바티스카프
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1. 개요
바티스카프는 심해 탐사를 위해 설계된 잠수정의 일종이다. 잠수함과 달리, 바티스카프는 깊은 수압에서 부력을 조절하기 위해 압축 공기를 사용하는 대신, 밸러스트를 버리는 방식으로 부상한다. 주요 구성 요소는 플로트, 캐빈, 밸러스트 탱크 등으로, 플로트는 가솔린을 채워 부력을 제공하고 캐빈은 사람이 탑승하는 공간으로 높은 수압을 견딜 수 있도록 설계된다. 오귀스트 피카르가 개발한 FNRS-2를 시작으로, FNRS-3, 트리에스테 등이 개발되었으며, 트리에스테는 1960년 자크 피카르와 돈 월시가 탑승하여 마리아나 해구의 챌린저 해연에 도달, 심해 생명체의 존재를 확인하는 등 주요 업적을 남겼다.
바티스카프는 잠수함과 유사하게 작동하지만, 깊은 수심에서 작동하기 때문에 몇 가지 중요한 차이점이 있다. 바티스카프는 해상에서 밸러스트 탱크에 공기를 채워 선체를 띄우고, 잠항 시에는 탱크에 해수를 채운다. 하지만 바티스카프가 잠수하는 깊이에서는 수압이 매우 높아 잠수함처럼 탱크 안의 물을 압축 공기로 배수하여 부상하는 것은 어렵다.[1]
바티스카프는 플로트, 내압각(캐빈), 밸러스트 탱크, 고체 밸러스트 수납부, 동력부 등으로 구성된다.
2. 작동 원리
대신 바티스카프는 철 쇠구슬 형태의 밸러스트를 방출하여 상승한다. 쇠구슬은 해저에 버려지며, 쇠구슬 용기는 바닥이 열려 있는 호퍼(깔때기) 형태로 되어 있고, 쇠구슬은 전자기석에 의해 고정된다. 이는 전력 공급이 중단되어도 쇠구슬이 중력에 의해 빠져나가 자동으로 상승할 수 있는 페일세이프 시스템이다.
부력의 미세 조정은 플로트 내의 가솔린을 배출하고 해수(가솔린보다 밀도가 높다)를 채워넣는 방식으로 이루어진다.[3]
2. 1. 부력 조절
바티스카프는 하강하기 위해 공기 탱크에 해수를 채우지만, 잠수함과는 달리 상승하기 위해 압축 공기를 사용할 수 없다. 바티스카프가 작동하는 깊이에서는 수압이 너무 커서 압축 공기로 탱크의 물을 배출하는 것이 불가능하기 때문이다. 예를 들어, 챌린저 해연 바닥의 압력은 표준 "H형" 압축 가스 실린더의 7배가 넘는다. 대신, 철 쇠구슬 형태의 밸러스트를 방출하여 상승하며, 쇠구슬은 해저에 버려진다. 철 쇠구슬 용기는 바닥이 열려 있는 하나 이상의 호퍼 형태로 되어 있으며, 철 쇠구슬은 목 부분의 전자기석에 의해 제자리에 고정된다. 이는 상승에 전력이 필요 없는 페일세이프 장치이다. 전원 고장 시 쇠구슬이 중력에 의해 빠져나가 자동으로 상승한다.
바티스카프는 잠수함처럼 밸러스트 탱크에 공기를 채워 선체를 띄우고, 잠항 시 탱크에 해수를 채운다.[1] 그러나 잠수 깊이에서는 수압이 너무 높아 잠수함처럼 탱크 안의 물을 압축 공기로 배수하여 부상하는 것은 어렵다.[1] 따라서 바티스카프는 배수 대신 포탄형 고체 밸러스트를 버리고 부상하며, 이것은 해저에 남겨진다.[2] 고체 밸러스트 수납부는 깔때기 모양으로, 바닥이 항상 열려 있다.[2] 깔때기 입구에 장착된 전자석에 의해 밸러스트가 유지되며, 부상에 새로운 동력을 필요로 하지 않는다.[2] 또한, 사고로 전력이 끊어져도 밸러스트는 중력에 따라 낙하하여 선체가 자동으로 부상하므로 페일세이프이다.[2]
플로트 내의 가솔린을 배출하고 해수 (가솔린보다 비중이 높다)를 들여오는 것으로 부력을 미세 조정하는 것도 가능하다.[3]
2. 2. 페일세이프 시스템
바티스카프는 하강하기 위해 공기 탱크를 해수로 채운다. 잠수함은 상승하기 위해 압축 공기로 채워진 탱크의 물을 내보낼 수 있지만, 바티스카프가 작동하도록 설계된 깊이에서는 수압이 너무 커서 그렇게 할 수 없다. 예를 들어, 챌린저 해연 바닥의 압력은 표준 "H형" 압축 가스 실린더의 7배가 넘는다. 대신, 바티스카프는 철 쇠구슬 형태의 밸러스트를 방출하여 상승하는데, 쇠구슬은 해저에 버려진다. 철 쇠구슬 용기는 잠수하는 동안 바닥이 열려 있는 하나 이상의 호퍼 형태로 되어 있으며, 철 쇠구슬은 목 부분의 전자기석에 의해 제자리에 고정된다. 이는 상승에 전력이 필요 없는 페일세이프 장치이다. 실제로 전원 고장 시 쇠구슬이 중력에 의해 빠져나가고 자동적으로 상승한다.
3. 구조
사람이 탑승하는 내압각(캐빈)은 잠수구와 유사한 구조를 가지고 있지만, 고전적인 잠수구처럼 케이블로 해면 위의 선박 등에서 매달려 있는 것이 아니라, 바티스카프의 일부를 이루는 플로트(부유체)에 매달려 있다. 내압각 내부는 해면상의 기압에 가까운 압력의 공기로 채워져 있기 때문에 주변의 수압과의 막대한 압력 차를 견뎌야 하며, 매우 튼튼하게 만들어져 있다.
3. 1. 플로트
플로트에는 부력재로 구하기 쉽고 물보다 가벼운 가솔린이 채워져 있다. 가솔린과 같은 액체는 압력에 의해 체적이 거의 변하지 않으며, 액체로 채워져 있으면 주변의 수압이 플로트를 찌그러뜨리는 힘이 가해지지 않는다. 이 때문에 플로트의 가솔린 탱크는 그다지 튼튼하게 만들 필요가 없다. 사용되는 가솔린은 잠수 해역에 도착한 후 주입된다. 잠수가 종료된 후 가솔린은 회수하고 질소 가스를 주입한다.
4. 개발 역사
최초의 바티스카프는 오귀스트 피카르가 개발한 FNRS-2이며, 이후 개량형인 FNRS-3와 트리에스테가 개발되었다.
FNRS-2는 국립과학연구기금의 이름을 따서 명명되었으며, 1946년부터 1948년까지 벨기에에서 건조되었다. 추진은 배터리 구동 전동기로 이루어졌다.[1] 자크 쿠스토의 저서 ''고요한 세계''에 최초의 항해가 상세히 묘사되어 있는데, 책에 따르면 "그 배는 심해의 압력을 조용히 견뎌냈지만, 작은 소용돌이에 의해 파괴되었다"고 한다.
FNRS-3는 손상된 FNRS-2에서 승무원 구체를 사용하고, 새로운 부력체를 갖춘 잠수함이었다.
피카르의 두 번째 바티스카프는 트리에스테로, 1957년 이탈리아로부터 미국 해군이 구매했다.[1] 1955년 경 런던에서의 과학 회의에서, 미국 (ONR)에 근무하던 지질학자 로버트 디츠가 해군에 교섭했고, 냉전 당시 소련에 대해 우위를 보이고 싶어 했던 해군과의 의도가 일치하여 트리에스테 계획을 지원하게 되었다.[4]
4. 1. FNRS-2
오귀스트 피카르가 벨기에 국립과학연구기금(FNRS)의 지원을 받아 1946년부터 1948년까지 건조한 최초의 바티스카프이다. 국립과학연구기금의 이름을 따서 ''FNRS-2''로 명명되었다. 추진은 배터리 구동 전동기로 이루어졌다.[1] 부력체는 37850L의 항공 가솔린을 담고 있었다. 접근 터널은 없었고, 구체는 갑판 위에서 싣고 내려야 했다. 최초의 항해는 자크 쿠스토의 저서 ''고요한 세계''에 상세히 묘사되어 있다.1948년 11월 3일 서아프리카 다카르 해역에서의 시험 잠수에서 무인으로 1394m 잠수했지만, 파도로 인해 플로트가 손상되어 내부의 가솔린이 새어 나왔다.[4] FNRS-2는 FNRS의 자금 부족으로 프랑스 해군에 매각되어 FNRS-3으로 개조되었다. 피카르는 처음에는 자문역으로 프랑스 해군의 작업에 참여했지만, 1년 정도 만에 이탈했다.[4] 오귀스트의 아들 자크 피카르도 FNRS-2 개발에 참여했으며, 자크-이브 쿠스토도 개조된 FNRS-3에 탑승했다.[4]
4. 2. FNRS-3
''FNRS-3''는 손상된 ''FNRS-2''의 내압각(승무원 구체)을 재사용하고, 새로운 부력 탱크를 갖춘 개량형 잠수함이었다. FNRS-2는 프랑스 해군에 매각되어 개조되었는데, 오귀스트 피카르는 처음에는 자문역으로 참여했지만 1년 정도 만에 이탈했다.[4] 오귀스트 피카르의 아들 자크 피카르도 개발에 참여했으며, 자크-이브 쿠스토도 개조된 ''FNRS-3''에 탑승했다.[4]4. 3. 트리에스테
1953년 오귀스트 피카르와 그의 아들 자크 피카르가 개발한 두 번째 바티스카프이다.[1] 1957년 미국 해군이 이탈리아로부터 구매하여 인수하였으며,[1] 2개의 물 밸러스트 탱크와 120000L의 가솔린을 담는 11개의 부력 탱크를 가지고 있었다.[2]1960년, 자크 피카르와 돈 월시 대위[7]가 트리에스테호에 탑승하여 마리아나 해구의 챌린저 해연 (10916m) 잠수에 성공했다.[4]
1958년 7월 18일에는 미일 협력 하에 일본 해구 학술 조사가 이루어져, 미야기현 앞바다에서 수심 3000m의 깊이에 도달했다.[6]
5. 주요 업적
바티스카프는 심해 탐사를 통해 이전에는 알 수 없었던 심해 생물의 존재를 확인하고, 지구에서 가장 깊은 곳에 도달하는 등 해양 과학 발전에 크게 기여했다. 1960년 자크 피카르와 돈 월시가 탑승한 트리에스테는 마리아나 해구의 챌린저 해연에 도달하여, 빛이 전혀 없는 깊이에서도 생명체가 존재함을 확인하였다.[1][3]
5. 1. 챌린저 해연 탐사
1960년, 자크 피카르와 돈 월시가 탑승한 트리에스테는 태평양 마리아나 해구의 챌린저 해연에 도달했다.[1]선상 시스템은 11521m의 깊이를 나타냈지만, 이후 염도와 온도로 인한 변화를 고려하여 10916m로 수정되었다. 1995년의 더 정확한 측정 결과에 따르면 챌린저 해연은 10911m로 약간 얕은 것으로 밝혀졌다.
트리에스테 승무원들은 강력한 조명을 통해 해저가 규조토로 이루어져 있으며, "약 30cm 길이, 15cm 폭의 넙치와 비슷한 납작한 물고기"를 관찰했다고 보고했다.[3] 이는 빛이 전혀 없는 깊이에서도 생명체가 존재하는지에 대한 의문을 해결했다.
5. 2. 심해 생물 발견
1960년, 자크 피카르와 돈 월시가 탑승한 ''트리에스테''는 마리아나 해구의 챌린저 해연에 도달했다.[1]''트리에스테''의 승무원들은 강력한 조명을 통해 해저에서 넙치와 비슷한 약 30cm x 15cm 크기의 납작한 물고기를 관찰했다고 보고했다.[3] 이는 빛이 거의 없는 깊이에도 생명체가 존재한다는 것을 보여주는 중요한 발견이었다.
참조
[1]
논문
Submersibles – Manned and Unmanned.
http://archive.rubic[...]
2008-07-10
[2]
웹사이트
Chapter 11
https://web.archive.[...]
Wet Paper
2008-09-25
[3]
웹사이트
To the bottom of the sea
http://www.americanh[...]
T. A. Heppenheimer, AmericanHeritage.com
2008-12-03
[4]
서적
Modern Marine Science: Exploring the Deep
Infobase Publishing
2006-01
[5]
간행물
National Powerboat Workbook Errata V2006.1 (PDF).
http://www.wetpaper.[...]
Wetpaper Publishers and Consultants
2006-01-24
[6]
서적
現代世相風俗史年表：1945-2008
河出書房新社
[7]
문서
『一万一千メートルの深海を行く - バチスカーフの記録』
角川新書
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