창문을 포함한 민감 구역을 정기적으로 점검하는 것도 일상적인 절차다. 운영 측면의 대비도 회복력을 높인다. 귀환선을 도킹 상태로 유지하고, 신속한 구조 발사 능력을 갖추며, 승무원 6명이 잠시 함께 머물 때 필요한 물자를 관리해 프로그램에 여유를 확보한다.

선저우 20호와 우주정거장 운영의 다음 단계

현재 선저우 20호는 톈궁에 도킹한 채 궤도에 머물고 있다. 중국 유인우주국은 우주 궤도상 실험을 지원하는 데 이 우주선을 활용할 것이라고 밝혔다. 임무가 끝나면 관제팀은 외딴 해역 상공에서 통제된 재진입을 하도록 유도할 것으로 예상된다. 이는 유인 캡슐을 안전하게 폐기하고 새로운 파편 생성을 막기 위한 표준 방식이다. 책임자들은 보급선과 무인 선저우 22호가 들어올 공간을 확보하도록 도킹 포트 이용 가능성을 고려해 이 계획을 조율할 예정이다.

주요 일정은 무인 선저우 22호의 발사와 도킹, 그리고 선저우 20호의 최종 궤도 이탈이다. 선저우 22호가 도킹에 성공하면 현재 정거장에 있는 승무원들의 비상 탈출 경로가 복원된다. 톈궁에 연료와 식량, 연구 물자를 공급하기 위한 보급 비행도 계속된다. 신속한 지원이 필요할 경우에 대비해 비상 발사 선택지도 유지하고 있다.

임무 관계자들의 발언

착륙 후 임무 선장 천둥은 우주비행의 위험을 감수하면서도 우주비행을 택하는 이유와 이번 경험을 돌아봤다.

인류의 우주 탐사 길은 순탄하지 않습니다. 어려움과 도전으로 가득하고, 그렇기 때문에 우리는 이 길을 걷기로 선택했습니다.

프로그램 책임자들도 자신들의 원칙을 요약했다. 중국 유인우주공정판공실은 이번 상황에서 내린 결정의 기준을 생명 우선, 안전 우선이라고 설명했다.

핵심 내용

• 선저우 20호 귀환 캡슐의 창문에 미세한 균열이 생겼으며, 우주 파편이 원인일 가능성이 크다.
• 중국은 당초 11월 5일로 예정됐던 귀환을 연기하고, 11월 14일 선저우 21호로 승무원들을 지구에 데려왔다.
• 승무원들은 궤도에서 204일을 보낸 뒤 네이멍구 둥펑 착륙장에 내렸다.
• 선저우 20호는 우주 궤도상 작업을 지원하기 위해 톈궁에 계속 도킹해 있으며, 나중에 궤도에서 이탈할 예정이다.
• 톈궁에는 한동안 도킹된 비상 귀환선이 없다. 이를 복원하기 위해 무인 선저우 22호를 발사할 계획이다.
• 이번 사례는 추적할 수 없는 소형 파편의 위험이 커지고 있음을 보여준다.
• 중국은 톈궁을 확장하고 상시 우주정거장 운영을 이어가는 한편, 달 착륙을 추진하고 있다.