엉터리 다이빙

Rebreather란 무엇인가?

Rebreather(재호흡기)가 무엇이고 어떻게 작동하는지 알기 위해서 현재 스쿠바장비가 어떻게 작동하는지 이해하는 것이 필요하다.

현재의 거의 모든 다이빙 장비들을 개방식 잠수장비이다.
이 시스템은 고압가스 공급원인 Tank(Lung)과 다이버가 호흡하기 위한 호흡기로 되어있고,

이는 매 호흡마다 배기가스는 기포의 형태로 버려지기 때문에 개방형이라 불린다.

 
개방식 다이빙장비는 원래부터 비효율적이다.

왜냐하면 실제로 흡기 가스 중의 작은 비율의 산소 만이 다이버의 신진대사를 위해 사용되고,

그 나머지는 사용 가능한 산소지만 매호흡 마다 버려지게 된다.
더욱이 수심이 증가함에 따라 공기는 압축이 되어 손실량도 증가하게 된다.

Rebreather(재호흡기)는 근본적으로 완전히 다른 종류의 다이빙 장비이다.
현재 공공기관이나 산업계에서 사용되고 있는 Rebreather(재호흡기)장치는  
순 산소Rebreather, 반폐쇄회로식Rebreather와 폐쇄회로식Rebreather의 3가지로 구분된다.
각 Rebreather는 각각의 독특한 이점과 단점이 있다.

그러나 어떤 종류의 Rebreather라도 기본적인 구성 요소는 똑같다.

즉, 공통적으로 모든 설계는 Mouthpiece와 다이버의 호흡이 되돌아 오는 Breathing Loop(순환 회로식 호흡장치)로 되어 있다.

순환 회로식 호흡장치에는 다이버가 배기시에는 팽창하고 흡기시에는 수축하는 부드러운 접는
식 주머니로 되어있다.

그 때문에 이 주머니는 Counterlung(대칭폐)라 불리우고 있다.
만약 다이버가 이 순환회로를 통해서 숨을 들이 쉬고 내 뱉으면서 호흡을 계속하면,

다이버가 밷어낸 배기가스는 탄산가스가 증가해서 위험 수위에 도달할 것이다.

그래서 순환회로에는 호흡시에 발생되는 탄산가스를 배기가스에서 흡수 할 수 있는 약품(Sodasorb, Sofnolime 또는 리륨하이드록사이드 등)이 들어 있는 여과통이 설치되어져야 한다.

물론 탄산가스 흡수 여과통 하나 만으로는 Rebreather로 다이버가 언제까지나 호흡을 할 수 없게 된다.
왜냐하면 호흡 장치 속에 순환되고 있는 산소는 다이버가 흡입하여 신진대사에 사용되므로 점점 소모되어 없어지기 때문이다.
그 때문에 Rebreather(재호흡기)는 다이버 생명유지를 계속하기 위해 순환회로 장치에 산소를 추가로 주입해주어야 한다.

더욱이 다이버가 자신이 뱉어낸 배기가스가 그대로 흡입되지 않도록 하기 위해 Rebreather
(재호흡기)는 배기가스가 순환회로의 한 방향으로 만 계속 돌게 장치되어야만 한다.
이것은 일반적으로 상향식 발브와 하향식 발브가 마우스피스의 양쪽에 설치되어 있어서 순환회로 속에서 흡기 가스는 한 방향으로 흡입되게 되고, 배기가스는 반대방향으로 만 나갈 수 있게 된다.

Rebreather(재호흡기)의 또 다른 공통된 장치는 마우스피스에 잠글 수 있는 밸브가 있있다.

이는 탄산가스 흡수를 위해 여과통에 들어 있는 약품들은 물과 반응하여 높은 열을 내기 때문에 수분을 차단하기 위한 밸브로 만일 마우스피스가 수중에서 물고 있지 안을 때 순환회로에 물이 침수되는 것을 막기 위해 잠글 수 있게 되어있다.

세 가지 Rebreather(재호흡기)의 근본적인 차이는 순환회로에 가스를 첨가 시키는 방법과 호흡가스 속의 산소를 농축 시키는 것을 조절하는 것이다.

OXYGEN Rebreather(재호흡기)

LAR V 산소 재호흡기

OXYGEN Rebreather(순 산소 재호흡기)도 앞에서 설명했듯이 기본적인 구조는 똑같다.
단지 다이버가 소모하는 산소를 보충하는 순산소용 탱크를 추가하고 있다는 것이다.

몇 종류의 OXYGEN Rebreather는 산소를 순환회로에 일정한 비율로 보충하고 있다.
산소를 보충해 주는 비율은 다이버가 신진대사에 소모하는 양과 거의 일치하도록 선택할 수 있게
되어 있다.

다이버의 신진대사량의 비율은 다이빙 중의 다이버의 활동량에 따라 여러 가지로 변할 수 있는데,

다이버가 휴식을 취하고 있다면 활동량이 적기 때문에 필요한 산소량이 적지만 심한운동을 하고 있다면 필요산소량이 많아지게 되는데,

만일 순환회로에 일정량 만 공급되는 씨스템이라면 휴식 중일 때는 지나친 산소량을 공급하여 순환회로에 가스를 쓸데없이 배출시키게 되며, 반면에 심한 운동 시에는 산소가 충분하지 못하게 된다.

이때 산소를 추가하기 위해서는 다이버가 인위적으로 BYPASS (우회식) 발브를 작동하는 방법을 사용하기 위해서 많은 순 산소 Rebreather(재호흡기)들은 몇 종류의 PASSIVE-ADDITION(수동식 산소 추가)시스템이 첨가되어 있다.

그리고 다이버의 신진대사량에 따른 소모량에 맞는 산소량이 순환회로에 추가되도록 되어 있다.
간단한 방법으로 대칭폐가 완전히 수축되어 버렸을 때 기계적으로 발브를 작동하여 가스를 추가하게 되는데,
이것은 다이버의 인체에서는 신진대사를 통해 산소를 이산화탄소로 바꾸고, 이 이산화탄소는 배출되어 재호흡기 순환회로를 돌아서 여과통에서 탄산가스 흡수제에 의해 제거되면 순환호흡기 속의 가스의 전체량은 감소하게 된다.
결과적으로 다이버의 총 흡기량은 대칭폐를 완전히 압착시키게 되며,

이때에 기계적으로 발브를 작동하여 산소를 더 추가하게 된다.

산소Rebreather의 단점은 산소Rebreather의 구조상 잠수하기 전에 반드시 산소 세정을 하여야 한다.

이는 순수한 산소로 순환호흡기 속을 완전히 씻어내야 하는게 중요하다.

만약  산소가 아닌 다른 가스가 다량으로 순환호흡기 속에 잔류하게 되면,

다이버는 대칭폐가 압착되어 기계적으로 산소 추가 발브가 작동하기도 전에 이미 저산소증에 걸리게 된다.

그래서 이 산소 세정이 이루워지지 않으면 아주 위험을 초래할 수 있다.

디자인 적인 면에서 볼 때 산소Rebreather는 아주 단순하다.

왜냐하면 복잡한 산소조절장치가 필요 없기 때문이다.

그리고 기능상에도 대단히 제한적이다.

왜냐하면 산소 과다로 인한 중추신경제 산소중독 때문에 사용 수심이 6M를 넘지 않도록 철저히 제한하고 있기 때문이다.

더 깊은 수심에 안전하게 잠수하기 위해서는 순환호흡기 속의 혼합가스는 순 산소에 질소 또는 헬륨 등을 첨가해야 한다.

이런 혼합 가스용 재호흡기는 보통 한 두가지 형태가 있다.
반 폐쇄 회로식 Rebreather 와 완전 폐쇄 회로식Rebreather 이다.

Semi-Closed Rebreather(반폐쇄회로식 재호흡기)

RB80 패시브 반폐쇄식 재호흡기

순산소 대신 혼합가스를 사용한다.

반 폐쇄회로식 Rebreather는 두 가지 근본적으로 다른 범주의 형태를 가지고 있다.

능동식 추가장치와 수동식 추가 장치이다.

그 중에서도 가장 일반적인 것은 능동형 가스 추가 장치이다.

이 장치는 구조상 순산소 Rebreather의 능동형 가스 추가장치와 비슷하고 단지 공급되는 가스가 순산소가 아니고 혼합가스의 차이 뿐이다.

공급되는 가스는 순환호흡기에 일정량의 비율로 주입되고 있다.

즉 다시 말하면 수심에 관계없이 주어진 시간 동안 일정한 양의 가스 입자가 순환호흡기에 주입 된다는 것이다.
이런 장치에 주입되는 가스비율은 공급되는 가스의 산소비율에 따라 조절되어져야 하고 순환호흡장치에 추가되는 산소비는 다이버가 순환호흡기에서 소모하는 산소와 같은 양이든지 더 많은 비율의 산소이어야만 한다.

이런 종류의 Semi-Closed Rebreather(반폐쇄회로식 재호흡기)의 이점은 순산소 Rebreather에 비해 다이버가 산소중독의 위험 없이 대단히 깊게 잠수할 수 있다는 것이다.

그러나 이 장치의 불리한 점으로는 공급되는 가스의 일부는 순산소가 아니고 질소,헬리움 또는 두가스의 혼합가스인데 이 또한 순환호흡기에 일정비율로 추가되고 있다는 것이다.
왜냐하면 다이버의 신체는 산소가 아닌 공급되는 다른 가스 중 일부분을 소모하지 못하므로 순환호흡기에 계속 증가 된다는 것이다.

심하게 계속 과팽창되는 것을 막기 위해서는 순환호흡기에서 이 과잉되는 가스를 일정기간 마다 방출되어져야 만한다.

이상적으로 한다면 호흡가스 중의 산소 이외의 가스는 순환호흡기에서 배출되어져야만 산소를 저장해서 다이버가 소모할 수 있게 해 주지만, 순환호흡기 속의 가스는 상당히 균일하게 혼합되어 있으므로 배출되는 어떤 비율의 혼합가스도 산소도 같이 배출되면서 소모하게 된다.
또 다른 문제점은 능동식 산소추가장치가 설치된 반폐쇄회로식 Rebreather의 순환호흡기 속의 산소의 농축도는 가변적이라는 것이다.

먼저 순환호흡기에 필요한 산소비는 공급가스 속의 산소비보다 조금 낮은 비율이란 것이다.

왜냐하면 다이버의 신체가 호흡가스 중의 산소를 소모하는 것이 공급가스 중의 다른 구성 성분을 소모하는 것보다 아주 빠르기 때문이다.
어떤 주어진 다이버의 대사산소소모량의 비율은 정상적인 상태보다 6배나 그 이상의 비율로 변할 수 있고 활동량에 따라 극심할때는 무려 10배의 차이가 난다.

이런 변동의 차이는 공급되는 가스의 산소비와 호흡하는 가스의 산소비 사이에 영향을 미치게 되는데,

이때 저산소증의 위험성을 줄이기 위해서, 공급되는 가스의 산소 농축도와 순환호흡기에 주입되는 고압가스의 비율은 다이버가 심한 운동 시에도 필요한 양을 유지하는 양을 넘을 만큼 충분히 높아야 한다.

그러다 보니 공급가스의 산소비가 높을수록 낮은 노동부하시에 산소중독의 위험성 때문에 잠수수심의
한계는 더 제한적이 되고 버리고,또 주입되는 가스비가 높기 때문에 주어진 공급가스는 비효율적으로 소모되므로 사용시간도 더 짧아지게 된다. 

그러므로 다이버가 다이빙 중 필요한 산소가 변하지만,

반폐쇄회로식 Rebreather는 이 변화에 맞게 가스가 일정하게 흘러나오는 것을 제어할 수 없으므로 능동식 추가장치의 반폐쇄회로식Rebreather는 다른 종류의 Rebreather와 비교해서 매우 비효율적이다.

반폐쇄회로식Rebreather 장치는 또 다른 방안의 몇 종류의 능동식 산소 추가장치가 필요한데,
능동식 산소 추가장치 구조는 다이버의 대사에 의한 가스 소모량과 더 비슷하게 일치하도록 순환식 호흡장치에 공급가스 비율을 조절하려고 시도한 것이다.
가장 단순한 방법으로 실시한 다이버의 호흡비에 비례해서 가스를 주입하는 것을 조절하는 것이 요점이고 어떤 환경에서도 호흡비 또는 분당환기량(RMV)은 대사량의 비율에 직접적으로 산소소모량에 일치하게 하는 것이다.

따라서 거의 모든 능동식 첨가 장치식 반폐쇄회로 Rebreather는 순환회로에 주입하는 공급 가스비는 다이버의 RMV에 따라 결정된다.

높은 RMV 일때는 더 많은 가스가 주입되고, 낮은 RMV일때는 적은 가스가 주입된다.
이 장치는 다른 노동부하시의 호흡가스 속의 산소량의 불균형에 의한 문제를 감소시키고는 있지만, 아직까지 과잉가스를 정해진 주기마다 배출시켜서 생기는 가스소모에 의한 비효율성은 문제점으로 남아있다.

폐쇄회로식 Rebreather(재호흡기)

JJ 완전 폐쇄식 재호흡기

비록 폐쇄회로식 Rebreather란 용어는 가끔 모든 종류의 Rebreather(재호흡기) 장비로 통용되어 사용되지만, 여기서는 이 용어를 완전폐쇄회로식Rebreather(재호흡기)와 혼합가스 Rebreather(재호흡기) 장비에 한정하기로 한다.

폐쇄회로식Rebreather(재호흡기)도 반폐쇄회로식Rebreather(재호흡기) 장비처럼 혼합가스식 Rebreather(재호흡기)장치이고 대심도 잠수가 가능하게 해준다.
그리고 반폐쇄회로식 Rebreather(재호흡기)와 폐쇄식Rebreather(재호흡기)는 몇 가지 중요한 장치가 기본적으로 차이점이 있다.

첫 번째 차이점은 산소가 순환식 호흡기에 첨가되는 방법이 전혀 다르다.
반폐쇄회로식 Rebreather(재호흡기)는 산소를 다른 가스와 함께 섞어서 주입하지만 폐쇄회로식 Rebreather (재호흡기)는 일반적으로 적어도 두 개의 별도의 가스 공급장치로 구성되어 있다는 것이다.

그 중 한가지는 순산소로 채워져 있는데, 이는 순환호흡기에 다이버가 사용한 산소를 보충해 주기 위한 것이다.
다른 한가지 가스 공급부는 희석부라 불려진다.

희석부는 통상 압축공기나 특수 혼합가스인 나이트록스(질소와 산소의 혼합가스로 압축공기의 정상적인 산소보다 더 높은 산소비),헬리옥스(헬리움과 산소의 혼합가스로 통상의 공기보다 산소가 낮다.), 네옥스(네온과 산소의 혼합가스) 또는 트라이믹스(보통헬리움-질소-산소의 혼합가스)등으로 되어 있다. 
 
희석용 혼합가스는 개방식 스쿱자시스템의 탱크에서 잠수수심에 맞게 직접 호흡할 수 있는 것처럼 충분한 산소를 함유하고 있다.
몇 종류의 Rebreather는 Rebreather 장치가 작동 불능시 긴급 탈출용 가스공급 장치로 희석용 혼합가스를 사용하고 있다.

두 번째로 폐쇄회로식 Rebreather 장치와 반폐쇄회로식 Rebreather 장치의 주된 차이점은 어떻게 두 종류의Rebreather시스템이 순환호흡기 속의 산소의 농축도를 유지하는가 하는 것이다.
거의 모든 반폐쇄회로식 Rebreather는 대개 일정하게 산소비율(FO2)을 다이빙 중 유지하는 반면,실지로 모든 폐쇄회로식 Rebreather는 순환식 호흡기의 산소농축도를 감지하는 몇 종류의 전자식 산소 감지 장치에 의해 산소 농축도를 조절한다.

거의 모든 경우에 폐쇄회로식 Rebreather는 전자식 산소 조절장치가 설치되어 있고,

PO2 설정치 이하로 PO2가 떨어지면 자동으로 산소를 추가해 준다.

물론 전자식 산소 조절장치가 설치가 설치되므로 인해 가격 높아질 수 밖에 없지만..

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테크니컬 다이빙 교육 흐름도

<<수중 로봇 >>

만타드로이드

커다란 지느러미로 우아하게 바닷속을 헤엄치는 만타가오리.

우리나라에서는 쥐가오리로 불리는 이 아름다운 바다 생물의 움직임을 거의 완벽하게 재현한 로봇을 싱가포르 과학자들이 만들어내는 데 성공했다.

4일(현지시간) 로이터통신에 따르면,

싱가포르국립대(NUS) 기계공학과 츄치멩 박사팀이 PVC 시트로 유연성 있는 지느러미를 만들고,

거기에 독자적인 모터를 탑재해 최대 10시간 동안 작동하는 수중 로봇 ‘만타드로이드’를 제작했다.

츄치멩 박사가 만타드로이드를 선보이고 있다.(REUTERS 연합뉴스)

만타드로이드는 길이 35㎝, 너비 63㎝, 무게 0.7㎏의 제원으로,

실제 가오리처럼 납작한 몸체에 가슴지느러미, 그리고 두 개의 후방 방향타가 탑재돼 있다.

츄 박사는 만타드로이드의 유연성 있는 지느러미 덕분에 초당 7분의 1초 속도로 움직여 1초에 약 70㎝를 헤엄칠 수 있으며, 최대 10시간 동안 작동할 수 있다고 설명했다.

연구팀은 지난 몇 년 동안 다양한 소재와 디자인으로 지느러미 40가지를 만들어낸 끝에 이번 만타드로이드를 개발해낼 수 있었다.

앞으로 연구팀은 실제 바다에서 만타드로이드를 테스트해 지느러미 메커니즘에 더 많은 움직임을 활용할 계획이다.

또한 이들은 두 배 더 큰 로봇도 개발하고 있다고 한다.

만타가오리는 자연계에서도 가장 우아하고 효율적으로 물속을 헤엄치는 생물체로 여겨진다.

이들은 수월하게 움직이기 위해 자신의 가슴지느러미를 펄럭거리며, 거친 바다에서 조차 유영해 나가는 독특한 추진 방식을 갖추고 있어 오래 전부터 과학자들의 관심을 끌었다.

이른바 생체모방형 이동(bio-locomotion)은 약 30년 동안 연구돼 왔다고 미국 리하이대학의 키스 무어드 기계공학·역학 조교수는 설명한다.

하지만 츄 박사의 만타드로이드와 같이 유연성 있는 지느러미를 만들어 생체모방 로봇 지느러미 주변의 유체 흐름과 유체와 구조 사이의 상호작용을 이해하는 데는 여전히 많은 연구가 필요하다고 무어드 조교수는 덧붙였다.

만타드로이드와 같은 로봇은 군의 정찰 목적 외에도 수중 지도 작성과 해저 조사에 도움이 될 것으로 보인다.

사진=NUSLife/유튜브(aosREUTERS 연합뉴스)

[서울신문 나우뉴스] 윤태희 기자

잠수함 필라델피아 호에서 침투용 잠수정 훈련 중인 네이비실 요원들.

/미 해군 제공

한미 연합훈련차 부산항에 입항했던 미 핵추진 잠수함 미시간함 위에 드라이덱셸터(DDS·격납고)로 추정되는 시설물(표시된 부분)이 드러난 부분이 특수 작전용 참수함이 탑재된 곳이다.

/미 해군 제공