지구-달 사이에 위성 100만개 배치했더니…결과는 [우주로 간다]

지구와 달 사이 '시스루나(cislunar) 공간'에 인공위성 100만 개를 배치할 경우, 장기간 안정적으로 작동할 수 있는 위성은 10%에도 못 미칠 것이라는 연구 결과가 나왔다. 과학매체 라이브사이언스는 최근 미국 로렌스 리버모어 국립연구소(LLNL) 연구진이 슈퍼컴퓨터를 이용해 시스루나 공간에서의 위성 궤도를 대규모로 시뮬레이션한 결과를 공개했다고 보도했다. 지난 몇 년 사이 지구 궤도를 도는 위성 수는 급격히 증가했다. 스페이스X의 스타링크 군집 위성 네트워크와 '천 개의 돛'으로 알려진 중국의 군집 위성 프로젝트가 대표적이다. 그러나 전문가들은 이러한 흐름이 아직 시작 단계에 불과하다고 보고 있다. 일부 연구자들은 지구 저궤도(LEO)에 최대 10만 개 수준까지는 위성을 비교적 안전하게 수용할 수 있지만, 이를 넘어설 경우 위성들이 통제 불능 상태로 연쇄충돌하는 '케슬러 증후군'이 발생할 수 있다고 경고해 왔다. 저궤도가 포화될 경우, 다음으로 주목 받는 영역은 지구와 달 사이의 시스루나 공간이다. 이 지역에 위성을 배치하면 지구 기반 통신 인프라를 보완하는 것은 물론, 미래의 달 기지나 달 식민지에 인터넷 등 각종 서비스를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 다만 이 공간은 저궤도보다 궤도 예측이 훨씬 까다롭다. 지구와 달, 태양 사이의 복잡한 중력 상호작용에 영향을 받는 데다, 지구 자기장 보호막이 미치지 않는 영역이어서 태양에서 방출되는 복사 에너지 역시 궤도 안정성을 떨어뜨릴 수 있기 때문이다. 6년간 안정적 궤도 유지한 경우 9.7%뿐 LLNL 연구진은 슈퍼컴퓨터 두 대를 활용해 약 100만 개 위성의 궤적을 시뮬레이션했다. 이 과정에는 약 160만 CPU 시간이 소요됐으며, 일반 컴퓨터로 수행할 경우 약 182년이 걸렸을 것으로 추정된다. 연구진은 슈퍼컴퓨터를 통해 이를 단 3일 만에 완료했다고 밝혔다. 시뮬레이션 결과 약 54%의 궤도는 최소 1년 동안 안정적인 상태를 유지했으나, 6년 동안 안정적으로 유지된 궤도는 9.7%에 불과했다. 연구 결과는 지난해 말 논문 사전 공개 사이트 아카이브(arXiv)에 게재됐다. LEO보다 훨씬 큰 불확실성…지구 자전도 영향 연구진은 저궤도(LEO) 시뮬레이션이 비교적 안정적이고 반복적인 패턴을 보인 반면, 지구-달 공간에서는 불확실성이 훨씬 크다고 설명했다. 불확실성이 큰 탓에 계산을 “시간 순서대로, 즉 불연속적인 단위로 진행해야 했고, 그 결과 계산량이 크게 늘었다”는 것이다. 또 연구진은 궤도에 영향을 미치는 요인 중 하나로 지구의 중력을 지목했다. 지구 자전으로 인해 중력이 미묘하게 변화하면서, 장기적으로 위성 궤도에 영향을 줄 수 있다는 설명이다. 비록 장기간 생존한 궤도 비율은 낮았지만, 연구진은 시스루나 공간에서도 약 9만7000개의 안정적인 궤도를 생성할 수 있었다고 밝혔다. 이는 향후 이 지역을 활용한 탐사 및 인프라 구축에 다양한 가능성을 열어줄 수 있다는 평가다. 연구진은 “어떤 궤도가 성공했고 어떤 궤도가 실패했는지 아는 것이 중요하다”며 “데이터 과학적 관점에서 보면 매우 흥미로운 데이터 세트이며, 백만 개의 궤도 데이터가 있다면 풍부한 분석이 가능하다”고 강조했다. 이번 연구는 인류가 지구 저궤도를 넘어 지구-달 권역으로 활동 범위를 확장하는 과정에서, 궤도 안정성과 충돌 위험 관리 등 복잡한 과제가 뒤따를 수 있음을 보여주는 사례로 풀이된다고 외신들은 전했다.