다이빙 벨

다이빙 벨

* 한 인터넷 사이트의 내용을 옮겨봅니다. 이런 측면에 대해서는 한국의 어느 언론도 믿지 않기 때문에 나 자신을 계몽하기 위해 해외 사이트를 찾아보았습니다. 영어 위키에도 설명이 나와있습니다. 옮긴이가 이 분야의 전문가가 아니기 때문에 전문적인 세부에 대해 용어 등이 틀릴 수 있습니다. -- 옮긴이

 

http://www.madehow.com/Volume-7/Diving-Bell.html

 

배경

 

수중건설이나 구조를 행하는 민간잠수사들(commercial divers)은 종종 물밑의 특정 장소로의 수송을 위해서 다이빙 벨을 사용한다. 다이빙 벨―이는 유인이동캡슐Personal Transfer Capsule, PTC로도 알려져 있다―과 기압챔버(a pressure chamber)의 사용은 잠수사가 수중에서 안전하게 머물 수 있는 시간을 늘려준다. 다이빙 벨은 일찍이 기원전 4세기에 고대 그리스의 철학자 아리스토텔레스가 관찰했다고 알려져 있다. 더 세련된 다이빙 벨은 17세기에 고안되었다. 현대의 민간잠수용 다이빙 벨들은 2차 대전 이후에 해양 석유산업이 발흥하면서 개발되었다.

 

민간잠수(commercial diving)(수당을 받고 하는 잠수)는 두 유형으로 나뉜다. 하나는 수면지향 잠수(surface-oriented diving)이고 다른 하나는 포화 잠수(saturation diving)이다. 수면지향 잠수에서 잠수사들은 헬멧을 쓰고 육지 혹은 배, 바지선, 플랫폼에 있는 호흡장치에 연결된 상태로 수중에서 작업한다. 보통 잠수사들은 짝을 지어 작업하는데, 한 사람은 수중에 있고, 다른 사람은 수면에서 호스와 장비를 돌본다. 수면지향 잠수사들은 최대 수심 300피트(91.5미터)의 깊이에서 안전하게 작업할 수 있다. 그러나 잠수사들은 수중에서 제한된 시간 동안만 있을 수 있다. 수압의 효과로 인해 감압병(decompression sickness)이 발생할 수 있다. 압력을 받으면 질소가 잠수사의 신체조직에 모이고 동맥과 정맥을 막게 된다. 만일 잠수사가 너무 빨리 수면에 오르면 질소가 세포에 거품을 형성한다. 마치 사이다 병을 따면 거품이 이는 것과 마찬가지이다. 신체조직에 존재하는 기체 거품은 고통, 마비, 심지어는 사망을 가져온다. 심해 잠수 이후에 잠수사는 천천히 감압하면서 느릿하게 수면기압으로 돌아와야 감압병을 피할 수 있다. 감압시간은 잠수의 깊이와 지속시간에 비례한다. 한 시간만 심해잠수를 했는데도 감압시간은 며칠이 걸릴 수도 있다. 수면지향 잠수는 작은 일(작업)들에만 실효가 있다.(only practical for small jobs).

 

둘째 유형의 민간잠수인 포화 잠수는 대규모 건설기획에 더 유용하다. 포화 잠수에서 잠수사들은 다이빙 벨에 부착된, 기압이 조정된 챔버(a pressurized chamber)를 사용한다. 이는 때로 심해잠수체계(a Deep Diving System, DDS)라고 불린다. 챔버와 벨은 배에 싣고 출발한다. 잠수사 팀이 챔버에 탑승하며 그 다음에 기계를 사용하여 기압을 조정함으로써 계획된 잠수 수심의 환경에 유사하게 만든다. 챔버는 침대, 샤워, 가구가 구비된 완벽한 생활환경(a complete living environment)이며 수 주 동안 잠수사 팀을 머물게 할 수 있다. 잠수사들이 환경에 익숙해지면, 챔버를 떠나서 연결통로를 통해 다이빙 벨에 들어가며 다이빙 벨 또한 기압이 조정된다. 크레인이 벨을 배에서 들어 수중의 장소로 내려놓는다. 목적한 장소에 이르면 잠수사 한 사람이 잠수복을 입고 헬멧을 쓰고 벨을 떠나서 작업을 시작한다. 다른 잠수사는 벨 내에 남아 작업 중인 잠수사의 호스와 장비를 돌본다. 두 시간 정도의 시간이 지나면 서로 교대한다. 벨에서 왔다갔다 작업을 하면 잠수사는 수중에서 8시간을 있을 수 있다. 그런 다음에 벨에 들어가 다시 수면으로 수송되어 기압챔버에 들어가며 다음 팀과 교대한다. 작업 전체가 완료되면 잠수팀은 기압챔버에서 감압한다. 비록 여러 번 잠수했지만, 잠수팀은 단 한 번의 감압을 하면 되는 것이다.

 

 

역사

 

두레박을 위쪽을 아래로 해서 물에 수직으로 넣으면 그 안에 공기가 갇힌다. 아리스토텔레스는 잠수사들이 물속에서 숨을 쉬기 위해 공기를 채운 큰 솥을 사용하는 것에 대해 언급했다. 알렉산더 대왕은 기원전 332년에 다이빙 벨―흰 유리통이라고 알려져 있다―속에 들어가서 바다로 나아갔다고 말해진다. 그는 심해 수중에서 여러 날 머물렀다고 말해진다. 물론 그럴 가능성은 없지만 말이다. 중세에 다이빙 벨에 관한 몇몇 언급들이 있다. 1531년에 이탈리아인 굴리에모 데 로레나(Guglielmo de Lorena)가 작동 가능한 다이빙 벨을 만들어서 침몰한 고대 로마 선박들을 호수의 바닥에서 건져 올리는 데 사용했다. 다른 벨들이 발명되어 유럽의 여러 곳들에서 사용되었는데, 주로 보물을 건지기 위한 것이었다. 현대 다이빙 벨의 선구자격인 것이 영국인 에드먼드 핼리(Edmund Halley)에 의해 발명되었는데, 핼리는 그의 이름을 딴 혜성 때문에 가장 잘 알려져 있다. 1690년에 핼리는, 수중에서 신선한 공기를 공급하기 위해 가죽튜브와 납으로 라이닝을 한 원통들(lead-lined barrels)을 사용한 다이빙 벨을 만들었다. 그의 벨은 나무로 된, 한 쪽이 열린 원추 모양의 것이며, 납추를 사용하고, 유리로 되어 내다볼 수 있는 현창(舷窓)을 갖추었다. 안쪽에는 잠수사들이 머물 수 있는 플랫폼이 있고 추를 단 원통들이 있었다. 원통들은 잠수사가 벨 안으로 잡아당기면 아래로부터 작용하는 수압이 원통들로 하여금 신선한 공기를 벨 안으로 방출하도록 하게끔 고정되어 있었다. 수면의 조력자들이 통에 신선한 공기를 채웠다. 핼리와 잠수사 팀은 벨을 사용하여 약 60피트(18.3미터)의 깊이에서 한 시간 30분 동안 머물러 있는 데 성공했다.

 

다른 이들이 핼리의 성과를 따랐다. 그러나 디자인은 1788년까지 그다지 두드러지게 개선되지 않았다. 1788년에 스코틀랜드의 엔지니어인 존 스미턴(John Smeaton)이 신선한 공기를 주입하게 위해서 지붕에 펌프를 사용한 다이빙 벨을 만들었다. 스미턴의 벨은 수중 교량 수리를 하는 잠수사들에 의해 사용되었다. 19세기에 다양한 잠수 장비들이 발명되었으며, 수면에서의 공기공급기에 호스로 연결되는, 작동 가능한 잠수 헬멧을 발명하기에 이르렀다. 이 장비는 힘해의 수압을 견뎌내기 위해서 수백 파운드의 금속으로 만들어졌기에 무겁고 부피가 큰 경향이 있었다. 터널과 교향 작업을 하는 사람들은 거대한 주조된 철 벨이나 ‘잠함’(潛函, caisson‘이라고 불리는 승강기 같은 챔버들을 타고 물속으로 들어갔다. 수압의 위험에 대해서는 알려진 것이 거의 없기 때문에 작업자들 가운데 다수가 병이 나고 ‘잠함병’(caisson sickness)이라고 불리는 것으로 사망했다. 이는 지금은 감압병(decompression sickness)이라고 알려져 있다. 

미래의 민간 잠수의 토대는 2차 대전 이후에 놓여졌다. 스위스의 잠수사 한네스 켈러(Hannes Keller)는 1962년에 다이빙 벨을 사용하여 984피트(300미터)의 수심에 도달했다. 그의 벨은 그의 잠수 장소보다 조금 더 높은 수압에 맞추어져 있었다. 켈러는 벨에 있는 기계에 부착된 호스를 통해 헬륨과 산소가 혼합된 기체로 숨을 쉬었다. 그는 다이빙 벨이 심해 잠수사에게 귀중한 중간대기소(a valuable way-station)가 될 수 있음을 보여주었다. 이 대기소는 숨을 쉴 수 있는 기체만이 아니라 전기, 소통장치 잠수복을 데울 더운 물을 제공해줄 수 있었다.

 

포화 잠수는 미 해군 메디컬센터장인 조지 본드 박사(Dr. George Bond)에 의해 1960년대 중반에 가능하게 되었다. 그의 실험은 잠수사의 신체조직이 일정 시간 수압에 노출되면 질소로 포화된다는 것을 보여주었다. 포화점에 도달한 이후에는 잠수의 지속시간이 중요하지 않다. 잠수사는 수압을 받으며 몇 주나 몇 달 동안이라고 있을 수 있다. 잠수사가 포화점에서 한 시간을 머물렀든 한 주를 머물렀든 감압에 필요한 시간은 동일하다. 본드 박사의 실험은 심해잠수체계(Deep Diving System)의 발전을 낳았다. 이 장비들은 심해의 석유시추 플랫폼이 번성했던 1970년대와 1980년대에 석유산업에 종사하는 작업자들에 의해 자주 사용되었다. 

배시스피어(the bathysphere)와 배시스캪(the bathyscaph)

 

배시스피어와 배시스캪은 중요한 현대의 다이빙 벨이다. 이 벨들은 과학적 관찰을 위해 만들어진 심해 잠수선이다. 배시스피어는 미국 동물학자인 비브(William Beebe)와 엔지니어인 바튼(Otis Barton)이 1930년에 만들었다. 비브는 수중의 삶에 매료되어 다이빙 기계를 구상했으며 바튼이 그것을 설계할 수 있었다. 바튼의 생각은, 방을 완전히 둥그렇게 만들어서 수압을 고르게 분산시킬 수 있게 하는 것이었다. 이 벨은 두께가 1인치(2,5센티)가 조금 넘는 반경4.75피트(1.5미터)의 주조된 강철로 제작되었다. 배시스피어는 무게가 5,400파운드(2449킬로그램)나 나갔는데 크레인으로 들어올리기에 너무 무거울 정도였다. 비브와 바튼은 바뮤다 연안에서 배시스피어를 타고 여러 번 잠수했으며, 1932년에 수심 300피트(900미터)에 도달했다. 스피어(벨)의 큰 강도(强度)로 인해서 잠수사들이 수압으로부터 보호되었다. 그러나 배시스피어는 다루기가 힘들고 잠재적으로 위험하다고 판명되었다. 이는 1934년에 폐기되었다.

 

10년 뒤에 스위스의 삐까르드 부자(Auguste and Jacques Piccard)가 배시스캪이라고 불리는 유사한 기계를 설계했다. 배시스캪은 배시스캪은 배시스피어처럼 수압의 영향을 구 모양의 무거운 강철 챔버로 견뎌낸다. 챔버는 가솔린을 채운 크고 가벼운 컨테이너 아래 달려있다. 공기밸브를 열면 배시스캪이 부력을 잃고 자기 무게로 해저로 가라앉는다. 다시 올라오려면 운전자가 쇠 밸러스트(iron ballast)를 방출하여 벨이 서서히 상승하도록 한다. 첫 번째 배시스캪은 1946년에 지였으며 1948년에 복구가 불가능한 손상을 입었다. 개선된 기계가 1954년에 수심13,000피트(4000미터)까지 내려갔다. 삐까르드 부자는 1953년에 트리스트(Trieste)라고 불리는 배시스캪을 하나 더 만들었다. 미 해군이 1958년에 트르스트를 구입했다. 자끄(아들)와 해군 대위 도널드 월쉬(Donald Walsh)는 1960년 태평양의 마리애너 트렌치(Mariana Trench)에서 수심 35,810피트(10,916미터)에 도달하는 기록을 세웠다.

[*  재료, 설계, 제작과정, 품질통제에 관한 부분은 매우 전문적이므로 생략.]

 

미래

 

미 해군 또한 자신들이 사용할 다양한 잠수장비를 테스트한다. 미 해군은 기존의 장비를 테스트하고 첨단의 다이빙기술을 시험해보는 실험잠수단(Experimental Diving Unit)을 운영한다. 실험잠수단은 잠수의 생리적 효과를 조사할 의사들과 연구자들을 고용한다. 이 연구의 일부가 민간잠수사들에게 영향을 미치는 규제들을 낳을 수 있고, 이는 다시 다이빙 벨 및 기타 장치들에 적용되는 안전절차들과 품질통제테스트를 수립하게 만들 수 있다.

 

민간잠수사들은 매일 기압챔버와 심해지역 사이의 이동을 위해 다이빙 벨에 의존한다. 포화 잠수의 발전은 이렇게 방대한 수중작업을 수행하는 훨씬 더 효율적인 방식을 낳았다. 잠수사들은 작업의 끝에 한 번만 감압을 하면 되기 때문이다. 그런데 일부 최근의 연구는 감압을 하나도 필요 없게 만드는 방식을 연구하고 있다. 일부 연구자들은 잠수사들이 인공아가미를 장착하여 직접 물에서 산소로 숨을 쉴 가능성을 연구해왔다. 또 다른 가능한 새 기술은 액화호흡이라고 불린다. 만일 심해의 기압에서도 폐가 산소를 담은 액체로 차면 이론적으로는 폐가 계속 기능할 수 있다. 가설적으로, 스쿠버다이버는 휴대용 탱크로부터 산소를 섞은 액체 탄화플루오르(xygenated liquid fluorocarbon)로 숨을 쉴 수 있다. 그러면 잠수사는 기압챔버나 다이빙 벨을 사용하지 않고도 더 깊이 잠수할 수 있을 것이다. 또 다른 연구의 방향은 이른바 생물학적 감압이다. 신체에 있는 특수한 박테리아를 사용하여 세포조직에 갇혀 감압병을 유발할 수 있는 기체들을 신진대사로 날려버릴 수 있다는 것이다. 이는 기압챔버에서의 감압을 불필요하게 만들 것이다. 만일 이 기술 가운데 어느 것이라도 민간잠부수들에게 쓰일 수 있게 되면, 기존의 기압챔버 및 다이빙 벨 시스템은 바뀌게 될 것이다. [그러니까 현재로서는 민간잠부수부의 심해 작업에서 다이빙 벨과 기압챔버의 사용이 필수적이라는 말이군요—옮긴이)

 

참고서적 등

서적

Beebe, William. Half Mile Down. New York: Dull, Sloan and Pearce, 1951.

Parker, Torrance R. 20,000 Jobs Under the Sea: A History of Diving and Underwater Engineering. Palos Verdes Peninsula, CA: Sub-Sea Archives, 1997.

Piccard, Jacques, and Robert S. Dietz. Seven Miles Down: The Story of the Bathyscaph Trieste. New York: G. P. Putnam's Sons, 1961.

정기간행물

Bachrach, Arthur J. "The History of the Diving Bell." Historical Diving Times (Spring 1998).

기타

Diving Heritage Page. June 2001. < http://www.divingheritage.com >.

Angela Woodward