چرا هواپیما به اتاقک اکسیژن نیاز دارد؟
بر اساس مقررات بین‌المللی، تمامی هواپیماهایی که در ارتفاع بالای ۱۰,۰۰۰ پا پرواز می‌کنند، ملزم به داشتن سیستم اکسیژن هستند. این الزام هم برای هواپیماهای دارای سیستم تنظیم فشار (Pressurize) و هم برای هواپیماهای بدون تنظیم فشار (Unpressurize) صدق می‌کند. اکسیژن مورد استفاده باید از نوع طبی باشد، زیرا اکسیژن صنعتی به دلیل وجود ناخالصی‌ها برای استفاده در هواپیما مناسب نیست. در این مقاله، به بررسی جامع سیستم اکسیژن‌رسانی در هواپیما می‌پردازیم.
چرا هواپیما نیاز به سیستم اکسیژن دارد ؟
با پیشرفت علم هوانوردی و توسعه فناوری‌های مربوط به هواپیماها، امکان پرواز در مسافت‌های طولانی‌تر، در ارتفاعات بالاتر و با سرعت بیشتر فراهم شده است. با این حال، یکی از چالش‌های اساسی که همچنان وجود دارد، محدودیت‌های فیزیولوژیکی بدن انسان است. عملکرد و کارایی هواپیماها به طور مداوم در حال بهبود است، اما بدن انسان در هر شرایطی، از جمله درون کابین هواپیما، به گاز اکسیژن نیاز دارد.
امروزه هواپیماهای مسافربری می‌توانند بدون ایجاد مشکلی برای سرنشینان، در ارتفاع ۴۰ هزار پایی (حدود ۱۲ کیلومتری) پرواز کنند. اما چگونه این امر ممکن است؟ در ادامه به این پرسش پاسخ خواهیم داد و جزئیات مهم دیگری را نیز بررسی می‌کنیم.
فشار هوا و اکسیژن در ارتفاعات بالا
اتمسفر عمدتاً از نیتروژن (۷۸٪)، اکسیژن (۲۱٪) و آرگون (۰.۹۴٪) تشکیل شده است. در ارتفاعات بالا، فشار هوا کاهش می‌یابد که این امر تنفس را دشوار کرده و در نهایت باعث از دست رفتن هوشیاری می‌شود.
هواپیماها اکسیژن مورد نیاز را از طریق هوای اطراف تأمین می‌کنند. هوا از کمپرسور موتور (Bleed Air) گرفته شده و پس از پردازش، به کابین منتقل می‌شود. هم‌زمان، یک دریچه خروجی در قسمت عقب هواپیما، هوای داخلی را تخلیه می‌کند تا جریان هوای تازه به‌طور مداوم حفظ شود.
چرا انسان نمی‌تواند در ارتفاع بالا زنده بماند؟
این مسئله به فشار هوا برمی‌گردد. در سطح دریا، فشار اتمسفر به طور کامل بر بدن وارد می‌شود، اما هرچه ارتفاع افزایش یابد، فشار کاهش پیدا کرده و غلظت اکسیژن کم می‌شود. در نتیجه، هوای موجود در ارتفاعات مولکول‌های اکسیژن کمتری دارد. اگر میزان اکسیژن از حد معینی کمتر شود، انسان دچار کاهش هوشیاری خواهد شد.
برای جلوگیری از این مشکل، هواپیماهای مسافربری از سیستم تنظیم فشار استفاده می‌کنند که فشار کابین را در حدی نگه می‌دارد که بدن بتواند آن را تحمل کند. این مقدار معمولاً ۱۰.۹۲ psi (معادل فشار در ارتفاع ۸,۰۰۰پایی)است. اکسیژن مورد نیاز نیز از طریق کمپرسور موتور یا سیستم‌های جداگانه تأمین شده و هوای تازه به‌طور مداوم در کابین جریان دارد.
در ارتفاعات بالاتر، کاهش اکسیژن خون باعث اختلال در عملکرد مغز و چشم می‌شود. در ۱۰,۰۰۰پایی، سطح اشباع اکسیژن خون به ۹۰٪ می‌رسد، اما در ۱۸,۰۰۰پایی این مقدار به ۷۰٪ کاهش یافته و علائمی مانند سردرد، بی‌حالی، کبودی لب‌ها و ناخن‌ها، کاهش تمرکز و بیهوشی ظاهر می‌شود. این علائم معمولاً طی ۳تا ۵ دقیقه بروز می‌کنند و در صورت عدم اقدام، خطرناک خواهند بود.
چگونه هواپیما اکسیژن مورد نیاز را در ارتفاعات تأمین می‌کند؟
هواپیماها برای تأمین اکسیژن کابین دو روش اصلی دارند.
- روش مخزن اکسیژن: در این روش، یک مخزن اکسیژن خالص در هواپیما تعبیه شده که از طریق ماسک‌های مخصوص، گاز اکسیژن را به سرنشینان می‌رساند. این روش معمولاً در هواپیماهای کوچک استفاده می‌شود.
- سیستم تنظیم فشار (Pressurization System): در این روش، هوای مورد نیاز از محیط گرفته شده، فشرده‌سازی شده و به داخل کابین منتقل می‌شود. در این سیستم، سطح اکسیژن در ارتفاع ۱۰,۰۰۰ پایی حفظ می‌شود، اما اگر هواپیما به ۱۴,۰۰۰پا برسد، خدمه ملزم به استفاده از اکسیژن هستند و در ۱۵,۰۰۰پا، مسافران نیز باید از ماسک‌های اکسیژن استفاده کنند.
انواع سیستم‌های اکسیژن در هواپیما
سیستم اکسیژن رسانی در هواپیما به سه نوع تقسیم می‌شود:
- سیستم فشار پایین: فشار مخزن حدود ۴۵۰ psi است و بیشتر در هواپیماهای سبک استفاده می‌شود.
- سیستم فشار بالا: فشار مخزن حدود ۱۸۰۰ psi است.
- سیستم اکسیژن مایع: فشار مخزن حدود ۳۶۰۰ psi است و در برخی مدل‌های خاص استفاده می‌شود.
اجزای سیستم اکسیژن هواپیما:
- مخزن اکسیژن
- فشارسنج
- شیر قطع‌کننده
- شیر تخلیه
- تنظیم‌کننده فشار
- نمایشگر جریان اکسیژن
- ماسک اکسیژن
اگر حادثه‌ای رخ دهد، چه اتفاقی می‌افتد؟
در صورت افت فشار ناگهانی در کابین، اولین اقدام خلبانان کاهش ارتفاع است تا اکسیژن مورد نیاز مسافران تأمین شود. اما این فرآیند چند دقیقه طول می‌کشد، به همین دلیل در این مدت ماسک‌های اکسیژن اضطراری از سقف پایین می‌آیند تا مسافران بتوانند نفس بکشند. خلبانان نیز در کابین خود ماسک‌های اکسیژن مخصوص دارند.
ماسک‌های اضطراری اکسیژن در هواپیما
کاهش ناگهانی فشار کابین، گرچه خیلی کم ممکن استپیش آید، اما در صورت وقوع، ماسک‌های اکسیژن به صورت خودکار فعال می‌شوند. این اتفاق چنان نادر است که در سال ۲۰۱۵، هنگام وقوع چنین رویدادی در یکی از پروازهای "یونایتد ایرلاینز"، برخی مسافران حتی با ماسک‌ها سلفی گرفتند!
نحوه کار ماسک‌های اکسیژن:
- ماسک‌ها در محفظه‌هایی بالای صندلی‌ها قرار دارند و هنگام کاهش فشار، آزاد می‌شوند.
- این ماسک‌ها تا زمان رسیدن هواپیما به ارتفاع امن (۱۰,۰۰۰ پا) اکسیژن کافی را تأمین می‌کنند.
- اکسیژن این ماسک‌ها برخلاف تصور، از کپسول ذخیره‌ای تأمین نمی‌شود بلکه از طریق واکنش شیمیایی دو ماده مخصوص تولید می‌شود.
اکسیژن ماسک‌های اضطراری چگونه تأمین می‌شود؟
برخلاف تصور رایج، این ماسک‌ها دارای کپسول اکسیژن نیستند! بلکه بالای هر ردیف صندلی یک سیلندر شیمیایی تعبیه شده است. با کشیدن ماسک به سمت پایین، یک چاشنی فعال می‌شود که باعث واکنش شیمیایی بین دو ماده مخصوص شده و در نتیجه اکسیژن تولید می‌شود.
به همین دلیل، هنگام استفاده از ماسک‌های اضطراری، ممکن است بوی سوختگی حس شود که ناشی از واکنش شیمیایی اکسیژن‌ساز است. این سیستم باعث می‌شود هواپیما نیازی به حمل مخازن سنگین اکسیژن نداشته باشد و در مصرف سوخت صرفه‌جویی شود.
هر ماسک معمولاً برای ۱۵دقیقه اکسیژن تأمین می‌کند که زمان کافی برای کاهش ارتفاع و رسیدن به سطح امن را فراهم می‌کند.
در هر ردیف صندلی، یک ماسک اضافی تعبیه شده است تا در صورت همراه داشتن نوزاد (که صندلی جداگانه ندارد) بتوان از آن استفاده کرد.
جمع بندی
هواپیماها اکسیژن را از طریق مخازن مخصوص یا سیستم تنظیم فشار تأمین می‌کنند که هوای بیرون را فشرده و به کابین منتقل می‌کند. در صورت کاهش فشار، ماسک‌های اضطراری فعال شده و اکسیژن را از طریق واکنش شیمیایی تولید می‌کنند. هر ماسک تا ۱۵ دقیقه اکسیژن دارد که برای کاهش ارتفاع کافی است. همچنین، یک ماسک اضافی در هر ردیف برای نیازهای احتمالی در نظر گرفته شده است. این سیستم‌های پیشرفته، اکسیژن مورد نیاز مسافران را در طول پرواز تضمین می‌کنند.
