본 연구의 목적은 개방회로 공기스쿠버와 표면공급 잠수체계의 제한사항을 개선하기 위해 테크니컬 잠수기술을 적용하는 방안을 제시하여 한국 해군의 해난구조 활동 효율성 향상에 도움이 되는 기초자료를 제공하기 위함이다. 연구방법으로는 기존의 개방회로 공기 스쿠버의 제한사항을 개선하기 위하여 테크니컬 잠수기술을 이론적으로 고찰하고 개방회로 공기 잠수와 나이트록스(Nitrox) 잠수, 재호흡기(Rebreather) 간 가용심도, 무감압 한계시간, 수중 체류 가능시간, 감압의 효율성 등을 미 해군 등 공신력 있는 기관의 기준에 따라 비교 분석하였다. 그 결과 보다 적합한 테크니컬 잠수기술의 도입 방안이 도출되었다. 본 연구의 결과는 일련의 제한사항이 따르나 장비도입 및 교육 등 그 적용에 따라 감압절차 및 해난구조 활동의 효율성 향상에 기여할 할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구의 목적은 개방회로 공기스쿠버와 표면공급 잠수체계의 제한사항을 개선하기 위해 테크니컬 잠수기술을 적용하는 방안을 제시하여 한국 해군의 해난구조 활동 효율성 향상에 도움이 되는 기초자료를 제공하기 위함이다. 연구방법으로는 기존의 개방회로 공기 스쿠버의 제한사항을 개선하기 위하여 테크니컬 잠수기술을 이론적으로 고찰하고 개방회로 공기 잠수와 나이트록스(Nitrox) 잠수, 재호흡기(Rebreather) 간 가용심도, 무감압 한계시간, 수중 체류 가능시간, 감압의 효율성 등을 미 해군 등 공신력 있는 기관의 기준에 따라 비교 분석하였다. 그 결과 보다 적합한 테크니컬 잠수기술의 도입 방안이 도출되었다. 본 연구의 결과는 일련의 제한사항이 따르나 장비도입 및 교육 등 그 적용에 따라 감압절차 및 해난구조 활동의 효율성 향상에 기여할 할 수 있을 것으로 판단된다.
This study suggests the improvement of ROK Navy salvage and rescue diving system. ROK Navy system experiences characteristic restrictions for the environmental loading. These restrictions are known to deteriorate the efficiency of Navy salvage and rescue diving activity. In this study, the measureme...
This study suggests the improvement of ROK Navy salvage and rescue diving system. ROK Navy system experiences characteristic restrictions for the environmental loading. These restrictions are known to deteriorate the efficiency of Navy salvage and rescue diving activity. In this study, the measurements were suggested to improve the efficiency. To achieve the goal, a comprehensive analysis is conducted using the published data including those of USN, NOAA and IANTD. Based on the analysis, suggestions were made. The technical diving techniques may be introduced to improve current ROK Navy diving system in limited areas. By adopting that technique, decompression procedures and underwater operation can be improved.
This study suggests the improvement of ROK Navy salvage and rescue diving system. ROK Navy system experiences characteristic restrictions for the environmental loading. These restrictions are known to deteriorate the efficiency of Navy salvage and rescue diving activity. In this study, the measurements were suggested to improve the efficiency. To achieve the goal, a comprehensive analysis is conducted using the published data including those of USN, NOAA and IANTD. Based on the analysis, suggestions were made. The technical diving techniques may be introduced to improve current ROK Navy diving system in limited areas. By adopting that technique, decompression procedures and underwater operation can be improved.
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문제 정의
개방회로 공기 스쿠버에 대한 테크니컬 잠수의 효율성을 판단하기 위해 본 연구에서는 개방회로 공기 스쿠버와 테크니컬 잠수 간 가용 잠수심도, 무감압 한계시간, 수중 체류 가능시간, 감압의 효율성에 대해 기존의 연구자료를 정리하여 비교, 분석하는 방법을 통해 알아보았다.
본 연구에서는 민간 잠수단체에서 시행되고 있는 테크니컬 잠수기술에 대하여 기존의 연구결과를 정리함으로써 해군 구조잠수 관점에서 그 활용 가능성과 장·단점을 분석하였다. 그리고 나이트록스 잠수체계와 재호흡기 잠수체계의 도입 방안을 제시 하였다.
본 연구에서는 이러한 제한사항을 극복하기 위한 방안으로 기존의 해군 잠수체계에 테크니컬 잠수기술을 도입할 것을 제안하였다. 제안의 타당성을 제시하기 위해 개방회로 공기 잠수와 나이트록스 잠수, 재호흡기 간 가용 잠수심도, 무감압 한계 시간, 수중 체류 가능시간, 감압의 효율성을 비교, 분석하였다.
제안 방법
감압 테이블은 미 해군 잠수 매뉴얼을 적용하였으며, 나이트록스 잠수는 등가 공기 수심 계산을 통해 해당되는 수심의 공기 감압 테이블을 적용하였다. 재호흡기 잠수는 질소와 헬륨을 희석기체로 각각 사용하는 고정 산소분압 0.
감압의 효율성은 각 잠수체계가 동일한 수심과 해저체류시간에 노출되었을 시 감압시간에 관한 기존 연구 자료를 비교, 분석함으로써 평가하였다. 이를 위해 수심을 100 ft에서 190 ft까지 10 ft 단위로 구분하고, 해당 수심에서의 해저 체류시간은 20분에서 50분까지 10분 단위로 구분하였다.
본 연구에서는 민간 잠수단체에서 시행되고 있는 테크니컬 잠수기술에 대하여 기존의 연구결과를 정리함으로써 해군 구조잠수 관점에서 그 활용 가능성과 장·단점을 분석하였다. 그리고 나이트록스 잠수체계와 재호흡기 잠수체계의 도입 방안을 제시 하였다. 향후 잠수수심과 활용용도에 따라 이를 해군 해난구조 활동에 적용한다면 잠수체계 선택의 폭이 확대됨과 동시에 해난구조 활동에서 전반적인 효율성을 극대화할 수 있을 것으로 판단된다.
나이트록스 잠수는 각 수심별로 허용 산소분압 1.6 ata를 초과하지 않는 최대 산소비율을 선택, 해당 수심에 대한 등가 공기 수심(EAD, Equivalent Air Depth)을 산출하여 미 해군 테이블에서의 무감압 한계시간을 산출하였다. 재호흡기는 희석기체로 질소를 사용하는 경우와 헬륨을 사용하는 경우로 구분하였다.
무감압 한계시간은 각 잠수체계별로 100-200 ft까지의 수심에 대해 10 ft 단위로 비교하였다. 비교 시 사용한 감압 테이블은 해군에서 준용하고 있는 미 해군 감압 테이블(Rev.
RMV는 크게 휴식, 경작업, 보통의 작업, 중작업, 아주 힘든 중작업 등 5가지 기준으로 분류되고 인체의 신진대사에 필요한 분당 산소 소모량과 비례한다[9]. 본 연구에서는 미 해군 연구결과를 근거로 1 kts의 속도로 수영할때 요구되는 분당 호흡률(1.5 ACFM)과 산소 소모량(0.052 SCFM)을 적용하여 미 해군 해상체계사령부(NAVSEA) 군사표준(MIL-STD) steel 72형 실린더를 사용할 시 수중 체류 가능시간을 수식에 따라 계산하였다.
무감압 한계시간은 각 잠수체계별로 100-200 ft까지의 수심에 대해 10 ft 단위로 비교하였다. 비교 시 사용한 감압 테이블은 해군에서 준용하고 있는 미 해군 감압 테이블(Rev. 6)[9]을 적용하였다.
재호흡기와 같은 폐쇄회로 잠수체계의 호흡기체 사용 지속시간은 개방회로 잠수체계와 달리 해당 수심(압력)의 영향을 받지 않으므로 인체 신진대사에 필요한 산소 소모량과 수온차에 따른 압력 변화의 영향을 고려하여야 한다. 수온의 연직분포는 계절에 따라 다양하게 변화하므로 고정된 값은 아니지만, 비교의 유의성을 향상시키기 위해 수심별 수온변화가 상대적으로 큰 동해의 8월 기준 수온 연직분포를 적용하였다[11].
앞 장에서 개방회로 공기 스쿠버와 테크니컬 잠수 간 가용 잠수심도, 무감압 한계시간, 수중 체류 가능시간, 감압의 효율성을 비교, 분석하였다. 이들을 종합하여 볼 때 테크니컬 잠수기술 적용을 통해 해난구조 활동 효율성을 극대화하기 위해서는 각 체계별 장점과 단점을 분석하여 수심별로 구분 운용할 필요가 있다.
감압의 효율성은 각 잠수체계가 동일한 수심과 해저체류시간에 노출되었을 시 감압시간에 관한 기존 연구 자료를 비교, 분석함으로써 평가하였다. 이를 위해 수심을 100 ft에서 190 ft까지 10 ft 단위로 구분하고, 해당 수심에서의 해저 체류시간은 20분에서 50분까지 10분 단위로 구분하였다.
본 연구에서는 이러한 제한사항을 극복하기 위한 방안으로 기존의 해군 잠수체계에 테크니컬 잠수기술을 도입할 것을 제안하였다. 제안의 타당성을 제시하기 위해 개방회로 공기 잠수와 나이트록스 잠수, 재호흡기 간 가용 잠수심도, 무감압 한계 시간, 수중 체류 가능시간, 감압의 효율성을 비교, 분석하였다.
테크니컬 잠수의 개념적 정의는 “공기가 아닌 특수한 혼합기체의 호흡과 수중 기술을 통해 활동 수심과 체류시간을 증대시키는 스쿠버 형태의 잠수”인데[6], 본 연구에서는 주로 개방회로 나이트록스 잠수 및 재호흡기 잠수기술 적용을 중심으로 고려하였다.
따라서 가용 잠수심도를 고정된 불변의 법칙으로 적용할 수는 없다. 하지만 분석을 위해 고정된 기준치가 있어야 하므로 잠수를 수행하는 공신력 있는 조직의 한계수심 규정을 조사하였다. 대상 조직은 미 해군[9]과 미 해양대기청(NOAA) [7] 및 테크니컬 잠수 교육단체인 IANTD (International Association of Nitrox and Technical Divers) [10]의 3개이다.
휴대하고 있는 호흡기체로 수중에서 체류 가능한 시간을 측정하기 위해서는 육상에서 개인별로 호흡률을 측정 후, 압력이 증가하는 해당 심도에서 미리 측정된 호흡률을 기준으로 기체 운용 효율을 판단해야 하나 개인별 호흡률이 상이하여 신체 활동량에 따른 분당 호흡률인 RMV(Respiratory Minute Volume)와 신진대사에 필요한 산소 소모량을 적용하여 계산하였다. RMV는 크게 휴식, 경작업, 보통의 작업, 중작업, 아주 힘든 중작업 등 5가지 기준으로 분류되고 인체의 신진대사에 필요한 분당 산소 소모량과 비례한다[9].
대상 데이터
하지만 분석을 위해 고정된 기준치가 있어야 하므로 잠수를 수행하는 공신력 있는 조직의 한계수심 규정을 조사하였다. 대상 조직은 미 해군[9]과 미 해양대기청(NOAA) [7] 및 테크니컬 잠수 교육단체인 IANTD (International Association of Nitrox and Technical Divers) [10]의 3개이다.
성능/효과
140 ft 이내에서 나이트록스 잠수는 개방회로 공기 스쿠버에 비해 평균적으로 약 6.3배의 감압 효율성을 보였다. 그러나 150 ft 이상의 수심에서는 유의한 차이를 보이지 않으며 160 ft 이상에서는 개방회로 공기 스쿠버와 동일한 감압시간이 요구되었다.
감압 효율성을 분석한 결과, 140 ft 이내 수심에서 나이트록스 잠수는 개방회로 공기 스쿠버에 비해 대단히 우수한 감압 효율성을 나타내었다. 특히, 나이트록스 잠수로 100 ft에서 50분 해저 체류 시 감압시간이 2분인 것에 비해 개방회로 공기 스쿠버의 감압시간은 47분이 소요된다.
3 ata를 유지하는 재호흡기는 개방회로 공기 스쿠버에 비해 유의한 차이를 보였다. 나이트록스 잠수에 비해서는 감압 효율이 낮으나 개방회로 공기 스쿠버에 비해서는 평균적으로 약 2.16배가 높았다.
나이트록스와 재호흡기 잠수가 모두 일반 공기에 비해 무감압 하 최대 체류 가능시간은 더 길지만, 100 ft에서의 나이트록스 잠수를 제외하고는 모두 10분 이내의 증가율을 나타내는 등 개방회로 공기 잠수에 비해 유의한 차이를 나타내지는 않았다.
또한, 깊은 수심에서 불활성 기체 마취의 위험이 없으므로 심해잠수 작전에 적합한 체계이다. 또한, 스쿠버 형식으로 현용 해군의 표면공급 잠수체계와 비교 시 대단히 간편하고 수중 기동성 증대가 가능하다.
먼저, 130 ft(약 40 m) 이내 수심에서는 나이트록스 잠수를 우선적으로 적용, 운용해야 한다. 전술한 분석 결과와 같이 나이트록스 잠수는 130 ft 이내의 수심에서 개방회로 공기 스쿠버에 비해 무감압 하 수중 체류 가능시간이 극대화되고, 장시간 수중 체류 시 감압시간의 극적인 감소가 가능하다. 그것은 개방회로 공기 잠수에 비해 나이트록스의 높은 산소 비율은 적절한 기준 내에서 불활성 기체의 체내 흡수를 최소화 할 수 있기 때문이다.
후속연구
해군의 구조 작전은 다수의 경우가 직립 또는 그와 유사한 자세로 임무를 수행하므로 호흡낭의 앞, 뒤 위치는 그렇게 중요하지 않으며 폐와 동일한 높이에 장착이 되어 있을 경우, 호흡저항은 큰 문제가 되지 않을 것으로 판단된다. 다만, 구조작전의 특성상 수중 장애물에 의해 호흡낭이 파손될 우려가 있으므로 단단한 케이스에 덮여져 있는 형태의 재호흡기가 적용되어야 할 것이다.
재호흡기 내부에 장착되어 있는 이산화탄소 여과제가 제대로 이산화탄소를 여과할 수 있는지를 확인할 수 있는 시스템이 현재 연구 중이나 아직까지 성공한 결과는 없었다고 보고되고 있다[10]. 따라서 해군 해난구조작전에 재호흡기를 적용할 경우 이산화탄소 누적으로 인한 신체적 부작용을 방지하기 위해 중작업에 사용하지 않고 경작업과 탐색, 최초 심해 대응 등의 용도로 활용해야 할 것이다.
그리고 나이트록스 잠수체계와 재호흡기 잠수체계의 도입 방안을 제시 하였다. 향후 잠수수심과 활용용도에 따라 이를 해군 해난구조 활동에 적용한다면 잠수체계 선택의 폭이 확대됨과 동시에 해난구조 활동에서 전반적인 효율성을 극대화할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
개방회로 공기 스쿠버의 특징은?
대한민국 해군은 해난구조 활동을 수행하기 위한 잠수체계로서 개방회로 공기 스쿠버와 표면공급 잠수를 운용하고 있다[1]. 개방회로 공기 스쿠버는 기동성과 간편성으로 인해 주로 천해 수중탐사와 경작업 용도로 사용되며 130 ft(약 40 m) 이상 심해에서의 중작업이 필요한 경우 모함으로부터의 지속적인 호흡기체 공급과 철저한 안전관리가 가능한 표면공급 잠수를 실시하고 있다.
2010년, 개방회로 공기 스쿠버의 제한사항이 부각되게 된 계기는 무엇인가?
그러나 2010년 천안함 구조작전 시 개방회로 공기 스쿠버의 제한사항이 또다시 부각되었다. 당시 천안함 함미 선체가 위치하던 수심은 개방회로 공기 스쿠버의 잠수 한계수심인 130 ft를 초과하였다.
대한민국 해군이 해난구조 활동을 수행하기 위한 잠수체계로서 운용하고 있는 것은?
대한민국 해군은 해난구조 활동을 수행하기 위한 잠수체계로서 개방회로 공기 스쿠버와 표면공급 잠수를 운용하고 있다[1]. 개방회로 공기 스쿠버는 기동성과 간편성으로 인해 주로 천해 수중탐사와 경작업 용도로 사용되며 130 ft(약 40 m) 이상 심해에서의 중작업이 필요한 경우 모함으로부터의 지속적인 호흡기체 공급과 철저한 안전관리가 가능한 표면공급 잠수를 실시하고 있다.
참고문헌 (12)
ROK Navy, Salvage Operation, Navy Headquarters, Korea Armed Forces Printing & Publishing Department, 2010 (in Korean).
S. Y. Kang, "A study on the diving standards for underwater work in hostile environment", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 34, no. 5, pp. 735-742, 2010 (in Korean).
B. Fowler, K. N. Ackles, and G. Portlier, "Effect of inert gas narcosis on behavior", Undersea Biomedical research, vol. 13, pp. 369-402, 1985.
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B. R. Wienkie, Basic Decompression Theory and Application, Best Publishing Company, USA, 2003.
T. H. Kim, A Study on the Improvement of ROK Navy Salvage and Rescue Activity Using Technical Diving Technique and a Small Platform, Master thesis, Korea Maritime University, 2012 (in Korean).
NOAA, NOAA Diving Manual, Best Publishing Company, USA, 2002.
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T. Mount, D. Sawatzky, and J. Hess, Tek Closed Circuit Rebreather, International Association of Nitrox & Technical Diving, USA, 2010.
Korea Hydrographic & Oceanographic Administration, http://www.khoa.go.kr, Accessed August 12, 2012.
USN, Technical manual no. 01-94, Naval Experimental Diving Unit, USA, 2001.
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