تعویض سه‌دقیقه‌ای: هواپیماهای مسافربری واقعاً چگونه هوای کابین را در طول پرواز تصفیه و جایگزین می‌کنند؟

هوای داخل کابین هواپیمای مسافربری هر دو تا سه دقیقه یک‌بار کاملاً تازه می‌شود؛ یعنی در هر ساعت ۲۰ تا ۳۰ بار تعویض می‌شود. این چرخه سریع به ترکیب مساوی (۵۰/۵۰) از هوای تازه بیرون که از طریق موتورها به داخل کشیده می‌شود (Bleed air) و هوای بازیافتی که از فیلترهای درجه‌یک بیمارستانی عبور می‌کند، متکی است. نتیجه این فرآیند، محیطی است که ۹۹٫۹۷ درصد از ذرات معلق در هوا را پیش از آنکه فرصت پخش شدن پیدا کنند، از بین می‌برد.

برای اینکه درک کنید این سیستم در عمل چگونه کار می‌کند، کافی است نگاهی به سقف و کف هواپیما بیندازید. هوا از جلوی هواپیما به سمت عقب نمی‌وزد؛ بلکه از دریچه‌های بالای سرتان به پایین می‌ریزد و به‌طور پیوسته به سمت دریچه‌های خروجی که نزدیک کف کابین تعبیه شده‌اند، کشیده می‌شود. دکتر بیورن بکر (Bjoern Becker) از گروه لوفت‌هانزا اشاره می‌کند که این طراحی «دقیقاً مشابه جریان هوای لایه‌ای در یک اتاق عمل است و تداخل جریان‌های هوا در آن به حداقل ممکن می‌رسد.»[1]

اداره هوانوردی فدرال آمریکا (FAA) هواپیماهای تجاری را موظف کرده است که در هر دقیقه ۰٫۵۵ پوند هوای تازه برای هر مسافر تامین کنند. برای رسیدن به این استاندارد، سیستم کنترل محیطی هواپیما، هوای بسیار سرد و پرفشار را از بخش کمپرسور موتورهای جت - درست قبل از مرحله احتراق - به داخل می‌کشد. این هوای تازه خنک شده، منبسط می‌شود و با هوای موجود در کابین در هم می‌آمیزد.

نیمی از این ترکیب که همان هوای بازیافتی است، به همین سادگی دوباره به داخل کابین برنمی‌گردد. این هوا ابتدا از فیلترهای ذرات معلق با راندمان بالا (HEPA) عبور می‌کند. تونی جولیان (Tony Julian)، کارشناس تصفیه هوا در گروه زیست‌محیطی RGF توضیح می‌دهد که فیلترهای تاییدشده هپا «۹۹٫۹۷ درصد از ذرات معلق در هوا با اندازه بزرگتر از ۰٫۳ میکرون را مسدود و جذب می‌کنند.» به لطف فیزیکِ رهگیری پخشی (diffusional interception)، این فیلترها در به دام انداختن ذرات کوچکتر از ۰٫۱ میکرون - که شامل بیشتر ویروس‌ها می‌شود - حتی عملکرد بهتری هم دارند.[1]

وقتی این معیارها را با ساختمان‌های معمولی مقایسه می‌کنید، متوجه می‌شوید که کابین هواپیما یک استثنای شگفت‌انگیز است. یک ساختمان اداری تجاری معمولی، هوای خود را ۴ تا ۱۰ بار در ساعت تعویض می‌کند. اما یک پرواز تجاری با نرخ ۲۰ تا ۳۰ بار تغییر هوا در ساعت (ACH) عمل می‌کند؛ به این معنی که هوای اطراف شما تقریباً سه تا پنج برابر سریع‌تر از یک فضای کاری استاندارد روی زمین تازه می‌شود.

نزدیک‌ترین معادل برای این فضا، یک محیط استریل جراحی است. استاندارد ۱۷۰ انجمن مهندسان گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE)، الزامات تهویه را برای مراکز درمانی تعیین می‌کند. بر اساس نسخه ۲۰۲۱ این استاندارد، یک اتاق عمل بیمارستان باید حداقل ۲۰ بار تعویض کامل هوا در ساعت را حفظ کند. یک بوئینگ ۷۷۷ یا ایرباس A350 در ارتفاع پروازی، دقیقاً با این استاندارد جراحی برابری کرده یا حتی از آن فراتر می‌رود.[3]

با این حال، حجم عظیم هوای تمیز تمام خطرات سفر را از بین نمی‌برد. اگرچه سیستم فیلتراسیون به محض ورود هوا به کانال‌ها آن را کاملاً تصفیه می‌کند، اما نمی‌تواند جلوی قطره‌ای را بگیرد که مستقیماً از یک مسافر به فردی که در فاصله چند سانتی‌متری او در صندلی وسط نشسته است، منتقل می‌شود. مراکز کنترل و پیشگیری از بیماری‌ها (CDC) یادآور می‌شوند که نزدیکی فیزیکی مسافران به یکدیگر همچنان عامل اصلی انتقال بیماری است، چرا که یک عامل بیماری‌زا پیش از رسیدن به دریچه کف کابین، به میزبان جدید خود می‌رسد.

پیامد جانبی کشیدن هوای تازه از ارتفاع ۳۵ هزار فوت، خشکی شدید هواست. هوای بیرون در ارتفاع پروازی تقریباً هیچ رطوبتی ندارد. با ترکیب ۵۰/۵۰ این هوا با هوای بازیافتی کابین، سیستم موفق می‌شود بخشی از رطوبت محیطی که توسط خود مسافران تولید شده را حفظ کند، اما رطوبت کابین معمولاً بین ۱۰ تا ۲۰ درصد باقی می‌ماند. این محیط خشک می‌تواند غشاهای مخاطی شما را کم‌آب کند؛ به همین دلیل است که مسافران اغلب پس از یک پرواز طولانی، حتی در یک کابین با فیلتراسیون عالی، احساس خستگی جسمی می‌کنند.[3]

این سیستم همچنین در برابر نقص‌های مکانیکی آسیب‌پذیر است. از آنجا که هوای تازه از موتورها گرفته می‌شود، نشتی درزگیر روغن یا خرابی یاتاقان فن بازیافت هوا می‌تواند گهگاه بخار روغن موتور یا مایع هیدرولیک را وارد کابین کند. سازمان FAA خطوط هوایی را ملزم می‌کند تا در صورت وقوع این «رویدادهای نشت بخار» (fume events)، گزارش‌های نقص فنی ارائه دهند. اگرچه این اتفاقات در میان میلیون‌ها پروازی که سالانه انجام می‌شود از نظر آماری نادر هستند، اما همچنان نقطه تمرکز اتحادیه‌های مهمانداران برای درخواست نصب سنسورهای اختصاصی کیفیت هوا محسوب می‌شوند.

برخی از هواپیماهای مدرن این معماری را اساساً تغییر داده‌اند تا از آسیب‌پذیری سیستم هوای گرفته‌شده از موتور کاملاً جلوگیری کنند. بوئینگ ۷۸۷ دریم‌لاینر از کمپرسورهای اختصاصی با نیروی الکتریکی استفاده می‌کند تا هوای تازه را مستقیماً از بیرون به داخل بکشد و موتورها را دور بزند. این طراحی به هواپیما اجازه می‌دهد تا همان نرخ تعویض هوای ۲۰ تا ۳۰ بار در ساعت را حفظ کند، در حالی که خطر آلودگی با روغن موتور را از بین برده و امکان حفظ سطح رطوبت کمی بالاتر در کابین را فراهم می‌کند.[3]

فراتر از فیلتراسیون، سیستم کنترل محیطی، فشار کابین را نیز مدیریت می‌کند. در طول یک پرواز عادی، FAA هواپیماهای تجاری را ملزم می‌کند که فشار کابین را معادل حداکثر ۸۰۰۰ فوت بالاتر از سطح دریا نگه دارند. هواپیماهای کامپوزیتی جدیدتر می‌توانند فشار کابین را در ارتفاع پایین‌تری در حدود ۶۰۰۰ فوت حفظ کنند؛ این ویژگی فشار جزئی اکسیژن را افزایش داده و خستگی شما را در طول سفر به میزان قابل‌توجهی کاهش می‌دهد.

در واقع، بالاترین خطر انتقال بیماری‌های هوابرد پیش از آنکه هواپیما باند فرودگاه را ترک کند، رخ می‌دهد. طبق گزارش CDC، زمانی که هواپیما در گیت پارک شده و موتورها و واحد توان کمکی آن خاموش هستند، سیستم تهویه اصلی نیز اغلب خاموش است. در طول سوار و پیاده شدن مسافران، نرخ تعویض هوای ۲۰ تا ۳۰ بار در ساعت به صفر می‌رسد، مگر اینکه خدمه زمینی یک شلنگ هوای از پیش تهویه‌شده را به هواپیما متصل کنند. همین موضوع باعث می‌شود این ۳۰ دقیقه شلوغ، آسیب‌پذیرترین بخش سفر شما باشد.

برای مسافری که در حال برنامه‌ریزی یک سفر است، این داده‌ها اطمینان‌خاطر خاصی به همراه دارد. هوایی که در ارتفاع ۳۵ هزار فوتی تنفس می‌کنید، به‌مراتب تمیزتر از هوای ترمینالی است که از آنجا حرکت کرده‌اید. با درک اینکه این سیستم بر جریان پیوسته هوا به سمت پایین متکی است، می‌توانید با باز نگه داشتن دریچه هوای بالای سرتان، راحتی خود را به حداکثر برسانید و یک پرده نامرئی از هوای فیلترشده بسازید که ذرات محیط را به سمت دریچه‌های کف هواپیما می‌راند.[1][3]