잠수함이 폭발하는 이유는 무엇입니까? » 과학 ABC

잠수함은 바다 깊은 곳에서 작동하여 엄청난 압력을 견디고 파도 아래에서 인간의 탐험을 가능하게 하는 경이로운 공학 기술입니다.

인류는 대략 기원전 300년부터 바다 밑을 탐험하고 항해하기 위해 노력했습니다. 역사 전반에 걸쳐 연구를 위해 수중 여행을 하기 위해 다양한 방법이 사용되었습니다. 전설에 따르면 잠수함 프로토타입을 최초로 제작한 사람은 알렉산더 대왕이었습니다.

하지만 유리통 안의 바다 속으로 모험을 떠나는 것은 수중 세계를 탐험하는 효과적인 방법이라고 보기 어려웠습니다.

서기 1578년 영국 해군 장교인 윌리엄 본(William Bourne)은 물속에서 노를 젓을 수 있는 방수 가죽으로 덮인 나무 프레임 선박을 에워쌌습니다. 공식적으로 기록된 최초의 잠수함인 "터틀(Turtle)"은 1776년 미국 혁명 전쟁 중에 제작되었습니다. 잠수함이 추진 시스템과 더욱 발전된 기술의 개발로 결국 실용적인 선박으로 진화한 것은 19세기 후반이었습니다.

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잠수함은 선체 내부의 압력을 해수면의 대기압과 동일하게 유지하도록 설계되었습니다.

이는 일치하는 압력을 유지하는 것이 왜 그렇게 중요한지 궁금해하게 만듭니다. 내부 압력이 외부 압력과 크게 다른 경우 선체에 부자연스러운 양의 응력이 가해져 구조적 결함, 누출 또는 심지어 파열로 이어질 수 있습니다.

잠수함이 수면에 올라오면 밸러스트 탱크에 공기가 채워져 선박의 밀도가 물보다 낮아져 뜨게 됩니다. 그러나 잠수함이 잠수해야 할 경우 밸러스트 탱크에서 공기를 방출하고 물로 대체하여 선박의 밀도를 높입니다. 잠수함의 내부 압력은 선체에 가해지는 수압과 내부 기압의 균형에 의해 조절됩니다.

잠수함이 더 깊게 잠수하면 수압이 증가하여 선체 내부의 기압이 압축됩니다. 따라서 상승 또는 하강하는 동안 잠수함 내부의 압력을 균등화하기 위해 밸러스트 탱크에 물을 채우거나 펌핑합니다. 모든 잠수함에는 내부 기압이 너무 커지는 것을 방지하기 위해 "압력구"라고 불리는 내부 시스템도 있습니다.

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"압력선체"가 잠수함 내부의 중요한 구조물임은 분명합니다. 하지만 그 기능은 정확히 무엇입니까?

압력선체는 잠수함의 주요 뼈대에 강도를 제공하는 주요 수밀 구조물입니다. 승무원과 내부 시스템을 보호하기 위해 깊은 바다에서 가해지는 외부 압력을 견딜 수 있도록 제작되었습니다.

잠수함을 설계할 때 엔지니어가 주의해야 할 가장 중요한 작업 중 하나는 압력 선체가 누출에 강한지 확인하는 것입니다. 압력 선체의 전반적인 무결성을 유지하면서 붕괴나 변형 없이 외부 정수압에 대처해야 합니다.

잠수함은 일반적으로 선상에서 산소를 생성하기 위해 산소 발생기 캐니스터를 사용합니다. 용기는 염소산나트륨과 철 분말의 혼합물로 채워져 있으며, 점화되면 화학 반응을 일으키고 산소 가스를 방출합니다.

대기권에 직접 접근할 수 없기 때문에 잠수함은 수중에서 장기간 동안 호흡할 수 있는 충분한 산소를 저장해야 합니다. 선상에서 산소를 생성하고 나중에 사용하기 위해 저장하는 시스템이 잠수함 내부에 설치됩니다.

수중에서 산소를 발생시키는 방법 중 하나는 바로 물의 전기분해입니다! 전기분해는 물을 수소와 산소 분자로 분리한 다음 산소를 고압 탱크에 저장합니다. 또한 산소통을 기내에 휴대할 수도 있습니다. 이 실린더는 고압의 산소를 저장하여 잠수함 내부의 사람들에게 호흡 가능한 산소를 공급할 수 있습니다.

그러나 기술적 한계와 공정 중 소비되는 에너지로 인해 전기분해는 보편적으로 받아들여지는 산소 생성 방법이 아닙니다.