饱和潜水

一种潜水作业方式

饱和潜水是一种使人可以直接暴露在高压环境下，实现长时间、大深度工作的潜水作业方式。

产生背景

上世纪50年代开始，核潜艇、海上石油开发等军事和民用技术的推进，海上航运业也随着大战后的经济复苏而勃兴。但问题也同时出现：战略意义的潜艇一旦在海中失事、水面船舶一旦失事打捞等情况，这些都离不开一批人——具备深水作业能力的潜水员。从人体结构来讲，具备承受一定水下压力的能力，经过训练的潜水员承压能力更强。但人类在潜水时也发现了一个死敌——减压病。

简单来说，在几十米的水下，人呼吸压缩后的普通空气就行。但随着深度增大，水下呼吸普通空气，其中的氮气在高压下易引发“氮麻醉”，而且呼吸阻力也随水压增大。这时只能呼吸氦等惰性气体和氧的混合气体来进行更深的潜水作业。而惰性气体吸入后会融进人体血液，这就决定潜水员在水下作业时间越长，上浮减压的过程就越长，潜水作业效率将大大降低。如果不按规程进行减压，溶解在体内的惰性气体将在潜水员的关节或身体组织中形成气泡，会造成严重的减压病，甚至会危及生命。

40年前，美国的一位乡村医生经过和同事们反复试验，获得了一个惊人的发现。人如果在高压下逗留到一定时间，其血液组织里渗入的气体就会达到饱和程度。从这一程度起，只要压力不变，即使再增加停留的时间，血液和组织里的气体含量也不会改变。这就像一只盛满了水的杯子，它的含量达到了极限，再加一滴也是不行的，无论把水龙头再开多长时间，效果总是一样的。当潜水员在某一压力下连续停留24小时后，身体组织中溶解的惰性气体量也就达到了最大限度。严格地说，这时吸入的惰性气体与呼出的量相等，处于动态平衡。机体被惰性气体饱和得愈多，其安全减压时间也愈长。如果溶解量达到一定极限，不再增加，其减压时间也可始终保持不变。根据这一发现，潜水员在海洋的某个深度工作一段时间后，不必匆忙回到海面上来减压，他可以继续在海中呆下去，直到工作干完后再返回海面，进行一次减压就行了。这种潜水方法，就叫做“饱和潜水”。饱和潜水使潜水作业时间大大增加了，潜水工作效率也得到了很大提高。

历史沿革

1957年，美海军专家BOND第一次提出“饱和潜水”概念。

1962年，美军组织代号“人在海中”系列试验，这是世界第一次海上饱和潜水试验。

1988年，法国进行了一次饱和-巡回潜水实潜试验，潜水员在地中海水下534米海底完成有效作业任务，这是人类真正到达的最深水下深度。

1989年，中国海军医学研究所在500米饱和潜水系统进行了模拟350米氦氧饱和－376米巡回潜水人体实验，创造当时亚洲纪录。

1992年，法国又进行了人体氢氦氧混合气模拟饱和潜水实验，深度达到了701米，压力为71.1个绝对大气压。这是当前人类承受的最高压力世界记录。

1994年，俄罗斯进行动物饱和潜水试验，发现生物可以承受120～190个绝对大气压。也就是说，人类有通过饱和潜水下潜到近水下2000米的可能性。

2008年，日本海上自卫队完成450米饱和-巡回潜水实潜试验，潜水员巡潜深度达450米，为当时亚洲第一。

应用领域

饱和潜水是人类对于潜水技术的又一个突破。在饱和潜水发现之前，人们虽然掌握了足够的潜水技术，却仍然只是海底的匆匆过客。每个潜水员进行一次潜水后，要花费大量的时间进行减压，这大大影响了工作效率。

作为唯一一种可使潜水员直接暴露于高压环境开展水下作业的潜水方式，饱和潜水已广泛应用于失事潜艇救援、海底施工作业、水下资源勘探、海洋科学考察等军事和民用领域。世界各国都十分重视饱和潜水技术研究，据了解，英、美、瑞士、挪威、法、德、日本、俄罗斯等8国已先后突破400米深度；海上实际深潜实验，法国、日本已分别达到534米和450米。中国2008年以后有海军医学研究所实现了480m循环潜水实验，成为第9个掌握400m以上深度饱和潜水技术的国家。

系统组成

饱和潜水的作业系统主要有三种类型：甲板加压舱系统、水下居住舱系统和出入式深潜器系统，它们都可以把潜水员送到海中进行长时间的工作。

甲板加压舱系统主要由潜水工作船、甲板加压舱、潜水钟等组成。潜水员在甲板加压舱内加压或等候，工作时用潜水钟送到水下，再出钟作业。

水下居住舱系统由潜水工作船和水下居住舱等组成。

出入式深潜器系统由潜水工作船、出入式深潜器及大吊等组成。

潜水效率

无论是潜艇救援还是水下打捞，总需要时间越短越好。然而为了避免潜水减压病，反倒限制了潜水员的工作效率。实际上，人类能在水下待多长时间，能潜入多深，不仅取决于高气压对机体的作用，也决定于潜水效率。能不能创造一种环境和条件，避免潜水员每次水下作业后繁琐的减压程序，使减压时间并不随着水下作业的延长而增加，就成了大深度潜水的核心问题。

衡量潜水作业效率一般都用公式：

潜水作业效率= 水下作业时间/(水下作业时间+减压时间)×100%

由公式可以看出，在一定的作业期内，减压时间越长，潜水作业效率越低。

实现过程

由于水下工作时间越长，减压时间也越长，因此潜水员如果在几百米下工作2-3个小时，而整个作业长达几天，则减压的时间将严重影响潜水作业的效率。

1957年，美国海军潜水生理学家Bond于提出“饱和潜水”的观点，就是创造出一种环境和条件，使潜水员在高气压下长时间暴露，体内各组织体液中所溶解的惰性气体达到完全饱和的程度，使潜水员可以长期停留在高气压下几天乃至几十天，待预定作业任务完成后，一次减压出水。以中国500米饱和潜水系统为例，在实际使用中潜水员可在舱内通过加压使体内惰性气体完全饱和，舱体则可以设置在救援舰上，食物通过专用递物筒提供，潜水员则可以乘坐潜水钟下至水下500米进行作业，完成后返回舱内即可。由于压力没有变化，水下作业可以分批分组连续进行，最后在舱内一次减压，效率极大提高。

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