올해 초, 일론 머스크가 이끄는 우주기업 스페이스X는 미국 연방통신위원회(FCC)에 위성 100만 기를 발사하겠다는 허가 신청서를 냈다. 목적은 우주 AI 데이터센터 구축이다. 인공지능(AI) 연산에 필요한 막대한 전력과 냉각 설비를 지구 밖에서 해결하겠다는 구상이다. 그런데 과연 지구 밖 궤도에 위성 100만 기를 올려놓을 자리가 있을까? 우선 위성 100만 기라는 숫자가 실제로 어느 정도 규모일지 가늠해보자. 현재 지구 저궤도(고도 200~2000㎞)를 도는 인공위성은 전부 합쳐 약 1만5000기다. 이 중 스페이스X의 인터넷 위성망 스타링크가 약 1만 기로, 전체의 약 3분의 2를 차지한다. 100만 기는 현재 스타링크 규모의 90배에 달하는 숫자다.
지구 저궤도에 안전하게 수용할 수 있는 위성 수는 약 10만 기다. 그 한계를 넘어서면 위성끼리 충돌이 잦아지고, 충돌로 생긴 파편이 또 다른 위성을 파괴하는 연쇄반응이 일어날 수 있다. 이를 ‘케슬러 증후군’이라고 한다. 1978년 미 항공우주국(NASA) 과학자 도널드 케슬러가 제시한 개념으로, 파편이 파편을 낳는 도미노 충돌이 이어지다 결국 저궤도 전체가 우주쓰레기로 뒤덮인다는 시나리오다. 케슬러 증후군이 현실화하면 그 이후로는 어떤 위성이나 유인우주선도 발사할 수 없게 된다.
현재 위성 수를 감안하면 10만 기까지는 여유가 있어 보인다. 하지만 문제는 속도다. 스페이스X뿐 아니라 중국도 20만 기 이상의 위성 발사를 국제기구에 신청한 상태다. 국제적인 조율 없이 각국이 경쟁적으로 궤도를 선점하는 지금 상황에서 10만 기 한계는 생각보다 빨리 닥칠 수 있다.
스페이스X도 저궤도 혼잡을 의식한 듯 “대부분의 위성을 현재 사용하지 않는 고도에 배치하겠다”고 밝혔다. 그렇다면 저궤도가 포화됐을 때 인류가 눈을 돌릴 다음 공간은 어디일까? 바로 지구와 달 사이의 ‘시스루나(cislunar)’ 공간이다. 지구에서 달까지의 거리는 38만4000㎞로, 저궤도와는 비교할 수 없을 만큼 넓다. 미래에는 달 기지나 화성 탐사를 지원하는 위성들도 여기에 자리 잡을 것이다.
하지만 최근 미국 로런스 리버모어 국립연구소(LLNL) 연구팀이 발표한 연구 결과는 시스루나 공간이 생각보다 훨씬 까다로운 환경이라는 걸 보여줬다. 연구팀은 슈퍼컴퓨터 2대를 동원해 이 공간에서 위성 100만 개의 궤도를 시뮬레이션했다. 그 결과 약 54%의 궤도가 최소 1년 이상 안정적으로 유지됐지만, 6년이 지나도 안정적인 궤도는 9.7%에 불과했다.
왜 이런 결과가 나왔을까? 저궤도에서는 지구중력만 고려하면 되기 때문에 위성궤도를 비교적 단순하게 예측할 수 있다. 반면 시스루나 공간에서는 지구·달·태양 세 천체의 중력이 복잡하게 얽혀 위성을 제각각 방향으로 잡아당긴다. 지구 자기장의 보호막도 없어 태양풍과 방사선이 궤도를 흔든다. 게다가 지구중력도 균일하지 않다. 연구를 이끈 트래비스 예거 연구원은 “지구는 완전한 구가 아니라 울퉁불퉁하게 생겼고 중력 분포도 고르지 않다”며 “캐나다 상공의 중력은 대서양 상공보다 약하다”고 설명했다.
그렇다면 9.7%라는 수치는 실망스러운 결과일까? 꼭 그렇지만은 않다. 100만 개의 9.7%는 9만7000개다. 시스루나 공간에만 9만7000개의 안정적인 궤도 자리가 존재한다는 뜻이다. 연구팀은 어떤 궤도가 불안정한지 알아낸 것도 소중한 데이터라고 강조했다. 덴비르 히긴스 연구원은 “100만 개 궤도 데이터를 머신러닝과 결합하면 궤도 수명 예측이나 이상 탐지가 가능하다”고 말했다. 우주 교통이 폭발적으로 늘어나는 시대에 어디가 막히고, 어디가 쾌속 주행이 가능한지 미리 파악할 수 있는 것이다. 연구팀은 전체 궤도 데이터를 오픈소스 플랫폼에 무료 공개해 누구든 활용할 수 있게 했다.
머스크의 위성 100만 기 구상은 역설적으로 한 가지 사실을 일깨워준다. 지구궤도라는 공간이 유한한 자원이라는 것이다. 지금도 각국은 별다른 조율 없이 위성을 경쟁적으로 쏘아 올리고 있다. 우주는 넓지만 인류가 쓸 수 있는 안정적인 궤도는 생각보다 좁다. 머스크가 꿈꾸는 우주 데이터센터가 현실이 되려면 그 좁은 자리를 어떻게 함께 나눠 쓸 것인지에 대한 답이 먼저 필요하다.
√ 기억해주세요
지구 저궤도에 안전하게 수용할 수 있는 위성 수는 약 10만 기다. 그 한계를 넘어서면 위성끼리 충돌이 잦아지고, 충돌로 생긴 파편이 또 다른 위성을 파괴하는 연쇄반응이 일어날 수 있다. 이를 ‘케슬러 증후군’이라고 한다.
