인공 지능과 클라우드 서비스의 급속한 확장으로 인해 컴퓨팅 성능에 대한 엄청난 수요가 발생했습니다. 급증으로 인해 데이터 인프라에 부담이 가중되어 작동하는 데 많은 전력이 필요합니다. 지구상의 단일 중간 규모 데이터 센터는 약 16,500가구에 전력을 공급할 수 있는 충분한 전력을 소비할 수 있으며, 더 큰 규모의 시설이라도 작은 도시만큼의 전력을 소비합니다.
최근 몇 년 동안 기술 리더들은 데이터 센터 전력 요구 사항을 해결하는 방법으로 우주 기반 AI 인프라를 점점 더 옹호해 왔습니다.
우주에서는 햇빛(태양광 패널이 전기로 변환될 수 있음)이 풍부하고 안정적입니다. 2025년 11월 4일, Google은 81개의 위성으로 구성된 집합체를 저궤도에 발사하겠다는 대담한 제안인 Project Suncatcher를 공개했습니다. 우주의 차세대 AI 데이터 센터에 전력을 공급하기 위해 별자리를 사용하여 햇빛을 수집할 계획입니다. 따라서 별자리는 지구에 전력을 전송하는 대신 지구에 데이터를 전송합니다.
예를 들어, 답변을 만들기 위해 버지니아에 있는 데이터 센터의 전원을 켜는 대신 챗봇에게 사워도우 빵을 굽는 방법을 묻는 경우, 귀하의 쿼리는 우주의 별자리로 전송되고 태양 에너지로만 구동되는 칩으로 처리되며 레시피는 귀하의 장치로 다시 전송됩니다. 그렇게 한다는 것은 우주의 차가운 진공 상태에서 생성된 상당한 열을 남겨두는 것을 의미합니다.
기술 기업가로서 저는 Google의 야심찬 계획에 박수를 보냅니다. 그러나 로켓 과학자로서 나는 회사가 곧 점점 커지는 문제, 즉 우주 쓰레기에 직면하게 될 것이라고 예상합니다.
재난의 수학
우주 쓰레기(지구 궤도에 있는 쓸모없는 인공 물체의 집합체)는 이미 우주 기관, 회사 및 우주 비행사에게 영향을 미치고 있습니다. 이러한 잔해에는 수명이 다한 로켓 단계 및 죽은 위성과 같은 큰 조각뿐만 아니라 중단된 위성의 작은 페인트 조각 및 기타 조각도 포함됩니다.
우주 잔해는 지구 저궤도에서 시속 약 28,000km(17,500마일)의 초음속 속도로 이동합니다. 이 속도로 블루베리 크기의 잔해 조각을 맞추는 것은 떨어지는 모루에 맞는 것과 같습니다.
위성 파괴 및 위성 파괴 테스트로 인해 엄청난 양의 잔해가 생성되었으며, 이제 SpaceX의 Starlink와 같은 상업용 별자리의 급속한 확장으로 인해 위기가 더욱 악화되었습니다. Starlink 네트워크에는 7,500개 이상의 위성이 있어 초고속 글로벌 인터넷을 제공합니다.
미국 우주군은 지상 레이더와 광학 망원경을 사용해 야구공보다 큰 40,000개 이상의 물체를 적극적으로 추적합니다. 그러나 이 수치는 궤도에 있는 치명적인 물체의 1% 미만을 나타냅니다. 대부분은 너무 작아서 이러한 망원경으로 확실하게 식별하고 추적할 수 없습니다.
2025년 11월, 텐공(Tiangong) 우주정거장에 탑승한 중국 우주 비행사 3명이 캡슐이 우주 잔해에 부딪혀 지구 귀환을 연기해야 했습니다. 2018년 국제 우주 정거장에서 유사한 사건이 발생해 미국과 러시아 관계에 도전이 됐습니다. 러시아 언론은 NASA 우주 비행사가 고의로 우주 정거장을 파괴했을 수 있다고 추측했습니다.
지구 위 약 650km(400마일) 높이의 태양 동기 궤도인 Google 프로젝트의 목표가 된 궤도 껍질은 중단 없는 태양광 발전을 위한 주요 위치입니다. 이 궤도에서 우주선의 태양 전지판은 항상 직사광선에 노출되어 탑재된 AI 페이로드에 전력을 공급하기 위해 전기를 생성할 수 있습니다. 그러나 이러한 이유로 태양 동기 궤도는 낮은 지구 궤도에서 가장 혼잡한 고속도로이기도 하며, 이 궤도에 있는 물체는 다른 위성이나 잔해와 충돌할 가능성이 가장 높습니다.
새로운 물체가 도착하고 기존 물체가 부서지면 지구 저궤도가 케슬러 증후군에 접근할 수 있습니다. 이 이론에 따르면, 낮은 지구 궤도에 있는 물체의 수가 임계 임계값을 초과하면 물체 간의 충돌로 인해 새로운 잔해가 쏟아져 나옵니다. 시간이 지남에 따라 이러한 일련의 충돌로 인해 특정 궤도를 완전히 사용할 수 없게 될 수 있습니다.
프로젝트 Suncatcher에 대한 시사점
Project Suncatcher는 대형 태양광 패널을 운반하는 위성 그룹을 제안합니다. 그들은 반경 1km 내에서 비행하며 각 노드의 간격은 200m 미만입니다. 이를 다른 관점에서 보기 위해 대략 데이토나 국제 자동차 경주장 크기의 경주 트랙을 상상해 보십시오. 81대의 자동차가 시속 17,500마일로 경주하며 고속도로에서 안전하게 정지하는 데 필요한 거리만큼 떨어져 있습니다.
위성이 서로 데이터를 전송하려면 이러한 초밀도 형성이 필요합니다. Constellation은 복잡한 AI 작업 부하를 81개 단위로 나누어 단일의 대규모 분산 두뇌로서 데이터를 동시에 “생각”하고 처리할 수 있도록 합니다. Google은 하드웨어 검증을 위해 2027년 초에 두 개의 프로토타입 위성을 발사하기 위해 우주 회사와 협력하고 있습니다.
그러나 우주의 진공 상태에서 대형 비행은 물리학과의 끊임없는 싸움입니다. 낮은 지구 궤도의 대기는 믿을 수 없을 정도로 얇지만 비어 있지는 않습니다. 소수의 공기 입자는 위성에 궤도 저항을 생성합니다. 이 힘은 우주선을 밀어서 속도를 늦추고 고도에서 하강하도록 만듭니다. 표면이 넓은 위성은 바람을 받는 돛처럼 작용할 수 있기 때문에 항력에 더 많은 문제가 있습니다.
이러한 복잡성에 더해, 태양의 입자 흐름과 자기장(우주 기상으로 알려짐)으로 인해 낮은 지구 궤도에 있는 공기 입자의 밀도가 예측할 수 없게 변동될 수 있습니다. 이러한 변동은 궤도 항력에 직접적인 영향을 미칩니다.
위성 간의 거리가 200m 미만이면 오차 범위가 사라집니다. 한 번의 충격으로 위성이 파괴될 뿐만 아니라 이웃을 향해 폭발하게 되어 전체 클러스터를 쓸어버리고 이미 지뢰밭인 궤도에 수백만 개의 새로운 잔해 조각을 무작위로 흩뿌릴 수 있는 폭포가 촉발될 수도 있습니다.
적극적인 회피의 중요성
사고와 폭포를 피하기 위해 위성 회사는 추적 불가 표준을 채택할 수 있습니다. 이는 파편화, 잔해 방출 또는 이웃을 위험에 빠뜨리지 않고 궤도에서 안전하게 제거될 수 있는 위성을 설계하는 것을 의미합니다. Suncatcher만큼 조밀하고 복잡한 별자리의 경우 이 표준을 충족하려면 잔해 지대를 자율적으로 감지하고 춤추는 “반사 장치”를 위성에 장착해야 할 수 있습니다. 현재 Suncatcher 설계에는 이러한 능동 회피 기능이 포함되어 있지 않습니다.
2025년 첫 6개월 동안만 SpaceX의 Starlink 별자리는 파편과 기타 우주선을 피하기 위해 무려 144,404회의 충돌 회피 기동을 수행했습니다. 마찬가지로 Suncatcher는 5초마다 모래알보다 큰 잔해를 만날 가능성이 높습니다.
현재의 물체 추적 인프라는 일반적으로 야구공보다 큰 잔해로 제한되어 있어 수백만 개의 작은 잔해 파편이 위성 운영자에게 효과적으로 보이지 않습니다. 미래의 별자리에는 이러한 작은 위협을 능동적으로 감지하고 실시간으로 자율적으로 위성을 조종할 수 있는 온보드 감지 시스템이 필요합니다.
Suncatcher에 능동적인 충돌 방지 기능을 장착하는 것은 엔지니어링의 위업이 될 것입니다. 공간이 좁기 때문에 별자리는 단일 개체로 반응해야 합니다. 위성은 동기화된 새 떼처럼 일제히 위치를 변경해야 합니다. 각 위성은 이웃 위성의 사소한 변화에도 반응해야 합니다.
궤도 임대료 지불
그러나 기술적인 솔루션은 지금까지만 가능합니다. 2022년 9월, 연방 통신 위원회는 위성 운영자가 임무 완료 후 5년 이내에 우주선을 궤도에서 제거하도록 요구하는 규칙을 만들었습니다. 여기에는 일반적으로 제어된 궤도 이탈 기동이 포함됩니다. 이제 운영자는 대기 저항이 인계되고 우주선이 대기에서 불타버릴 때까지 위성의 고도를 낮추기 위해 임무가 끝날 때 추진기를 발사할 수 있는 충분한 연료를 비축해야 합니다.
그러나 이 규칙은 이미 우주에 있는 잔해나 사고나 사고로 인한 미래의 잔해를 다루지 않습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 일부 정책 입안자들은 우주 잔해 제거에 대한 사용세를 제안했습니다.
사용세 또는 궤도 사용 수수료는 더 크거나 무거운 차량이 공공 도로를 사용하기 위해 더 높은 수수료를 지불하는 것과 마찬가지로 별자리에 의해 부과된 궤도 스트레스를 기준으로 위성 운영자에게 세금을 부과합니다. 이 자금은 가장 위험한 잔해를 포착하고 제거하는 적극적인 잔해 제거 임무에 자금을 지원합니다.
충돌 회피는 우주 쓰레기 문제에 대한 장기적인 해결책이 아닌 일시적인 기술적 해결책입니다. 일부 회사는 우주를 데이터 센터의 새로운 본거지로 간주하고 다른 회사는 계속해서 위성 무리를 궤도로 보내므로 새로운 정책과 적극적인 잔해 제거 프로그램은 저궤도 궤도를 사업용으로 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
Mojtaba Akhavan-Tafti, 부연구원, 미시간 대학교
이 기사는 크리에이티브 커먼즈 라이센스에 따라 The Conversation에서 재출판되었습니다. 원본 기사를 읽어보세요.
