اوزون

اوزون و تأثیر آن بر سر نشینان هواپیما

پیشرفت سریع تکنولوژی حمل و نقل و به ویژه حمل و نقل هوایی در جهان و افزایش قابلیت‌ها در کاهش و یا از بین بردن نیاز دستگاه‌های گرداننده، باعث هر چه کوتاه‌تر شدن فاصله بین قاره‌ها، کشورها و شهرهای کوچک و بزرگ دنیا شده است. ارائه روش‌های جدید و معرفی انواع وسایل پرنده اعم از هواپیما، هلیکوپتر، بالون و کشتیهای هوایی در طرحها و اشکال متنوع و پیشرفته بشر را قادر می‌سازد که در ارتفاعات مختلف با شرایط متفاوت به راحتی خود را از محلی به محل دیگر برساند. در این راستا متناسب با تکامل تکنولوژیکی انواع هواپیماهای جت و غیره در سیستم حمل و نقل هوایی که مسلماً مشکلات زیادی را از سر راه بشر بر می‌دارند، مسائل عدیدة جدیدی را پدید می‌آورند که می‌تواند در وضعیت فیزیکی و سازه‌ای هواپیما و یا در امر سلامت و ایمنی سرنشینان تأثیر به سزایی داشته باشد. مسئله اخیر یعنی سلامت و آسایش سرنشینان به ویژه در هواپیماهای مسافربری امری بسیار موثر و اجتناب‌ناپذیر می‌باشد و به عنوان یکی از عوامل تعیین کنندة کیفیت هواپیما و گردانندة آن به حساب می‌آید.



اصولاً پرواز در ارتفاعات بالاتر از حدود 10 هزار پایی سطح دریا از امتیازاتی نظیر کاهش پسای کلی هواپیما، کاهش مصرف سوخت و بری بودن از شرائط نامساعد جوی مثل طوفانها و ابرها و گرد و غبار برخودار است. ولی پرواز در چنین ارتفاعاتی به علت کاهش فشار جو و نقصان میزان اکسیژن مورد نیاز و کاهش درجة حرارت، امکان ادامة حیات را مشکل‌تر می‌کند. زیرا بدن انسان آمادگی پذیرش آن شرایط را نداشته و علاوه بر آن میزان اکسیژن جذب شده توسط خون و بافتهای بدن پائین می‌آید که باعث بروز عارضه‌ای بنام هایپوکسیا ( Hypoxia ) می‌شود. با توجه به این مسائل باید وسیلة پرواز طوری طراحی و ساخته شود که سرنشینان بتوانند در ارتفاعات مختلف از اکسیژن و فشار هوای مناسب سود ببرند. از طرف دیگر سازه هواپیما باید قادر به تحمل اختلاف فشار در محدوده‌های معین از داخل و خارج باشد .
نخستین هواپیمای مسافربری که به منظور پرواز در ارتفاعات بالا در آسمان قرار گرفت و قادر بود به مشکل کمبود فشار جوی و نقصان اکسیژن فایق آید هواپیمایی بنام B-307 یا استراتولاینر (Strstoliner)) )) ) بود که در سال 1940 توسط کمپانی بوئینگ طراحی و ساخته شد.



میزان کارآیی این هواپیما به نحوی بود که می‌توانست سرنشینان خود را تا ارتفاعات بالای ابرها به آسمان ببرد تا از وجود شرایط نامناسب خلاصی یابد. به این ترتیب مسافران هواپیما می‌توانستند در طول پرواز بدون استفاده از ماسک اکسیژن در کابین تحت فشار همچون شرایط پائین در آرامش و ایمنی کافی به سر برده و از عوارض هوایپوکسیا نیز در امان باشند.
هواپیماهای B-307 اولین هواپیمای مسافربری دنیا بود که به سیسم تنظیم فشار کابین مجهیز شد و با ابداع آن تحولی نو در ساخت هواپیماهای حمل و نقل پدید آمد. بطوریکه هم‌اکنون هم هواپیماهای حمل و نقل مسافربری از آن پیروی می‌کنند.
با پیدایش هواپیماهای جت در خلال دهه 1950 تاریخ هوانوردی دنیا شاهد دگرگونی تازه‌ای شد. و با هواپیماهای جدید و موتورهای جدید،انسان توانست فاصله‌های بسیار زیاد بین نقاط دوردست را به آسانی در مدتی کمتر و با پرواز به ارتفاعات بالاتر طی کند. این دگرگونی به نوبة خود مشکلات جدیدی را در سر راه انسان قرار داد که یکی از آنها مسئله اوزون در ارتفاعات بالای لایة توروپوسفر زمین بود.
اوزون گازی است با سه اتم اکسیژن و فرمول O3 که در ارتفاعات بالای جو به صورت طبیعی در اثر تابش اشعه‌های فرابنفش نور خورشید با مولکول اکسیژن دو اتمی (O2) که حدود 21% از ترکیبات هوا را تشکیل می‌دهد پدید می‌آید.
گرچه بیشتر هواپیماهای مسافربری،امروزه به طور معمول در ارتفاعاتی نزدیک به لایة تروپوپاز (حدود 36000 پا از سطح دریا) پرواز می‌کنند و در این ارتفاعات هواپیما کمتر در معرض گاز اوزون قرار می‌گیرد.



لیکن برخی از هواپیماهای مسافربری بزرگ به جهت برخورداری از مزایای کارآیی بهتر و سرعت بیشتر و مصرف سوخت کم و یا دلائل دیگر سعی دارند از آن ارتفاع هم فراتر روند و در حدود 40 تا 45 هزار پایی از سطح دریا قرار گیرند.
در چنین ارتفاعاتی وجود گاز اوزون با درصدهای مختلف و گاه بیش از حد قابل تحمل، ایجاد مشکل برای سرنشینان اعم از کادر پرواز یا مسافرین می‌کند. مختل شدن تنفس، ناراحتیهای چشم و گوش، گرفتگی گلو و بینی و گاه درد سینه و سرفه‌های شدید از عوارض ناشی از وجود گاز اوزون در هوا می‌باشد.
هوای فشردة کابین در هواپیماهای بزرگ معمولاً از قسمت کمپرسور موتورهای جت گرفته شده و پس از عبور از دستگاه‌های تنظیم دما و فشار برای تهویة کابین وارد هواپیما می‌شود. همراه با این هوای فشرده مقداری از گاز اوزون معلق در هوای آزاد به درون موتور رانده می‌شود و در مسیر هوای فشرده به کابین می‌رسد. اگرچه در حدود 30 درصد از این گاز سه اتمی پس از گذشتن از وسائل تهویه و کانالها شکسته شده و به گاز دو اتمی اکسیژن تبدیل می‌شود ولی 70 درصد باقیمانده خود عاملی برای ایجاد ناآرامی و اختلال برای مسافرین و کادر پرواز محسوب می‌شود.



اوزون گازی است بی‌رنگ، سمی، ناپایدار با بوئی مخصوص و سوزآور. غلظت این گاز در هوا با ازدیاد ارتفاع افزایش می‌یابد و مقدار آن از ارتفاع 25000 پایی به بالا به تدریج زیاد می‌شود و در برخی از ارتفاعات و نواحی به بالاترین حد می‌رسد. مثلاً‌ در ارتفاع 60000 پایی از سطح دریا به بالاترین میزان در هوا وجود دارد که البته نسبت به تغییر فصول سال و تغییرات عرض جغرافیایی و شرایط آب و هوایی این مقادیر متغیر است. اوزون در نواحی دور از خط استوا و در اواخر فصل زمستان و اوائل فصل بهار در حد بالایی در هوا پراکنده است. با وزش بادهای قطبی ذرات اوزون از مناطق دور به ارتفاعات پائین‌تر سرازیر شده و هنگامیکه هواپیما در این شرایط پرواز می‌کند مقدار زیادی از آن وارد هواپیما می‌شود.
تأثیرات فیزیکی اوزون بر بدن نسبت به میزان استنشاق متفاوت است و خوشبختانه اثر آن در اغلب مردم بسیار کوتاه مدت است. چنانچه بدن انسان در هوایی که به میزان 3/0 (سه دهم) واحد در میلیون حجم، اوزون داشته باشد قرار گیرد به ناراحتیهایی از قبیل سوزش گلو، چشم و بینی دچار می‌شود و گاه وضع تنفس را دشوار می‌سازد.
در پروازهای کوتاه مدت به علت گذشتن سریع از مناطق اوزون‌دار، این عوارض ناچیز و قابل اغماض است. بنابر تجارب گذشته و آزمایش روی هوای کابین برای هواپیمائی که در سطوحی پائین‌تر از لایة تروپوپار پرواز می‌کند مقدار اوزون بسیار ناچیز است و در آن ارتفاعات می‌توان با آسودگی با کابین فشرده مسافرت نمود. در ارتفاع تروپوپاز و بالاتر از آن غلظت اوزون در حدود 5/0 واحد در میلیون حجم و گاه بیشتر می‌شود.
اثر اوزون (O3) بر روی سرنشینان هواپیما اولین بار در پروازهای طولانی هواپیماهای جت قدیمی همچون جت بوئینگ 707 و داگلاسDC-8 مشاهده شد. این هواپیماها تا ارتفاعاتی بالاتر از 30000 پایی از سطح دریا اوج می گیرند که مقدار این گاز به تدریج افزایش می‌یابد. به علت تغییرات ناگهانی و غیرعادی جوی در خلال سالهای 77-1976 ، تاثیر گاز اوزون بر بدن انسان در پروازهای بلند مدت مورد توجه بیشترقرار گرفت.
با شروع به کار انواع هواپیماهای جت پهن‌پیکر دوربرد همچون جت B-747 که در ارتفاع بالاتری از سایر هواپیماها پرواز می‌کنند،تاثیر این گاز شدیدتر شده دست اندرکاران را به فکر چاره انداخت. به دلیل طولانی بودن پروازهای بین‌المللی و امکان قرار گرفتن بدن انسان در معرض اوزون قدمهای موثری برای خنثی نمودن اثرهای آن برداشته شده و تاکنون شیوه‌های متفاوتی برای کاهش این گاز مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است. مشکلاتی که بر سر راه شیوه‌های موثر قرار دارد یکی این است که آیا به کارگیری آنها از نظر اقتصادی مقرون به صرفه می‌باشد یا خیر و دیگر اینکه چه تأثیری می‌تواند بر بازدهی و کارآیی هواپیما داشته باشد.
در سال 1977 پس از انجام تحقیقات لازم توسط کمپانی بوئینگ و خطوط هوایی پان امریکن یک سیستم خنثی‌سازی اوزون بر روی یکی از هواپیماهای 747 آن شرکت تعبیه شد که به مدت 30 روز به طور آزمایشی در پروازهای طولانی مسیر نیویورک-توکیو کار می‌کرد. در این سیستم از هوای فشرده و داغ مرحلة 15 کمپرسور موتور (آخرین مرحله هوای فشرده) هوای لازم برای تهویة کابین گرفته شده و پس از عبور از دستگاههای تنظیم فشار و دما وارد هواپیما می‌شد. در این روش طبعاً گاز اوزون موجود به وسیلة حرارت و فشار زیاد هوا تجزیه و به گاز اکسیژن قابل مصرف تبدیل می شد. اگرچه این سیستم قادر بود اوزون را به میزان قابل توجهی از بین ببرد لیکن به علت استفادة ممتد از هوای فشردة آخرین مرحلة کمپرسور باعث افزایش مصرف سوخت موتورها به میزان 3 درصد می‌شدو و از طرفی خدمة پروازی هواپیما را وادار به انجام کار بیشتر می‌نمود و حجم فعالیت آنها را بالا می‌برد.
یادآوری می‌شود که در این هواپیماها هوای فشرده لازم برای تهویه و فشار کابین معمولاً در طول پرواز از مرحله هشتم کمپرسور با حرارت و فشار کمتر گرفته می‌شود که به طور خودکار از طریق دریچه‌های یک طرفه به سیستم‌های مربوط انتقال می‌یابد و هیچ‌گونه کار اضافی را برای کادر پروازی بوجود نمی‌آورد. بنا به دلائل گفته شده پس از بررسیهای لازم در این شیوه به کارگیری سیستم ذکر شده چندان مورد توجه و استقبال قرار نگرفت و روشهای دیگری پیشنهاد و دنبال شد. از سوی دیگر در خلال همین بررسیها بود که از طرف سازمان هوانوردی فدرال امریکا دستورالعملی صادر شد مبنی بر اینکه چنانچه در پرواز علائمی از وجود گاز ازون در هر یک از خدمة پرواز یا سایر سرنشینان مشاهده شود، باید ارتفاع پروازی را تا حدود 4000 پا از آنچه هست کاهش دهند. و در مناطقی که در آن وجود گاز ازون اجتناب‌ناپذیر است خلبانان در پرواز شبانه ملزم به استفاده از ماسک اکسیژن 100% می‌باشند.
پس از منتفی شدن روش اول، سازمانهای سازنده با همکاری خطوط هوایی گردانندة هواپیماها روشهای دیگری را پیشنهاد و مورد ارزیابی قرار دادند. از جمله این روشها که در خلال چند سالة اخیر مورد توجه و استفاده قرار گرفت بکارگیری فیلترهای کربنی مخصوص بود که در مسیر هوای تهویة کابین قرار گرفت. این فیلترها که از چندین شبکة توری محتوی ذرات ذغال تشکیل شده می‌توانست تا حد مناسبی مقدار اوزون موجود در هوای ورودی کابین را گرفته و آنرا به اکسیژن قابل تنفس تبدیل کند. بدون اینکه در مصرف سوخت هواپیما یا کار خلبانان تأثیر منفی بگذارد.
در واقع ای فیلترها کارکاتالیزورهایی را انجام می‌دهند که با اتم سوم اوزون ترکیب شده و آنرا به O2 تبدیل می‌کنند، بدون اینکه خود فیلترها فاسد شوند. تنها عیب فیلترهای فوق این بود که باعث افزایش وزن هواپیما می‌شدند که آن‌ها به تدریج با تجدید نظرهای لازم در ساختمان آنها کاهش یافت.
هر چند این فیلترها راه حل مناسبی در خنثی‌سازی گاز اوزون در هواپیماهای بزرگ به شمار می‌رود وامروزه همه از آنها به خوبی استفاده می‌کنند ولی دست‌اندرکاران و مسئولان امر همچنان در تلاش از بین بردن یا خنثی‌سازی کامل این گاز سمی می‌باشند.





منبع مقاله:صنایع هوایی
عکس:راعی