Oxygen Systems
승무원과 승객들은 저산소증을 방지하기 위하여 여압 시스템과 산소 시스템을 사용한다. 규정에 따라 비행 승무원은 12,500ft ~ 14,000ft의 cabin pressure altitude에 30분간 노출된 후에는 보조 산소를 사용해야 한다. 14,000ft를 초과하는 cabin pressure altitude에 노출되었다면 즉시 보조 산소를 사용해야 한다. 15,000ft를 초과하는 cabin pressure altitude에 노출되었다면 모든 항공기 탑승자가 보조 산소를 사용해야 한다. 허나 사람의 신체적 특징 및 상태에 따라 훨씬 더 낮은 고도에서도 산소 부족의 영향을 느낄 수 있다. 주간에 10,000ft 이상을 비행할 때 몇몇 사람들은 산소 부족으로 인하여 방향감각상실을 경험할 수 있다. 야간에는 이러한 영향이 5,000ft까지 낮아질 수 있다(특히 피곤할 경우). 따라서 주간에는 10,000ft cabin altitude 이상일 때, 그리고 야간에는 5,000ft cabin altitude 이상일 때 보조 산소를 사용하는 것이 좋다.
다음은 항공안전법 시행규칙 제114조(산소 저장 및 분배장치 등)을 발췌한 내용이다(시행 2024.11.13)
제114조(산소 저장 및 분배장치 등) ① 법 제52조제2항에 따라 고고도(高高度) 비행을 하는 항공기(무인항공기는 제외한다. 이하 이 조에서 같다)는 다음 각 호의 구분에 따른 호흡용 산소의 양을 저장하고 분배할 수 있는 장치를 장착하여야 한다.
1. 여압장치가 없는 항공기가 기내의 대기압이 700헥토파스칼(hPa) 미만인 비행고도에서 비행하려는 경우에는 다음 각 목에서 정하는 양
가. 기내의 대기압이 700헥토파스칼(hPa) 미만 620헥토파스칼(hPa) 이상인 비행고도에서 30분을 초과하여 비행하는 경우에는 승객의 10퍼센트와 승무원 전원이 그 초과되는 비행시간 동안 필요로 하는 양
나. 기내의 대기압이 620헥토파스칼(hPa) 미만인 비행고도에서 비행하는 경우에는 승객 전원과 승무원 전원이 해당 비행시간 동안 필요로 하는 양
2. 기내의 대기압을 700헥토파스칼(hPa) 이상으로 유지시켜 줄 수 있는 여압장치가 있는 모든 비행기와 항공운송사업에 사용되는 헬리콥터의 경우에는 다음 각 목에서 정하는 양
가. 기내의 대기압이 700헥토파스칼(hPa) 미만인 동안 승객 전원과 승무원 전원이 비행고도 등 비행환경에 따라 적합하게 필요로 하는 양
나. 기내의 대기압이 376헥토파스칼(hPa) 미만인 비행고도에서 비행하거나 376헥토파스칼(hPa) 이상인 비행고도에서 620헥토파스칼(hPa)인 비행고도까지 4분 이내에 강하할 수 없는 경우에는 승객 전원과 승무원 전원이 최소한 10분 이상 사용할 수 있는 양
※ 다음은 고정익항공기를 위한 운항기술기준을 발췌한 내용이다(시행 2024.3.11).
7.1.14.6 산소저장 및 분배장치(Oxygen Storage and Dispensing Apparatus)
주. 이장에서 사용되는 절대 압력치에 상응하는 표준대기에서의 근사치 고도는 다음과 같다.
| 절대압력치 (Absolute pressure) |
미터 (Meters) |
피트 (Feet) |
| 700 hPa | 3,000 | 10,000 |
| 620 hPa | 4,000 | 13,000 |
| 376 hPa | 7,600 | 25,000 |
대부분의 고고도 항공기는 산소 장치를 갖추고 있다. 만약 항공기에 산소 장치가 없다면 휴대용 산소 장비를 비행 도중 쉽게 사용할 수 있어야 한다. 휴대용 장비는 보통 container, regulator, mask outlet, 그리고 pressure gauge로 구성된다. 산소는 보통 1,800 ~ 2,200 psi의 고압 용기(container)에 저장된다. 산소 용기를 둘러싼 주변 온도가 감소하면 용기 내의 압력이 감소한다. 왜냐하면 기체의 부피가 일정할 경우 압력은 온도에 따라 직접적으로 변화하기 때문이다. 보조 산소 용기에 표시되는 압력이 감소하는 것은 실제 산소가 고갈되기보다는 산소 용기가 차가운 곳에 보관되어 있기 때문일 수 있다. 산소 용기에는 psi 한계(예를 들어 1,800 psi)가 표시되어야 한다. 산소 용기에는 SAE AS8010, Aviator’s Breathing Oxygen Purity Standard 이상의 산소가 공급되어야 한다. 안전을 위해 산소 시스템이 주기적으로 검사 및 정비되어야 한다.
산소 시스템은 mask나 cannula, 그리고 regulator(cabin altitude에 따라 산소를 공급하는 장치)로 구성된다. 40,000ft까지 사용되도록 승인된 대부분의 regulators는 8,000ft 이하의 cabin altitude에서 0%의 실린더 산소와 100%의 객실 공기를 제공하도록 설계되어 있다. 이 비율은 대략 34,000ft의 cabin altitude에서 100%의 산소와 0%의 객실 공기로 변화한다. [그림 7-43] 45,000ft까지 사용되도록 승인된 대부분의 regulators는 낮은 고도에서 40%의 실린더 산소와 60%의 객실 공기를 제공하도록 설계되어 있다. 이 비율은 고도가 높아짐에 따라 100%로 변화한다.
산소를 이용할 경우 조종사는 화재의 위험을 인지해야 한다. 일반적인 공기에서는 거의 불에 타지 않는 물질들도 산소에서는 연소하기 쉽다. 오일과 그리스는 산소에 노출되면 발화할 수 있으므로 산소 장비의 밸브나 이음쇠를 봉하는데 이를 사용할 수 없다. 산소 장비를 사용할 때에는 흡연을 금지해야 한다. 매 비행 전에 조종사는 모든 산소 장비를 철저히 점검 및 테스트해야 한다. 이용 가능한 산소량, 시스템 작동 점검, 그리고 보조 산소를 손쉽게 이용할 수 있는지에 대한 여부가 철저히 점검되어야 한다. 이러한 점검은 깨끗한 손으로 수행되어야 한다. 또한 마스크와 튜브의 구멍 ∙ 균열 ∙ 손상을 육안으로 점검해야 하고, regulator valve/lever의 condition과 position을 점검해야 하, 산소의 양을 점검해야 하고, oxygen pressure gauge ∙ flow indicators ∙ connections의 위치와 작동 상태를 점검해야 한다. mask를 착용한 다음 시스템을 테스트해야 한다. 산소를 사용한 후에는 모든 구성 요소들과 밸브가 차단되었는지 확인한다.
Oxygen Masks
산소마스크에는 다양한 유형과 디자인이 있다. 산소마스크에서 가장 중요한 요소는 마스크와 산소 시스템이 호환되는지 확인하는 것이다. 승무원 마스크는 사용자의 얼굴에 밀착되어 산소 누출이 최소화 되도록 설계되어 있으며 보통 마이크가 포함되어 있다. 대부분의 마스크는 oronasal type이며 이는 입과 코만 덮는다.
승객 마스크는 간단한 컵 모양의 고무 성형품일 수 있으며 이는 모두가 사용할 수 있을 정도로 충분히 유연하다. 승객 마스크는 신축성이 좋은 머리끈을 가진 형식이거나, 혹은 본인이 직접 얼굴에 갖다 대야하는 형식일 수 있다.
감염의 위험을 줄이기 위해, 그리고 마스크의 사용 수명을 연장하기 위해 산소마스크를 청결하게 유지해야 한다. 순한 비누와 물이 섞인 용액으로 마스크를 씻은 후 맑은 물로 헹군다. 마이크가 설치된 경우에는 흐르는 물 대신 깨끗한 면봉을 통해 비눗물을 닦아낸다. 마스크는 소독도 되어야 한다. Merthiolate 수용액에 적신 거즈 패드를 통해 마스크를 닦을 수 있다. 이 용액에는 물 1쿼트 당 1/5 티스푼의 Merthiolate가 사용되어야 한다. 깨끗한 천으로 마스크를 닦고 공기 건조시킨다.
Cannula
cannula란 사용자에게 산소를 공급하기 위해 코 아래로 연결되는 인체공학적 플라스틱 관이다. [그림 7-44] cannula는 보통 마스크보다 편안하다. 허나 높은 고도를 운영하는 경우에는 마스크만큼 안정적으로 산소를 제공하지 못할 수 있다. 오래된 규정에 따라 증명된 비행기에는 산소 시스템과 함께 cannula가 설치되어 있다. 허나 현재의 규정에서는 18,000ft 이상의 운영에 대해 증명 받은 항공기로 하여금 cannula 대신 산소마스크를 장비하도록 요구하고 있다. cannula의 산소 공급 라인에는 보통 flow meter가 있다. 이것이 장착되어 있다면 주기적으로 green flow detector를 점검해야 한다.
Diluter-Demand Oxygen Systems
diluter-demand oxygen system은 사용자가 마스크를 통해 숨을 들이마쉬는 경우에만 산소를 공급한다. automix lever를 사용하면 regulator가 고도에 따라 자동으로 실내 공기와 산소를 혼합하거나 100% 산소를 공급할 수 있다. 이 마스크는 외부 공기와의 희석을 방지하기 위해 얼굴과 단단히 밀착되며 40,000ft까지 안전하게 사용될 수 있다. 턱수염이나 콧수염이 있는 조종사는 산소마스크의 밀착이 방해되지 않도록 수염을 손질해야 한다. 턱수염이나 콧수염 주위로 마스크가 제대로 밀착되는지 지상에서 확인해야 한다.
Pressure-Demand Oxygen Systems
pressure-demand oxygen system은 diluter demand oxygen 장비와 유사하다(단, 34,000ft 이상의 cabin altitudes에서는 산소가 압축되어서 마스크에 공급된다는 점 제외). pressure-demand regulators는 밀폐된 공간을 만들 뿐만 아니라 산소를 양압으로 공급해서 사용자의 폐가 산소로 가압될 수 있게 해준다. 이 기능 덕분에 pressure demand regulators는 40,000ft를 초과하는 고도에서도 안전하다. regulator가 계기판이나 그 외 영역에 장착되지 않고 마스크에 직접 부착되는 pressure demand mask도 존재한다. mask-mounted regulator는 100% 산소가 마스크로 유입되기 전에 호스의 공기가 제거되어야 하는 문제를 제거한다.
Continuous-Flow Oxygen System
continuous-flow oxygen system은 보통 승객을 위해 제공된다. 승객 마스크에는 보통 reservoir bag이 있는데 이는 사용자가 숨을 내쉬는 동안 continuous-oxygen system으로부터 산소를 수집한다. 숨을 들이마시는 도중에는 reservoir bag에 모인 산소 덕분에 산소가 더 빠르게 공급되며 공기의 희석량도 줄어든다. reservoir bag에 모인 산소가 고갈된 이후에는 숨을 들이마실 때 외부 공기가 산소 공급에 추가된다. 내뱉은 공기는 객실로 방출된다. [그림 7-45]
Electrical Pulse-Demand Oxygen System
휴대용 electrical pulse-demand oxygen system은 개개인의 호흡 노력을 감지하여 산소를 공급한다. 이 시스템은 숨을 들이마시는 초기 단계에 산소를 제공한다. pulse demand systems는 호흡 도중 산소를 낭비하지 않는다. 왜냐하면 숨을 들이마시는 도중에만 산소가 공급되기 때문이다. continuous-flow systems와 비교하였을 때 pulse-demand 방식은 필요한 산소의 양을 50 ~ 85%까지 줄일 수 있다. 대부분의 pulse-demand oxygen systems는 internal barometer를 가지고 있다. 이는 고도가 높아질수록 매 맥박(pulse)에 대해 전달되는 산소의 양을 증가시켜서 고도 변화를 자동으로 보상한다. [그림 7-46]
Pulse Oximeters
pulse oximeter는 개개인의 혈액 속 산소량과 심장 박동 수를 측정하는 장치이다. 이 비침습(non-invasive) 장치는 적혈구가 산소로 포화되었을 때 겪는 색 변화를 측정한다. pulse oximeter는 적혈구의 색을 평가하기 위해 손가락 끝에 특별한 빛을 내보낸다. 이는 실제 혈액을 채취해서 직접 산소 포화도를 측정하는 방식과 비교하였을 때 1% 이내의 오차를 가질 정도로 정밀하다. pulse oximeter는 그 휴대성과 속도 덕분에 보조 산소를 필요로 하는 12,500ft 이상의 비여압 항공기 조종사에게 매우 유용하다. pulse oximeter를 통해 항공기 승무원과 승객들의 실제 보조 산소 필요성을 평가할 수 있다. [그림 7-47]
Servicing of Oxygen Systems
항공기에 산소를 공급하기 전에 특정 항공기의 취급 설명서를 참조해서 필요한 장비의 유형과 사용 절차를 확인한다. 산소 시스템에 산소를 공급할 때에는 항상 특정 예방 조치를 준수해야 한다. 산소 공급은 항공기가 격납고 밖에 있을 때에만 수행되어야 한다. 산소를 취급할 때에는 청결과 자재 관리가 필수적이다. 가압된 산소가 석유 제품과 접촉하면 자연 발화를 생성한다. 산소 공급 직원은 산소 장비 주변에서 작업하기 전에 손의 먼지, 오일, 그리고 그리스(입술크림과 헤어오일 포함)를 반드시 씻어야 한다. 또한 옷과 도구에 기름, 그리스, 그리고 먼지가 없어야 한다. 산소 탱크가 설치된 항공기에 산소를 공급하기 위해선 보통 두 사람이 필요하다. 한 명은 산소를 공급하는 장비의 control valve에 있어야 하고 다른 한 명은 항공기 시스템의 pressure gauge를 확인할 수 있는 곳에 있어야 한다. 항공기 급유 중에, 혹은 발화 원인이 될 수 있는 그 외의 작업 도중에는 산소를 공급하지 않는 것이 좋다. 승객들이 항공기에 탑승한 상태에서 산소를 공급하는 것은 권장되지 않는다.
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