과학 전람회/발명 대회에서 발표된 우주 쓰레기 해결 아이디어

전시장에서 시작된 작은 해답, 우주를 구상한 10대들의 도전

우주 쓰레기(Space Debris)는 더 이상 먼 미래의 문제가 아니다. 이 순간에도 지구 궤도를 떠도는 수백만 개의 파편들은 인공위성, 우주선, 국제우주정거장의 안전을 위협하고 있으며, 지속 가능한 우주 개발을 가로막는 치명적인 걸림돌이 되고 있다. 그러나 이 복잡하고 거대한 문제에 대해 놀랍게도 해답을 제시하고 있는 주체는 다름 아닌 10대 청소년들이다. 국내외 과학전람회와 발명 대회에서는 매년 우주 쓰레기 해결을 위한 창의적인 아이디어들이 쏟아져 나오고 있다. 학생들은 단순히 상상력에 그치지 않고, 실제 센서, 모형, 알고리즘을 활용한 구체적인 모델을 발표하고 있으며, 그중 일부는 전문가들에게도 높은 평가를 받고 있다. 본 글에서는 과학전람회 및 발명 대회에서 발표된 대표적인 우주 쓰레기 해결 아이디어들을 선별해 그 내용과 구현 방식, 그리고 교육적·사회적 의의까지 심층적으로 분석한다.

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1. 자기장을 활용한 우주 쓰레기 포획 장치 – 중학생의 착상

 

2023년 한국 학생 과학탐구올림픽에서 중학교 2학년 학생이 발표한 **‘EMF-Catcher(전자기장 포획기)’**는 전통적인 우주 쓰레기 제거 방식과는 완전히 다른 관점에서 접근한 아이디어였다. 이 학생은 자기장이 우주 공간에서도 작동할 수 있다는 점에 착안해, 인공위성 주변에 약한 자기장을 형성해 주변의 금속성 파편을 서서히 끌어당겨 수거하는 구조를 설계했다. 발표 당시 그는 실제로 3D 모형화과 Arduino 회로로 소형 자석 장치를 만들어 시연했고, 자석의 범위 조절과 안전성 확보 방안을 제시했다.

이 아이디어는 ‘에너지 효율이 높고, 지속 운용이 가능하다’는 점에서 심사위원들로부터 높은 평가를 받았다. 특히, 기존의 로봇팔 방식이나 그물 방식보다 간단하고 연속적인 수거가 가능하다는 점에서 실제 소형 위성 시스템에 접목할 가능성도 언급되었다. 이후 이 학생은 과학기술정보통신부 산하 청소년과학창의대회 본선에도 진출하며, 자기 아이디어를 발전시키는 후속 연구를 진행 중이다.

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2. 생분해성 포집 망을 활용한 쓰레기 수거 위성 – 고교 발명 경진대회 우수상

2022년 대한민국 고교생 발명대회에서는 과학고등학교 2학년 학생 3인으로 구성된 팀이 ‘바이오넷(Bio-Net)’ 프로젝트를 통해 주목받았다. 이들은 플라스틱이나 금속으로 구성된 우주 파편을 ‘물리적으로 모은다’는 기존 개념에서 벗어나, 미생물 분해 구조를 응용한 생분해성 포집 망을 위성에 장착해 파편을 수거한 뒤 일정 시간 내 자가 소멸하도록 설계한 시스템을 고안했다.

학생들은 식물에서 추출한 PLA(Poly lactic Acid) 섬유에 우주 내 방사선 노출 시 분해가 가속화되는 특성을 활용하여, 쓰레기를 모은 후 일정 고도 이상에서 자동으로 분해되도록 실험 설계를 구성했다. 해당 아이디어는 ‘기계적 수거’뿐만 아니라 2차 오염 방지까지 고려한 지속 가능한 모델로 인정받아 심사위원 만장일치로 우수상에 선정되었다.

특히 이 프로젝트는 국내 대학의 환경공학과 교수진에 자문받아 구체화하였으며, NASA의 CubeSat 생분해 소재 실험과 유사한 성격을 지녔다는 점에서 후속 논문 작성이 진행 중이다. 단순히 학생 수준의 아이디어를 넘어서, 우주 환경을 고려한 재료공학의 가능성을 보여준 획기적인 사례로 평가된다.

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3. 우주 쓰레기 AI 추적 알고리즘 – 데이터 기반 해법

2021년 국제 청소년 과학전람회(ISEF) 온라인 부문에서는 한국 고등학생이 발표한 우주 쓰레기 궤도 예측 AI 모델이 세계 과학계에 큰 반향을 일으켰다. 해당 학생은 TLE 데이터(위성 궤도 정보)를 분석하고, 과거 우주 충돌 데이터를 기반으로 궤도 변화 예측 모델을 만든 후, 이를 Python 기반 딥러닝 프레임워크(TensorFlow)로 구현했다.

이 프로젝트의 핵심은 딥러닝을 활용한 위치 변화 예측 정확도를 86%까지 끌어올렸다는 점이다. 특히 충돌 위험이 높은 ‘우주 교차 구간’에서의 예측 정확도가 높았고, 이를 활용하면 실제 위성 운영 시 충돌 회피 기동에 실질적인 도움을 줄 수 있다는 가능성이 제시되었다.

해당 아이디어는 NASA Ames Research Center 소속 데이터 과학자와의 협업 멘토링까지 연결되었으며, 이후 국제 과학 저널의 학생 연구 특집판에 초청 게재되었다. 무엇보다 이 프로젝트는 물리적 제거 이전에 데이터 기반 예방적 접근이 가능하다는 점에서, 우주 쓰레기 문제에 대한 새로운 시각을 열어주었다.

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4. 학생 발명 아이디어의 확산을 위한 과학전람회의 역할

이처럼 과학전람회와 발명 대회는 단순히 아이디어를 발표하는 자리를 넘어, 학생들이 우주 기술 문제에 실제로 참여할 수 있는 창구로 기능하고 있다. 대부분의 프로젝트는 교실 수업에서는 다루지 않는 기술적 주제를 다루며, 그 과정을 통해 학생들은 자율적 연구 능력, 과학적 탐구력, 협업 능력을 동시에 키우게 된다.

특히 최근 대회들은 단순한 보고서 평가를 넘어서, 시제품 제작, 알고리즘 시뮬레이션, 공개 발표 및 질의응답을 통해 실제 기술자와 유사한 문제 해결 과정을 경험하도록 유도하고 있다. 또한 지역 과학관, 지자체, 정부 부처와 연계하여 아이디어가 연구 과제로 이어지거나, 스타트업 형태로 발전하는 사례도 증가하고 있다.

이러한 구조는 결국 청소년이 단지 미래 과학자의 ‘후보자’가 아니라, 현재 문제의 ‘참여자’로 설 수 있다는 사실을 입증하고 있다. 우주 쓰레기라는 인류 공통의 과제 앞에서, 청소년의 상상력은 이미 실천할 수 있는 해법으로 진화 중이다. 정부와 교육기관은 이러한 전시회를 단순 행사로 소비하지 말고, 문제 해결형 교육 모델의 실험장으로 제도화할 필요가 있다.