에어록

3. 작동 원리

어느 문을 열기 전에, 에어록 챔버의 공기 압력은 다음 문 너머의 환경과 평형화된다.^[1] 점진적인 압력 변화는 공기 온도 변동을 최소화하여 김 서림 및 결로를 줄이고, 공기 밀봉에 가해지는 스트레스를 감소시키며, 중요한 장비의 안전 확인을 가능하게 한다.^[1]

압력복을 착용하지 않은 사람이 압력이 크게 다른 환경 사이를 이동할 때, 에어록은 내부 공기 공간의 평형화를 돕고 감압병을 예방하기 위해 압력을 천천히 변경한다.^[1] 이는 수중 다이빙에서 매우 중요하며, 다이버 또는 압축 공기 작업자는 감압 절차에 따라 에어록에서 몇 시간 동안 대기해야 할 수 있다.^[1] 이와 유사한 배열은 기밀 청정 공간, 오염된 공간 또는 호흡 불가능한 대기에 접근하는 데 사용될 수 있으며, 반드시 압력 차이를 포함하지 않을 수 있다. 이러한 경우, 압력 변화 절차 대신 제염 절차 및 세척이 사용된다.^[1]

에어록 내부(문 사이의 공간)의 기압은 다음 문을 열기 전에 반대편 환경의 기압과 같아지도록 조정된다.^[2] 천천히 압력을 변화시키면 기온 변동이 최소화되어 (보일의 법칙 참조) 안개나 응축 발생을 억제할 수 있으며, 기밀재에 대한 응력 변화가 완만해지고, 내압복이나 우주복에서의 작업 안전을 확인할 수 있다.^[2] 스쿠버 다이버처럼 특별히 보호받지 않는 인간에게 가해지는 압력이 변화하는 상황에서는 체내 공극의 압력을 동일하게 유지하거나 감압병을 방지하기 위해 압력을 천천히 변화시키는 것이 중요하다.^[2]

4. 다양한 환경에서의 활용

에어록은 압력이 크게 다른 환경 사이를 이동할 때, 감압병을 예방하고 공기 온도 변동을 최소화하기 위해 압력을 천천히 변경한다. 이는 수중 다이빙에서 매우 중요하며, 다이버나 압축 공기 작업자는 감압 절차에 따라 에어록에서 몇 시간 동안 대기해야 할 수 있다. 이와 유사한 배열은 기밀 청정 공간, 오염된 공간 또는 호흡 불가능한 대기에 접근하는 데 사용될 수 있으며, 반드시 압력 차이를 포함하지 않을 수 있다. 이러한 경우, 압력 변화 절차 대신 제염 절차 및 세척이 사용된다.

우주 비행사가 우주선 내부와 진공에 가까운 선외를 출입할 때도 에어록이 사용된다. 세계 최초의 우주용 에어록은 1965년 3월에 발사된 보스호드 2호에 일회용으로 장착되었다. 미국은 스카이랩, 우주 왕복선에 에어록을 장착했지만, 그 이전의 유인 우주선은 기체가 작았기 때문에 에어록을 장착할 수 없었다. 이 때문에 선외 활동을 할 때에는 선내 전체를 진공 상태로 감압해야 했다. 국제 우주 정거장에서는 러시아의 에어록 장비 블록인 피어스 (ISS)와 즈베즈다, 공동으로 사용할 수 있는 블록 퀘스트의 2종류가 장비되어 있다. 또한, 2020년 12월 6일에 스페이스X CRS-21에 의해 발사된 민간 기업이 개발한 최초의 에어록이 ISS에 도킹되었다.^[9]

4. 1. 공기 환경

4. 2. 지하 환경

락인(Locking in)은 일반적으로 몇 분 밖에 걸리지 않는 빠른 절차인 반면, 락아웃(Locking out)에 필요한 감압은 몇 시간이 걸릴 수 있다.

4. 3. 수중 환경

수중 환경에서 에어록은 다음과 같은 곳에 사용된다.

• 가압 챔버: 챔버와 주변 환경 사이의 압력 차이를 유지하면서 사람이 드나들 수 있게 한다.
• 잠수함, 밀폐형 잠수종, 수중 서식지: 주변 압력과 다른 환경에서 다이버가 드나들 수 있게 한다. 잠수함과 수중 서식지에서는 다이버 록아웃 구획이라고도 한다.
• 어뢰 발사관, 잠수함의 탈출 트렁크: 에어록 역할을 한다.

에어록은 잠수 작업원이나 잠수부가 잠수함에서 나와 물속으로 들어갈 수 있도록 돕는다.

4. 3. 1. 포화 잠수

포화 잠수에서 에어록은 다이버와 지원 인력을 포화 시스템(생활 공간)과 잠수종 사이로 안전하게 이동시키는 가압 게이트 역할을 하며, 매우 중요한 안전 요소이다. 잠수종은 다이버를 수중 작업 현장으로 운송한다.^[4]

에어록에는 압력 게이지, 수동 조작 및 연동 장치와 같은 안전 기능이 장착되어 있다.^[5]

포화 시스템은 보급품 이송을 위한 저장고, 의료 물품 또는 비상 대피를 위한 안전한 통로를 위한 의료용 에어록 등 다양한 에어록을 갖추고 있다. 다양한 작업 깊이를 위해 서로 다른 압력 수준에서 다이버를 수용하는 복잡한 "분할 수준" 시스템의 경우 추가 에어록이 필요할 수 있다.^[6]

잠수 후 감압은 점진적인 과정이며, 종종 일주일이 소요된다. 이 기간 동안 에어록은 다이버가 압력이 점진적으로 표면 수준으로 감소하는 감압 챔버로 이동할 수 있도록 한다. 비상 시 에어록은 상당한 압력 변화 없이 고압 탈출 챔버 또는 구명정으로 이동을 용이하게 할 수 있다.^[7]

4. 3. 2. 고압 치료 챔버

고압 의학 치료 챔버에는 여러 사람을 수용할 수 있고, 가압된 상태에서 사람이나 장비를 챔버 안팎으로 출입시켜야 하는 경우 에어록이 사용된다. 일반적으로 한 명 이상을 수용할 수 있는 챔버 입구에는 큰 에어록이 있고, 의료 용품과 음식을 넣고 폐기물을 내보내는 데 사용되는 더 작은 의료 에어록이 있다.^[1]

4. 4. 우주 환경

에어록은 우주, 특히 유인 우주 비행에서 우주선과 우주 정거장 내부의 생존 가능한 환경을 유지하기 위해 사용된다. 이는 우주선에서 사람이 나가거나 들어올 때 사용되는데, 에어록(또는 슈트포트와 같은 유사한 기술)이 없으면 보일의 법칙에 설명된 대로 지구 대기를 구성하는 기체의 팽창 특성으로 인해 문을 열 때 내부의 공기가 빠르게 손실되기 때문이다.^[5] 우주복을 착용하고 우주 유영을 준비한 후, 우주 비행사를 감압하고 귀환 후 다시 가압하기 위해 에어록 룸이 필요하다.^[5] 나노랙스 비숍 에어록과 같은 에어록은 최소한의 공기 손실로 탑재체를 우주로 방출할 수 있게 해준다.

우주에서 사용되는 에어록의 다른 예로는 퀘스트 합동 에어록과 키보 (ISS 모듈)의 에어록이 있다.

5. 유사 장치

한랭지에서는 출입구에 이중문을 설치하여 현관과 같이 에어록과 비슷한 구조를 만드는 경우가 있다. 이중문은 기밀은 아니지만, 따뜻한 공기가 밖으로 빠져나가는 것을 줄일 수 있다. 회전문도 비슷한 목적으로 사용된다. 운하에서 사용되는 수문(갑문)도 이와 비슷한 원리로 작동한다.

6. 대중 문화

SF 작가 H. 빔 파이퍼는 소설 "Uller Uprising"에서 문이 4개(조정실 3개) 있는 에어록을 제안했다. 이 소설에서 구조물 내부 대기는 호흡 가능했지만, 외부 대기는 독성이 강했다. 에어록 문은 한 번에 하나씩만 열 수 있으며, 중앙 조정실은 항상 진공 상태를 유지했다. 이 구조를 통해 외부 대기가 내부로 유입되는 것을 최소한으로 억제할 수 있었다.

참조

_[1] 논문 Calendar of Patent Records https://www.nature.c[...] 1929-10-01
_[2] 서적 Tunnel Shields and the Use of Compressed Air in Subaqueous Works https://books.google[...] A. Constable & Company 2023-08-08
_[3] 웹사이트 How did the Apollo astronauts toss their spacesuits overboard? https://www.smithson[...] 2023-07-18
_[4] 웹사이트 History and Timeline of the ISS https://www.issnatio[...] 2023-08-07
_[5] 웹사이트 Even Homes in Space Need a Door {{!}} Science Mission Directorate https://science.nasa[...] 2023-07-18
_[6] 웹사이트 CNN.com - Air lock installed on space station - July 16, 2001 http://edition.cnn.c[...] 2023-08-07
_[7] 웹사이트 The International Space Station is now home to the world's 1st commercial airlock https://www.space.co[...] 2023-07-18
_[8] 논문 Space Age Archaeology https://ntrs.nasa.go[...] 2023-09-26
_[9] 웹사이트 スペースX社、新型のカーゴドラゴン打ち上げ成功 初の商業エアロックを運ぶ https://sorae.info/s[...] 2020-12-08