우주 공간은 더 이상 과학적 탐사의 영역에만 머물지 않는다. 그렇다면 지구 궤도를 안전하고 지속 가능하게 활용하면서, 자율적으로 임무를 수행하는 차세대 우주 시스템을 구현할 수 있을까? 서울대학교 항공우주공학과에서 우주 모빌리티 및 로보틱스 연구실을 이끌고 있는 박형준 교수는 지구 궤도의 상업적 활용과 심우주 탐사를 가능하게 할 자율 우주 시스템과 우주 로보틱스 기술을 연구하고 있다.
그는 우주 비행체가 스스로 판단하고 움직일 수 있는 자율 제어 기술에 집중해 왔다. 특히 회전하는 위성체를 안전하게 포획하는 랑데부·도킹·포획 기술과 극한 환경에서 최적 궤도를 실시간으로 계산하는 알고리즘을 개발한다. 또한 국제우주정거장(ISS) 내 자율 비행체들의 협업 임무 수행 연구를 통해, 예측 불가능한 우주 환경에서도 작동 가능한 지능형 우주 시스템의 실효성을 입증해 왔다. 박 교수는 상업 우주 시대의 핵심인 궤도상 서비스(In-Space Servicing), 자율 우주 로보틱스, 다중 위성 협력 운용 기술을 통해 ‘지속 가능한 우주 인프라 구축’이라는 새로운 비전을 제시한다.
지구 저궤도는 빠르게 밀집되고 있으며, 특히 10cm 미만의 소형 우주 파편은 탐지와 제거가 매우 어렵다. 10cm 이상의 물체는 비교적 추적이 가능하지만, 그 이하 크기의 파편은 통계적 추정에 의존하고 있다. 이러한 작은 파편 하나만으로도 위성을 파괴할 수 있는 강력한 파괴력을 지닌다. 지금까지 제안된 로봇 팔 기반 포획 임무는 대형 목표물에 정밀하게 접근하여 제거하는 방식이지만, 반복적인 접근과 탈궤도 과정에서 발생하는 막대한 비용과 연료 소모로 인해 소형 파편 제거에는 비효율적이다.
그물 포획, 전자기 테더(Tether), 레이저 탈궤도 유도 등 다양한 대안 기술이 제시되었으나, 미세중력 환경에서의 제어 문제와 확장성, 기술 성숙도 측면에서 여전히 한계를 보이고 있다. 또한 우주 쓰레기 제거는 아직 상업적 수익 모델이 명확히 정립되지 않아 적극적인 투자와 대규모 실행이 어려운 실정이다. 그렇다면 수많은 소형 파편을 근본적으로 줄일 수 있는 새로운 패러다임은 무엇인가? 저궤도의 지속 가능성을 확보하기 위해 우리는 어떠한 전환적 아이디어를 고민해야 할까?