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饱和潜水是什么?

发表时间:2024/08/30 20:55:49  来源:大自然探索 2024年6期  作者:田浩宇  浏览次数:27  
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潜水作业太难了

地球表面约70%是海洋,海洋的平均深度约为3800米,最深的地方是马利亚纳海沟,最深处达11034米。海洋是一个巨大的宝库,水产、石油等矿产资源极为丰富,吸引着科学家的目光。

虽然目前水下科考一般用机器人或者潜水艇,但这有点像乘着飞机探勘珠穆朗玛峰,很难达到科学所追求的精度,也无法取得足够的数据和样本做实验。当前最新的智能机器人,其智能作业能力仅为人类作业能力的10%左右。人工智能在潜水方面取得突破性进展前,人类潜水员仍然是最灵活、最直观的操作者。

海底采珠人可能是最早的潜水员。珍珠生长在海底的蚌壳里,采珠人必须潜入海底采集。相传2700多年前我国就有潜水采珠的技术。南北朝时,今天广西壮族自治区北部湾的合浦产海珠,但由于采集过度,珠蚌近乎绝迹。后来孟尝来当太守,改善了生态环境,珠蚌重现,采珠业又恢复了,这就是“合浦珠还”的故事。

现在看来,古时候的采珠人还算不上是优秀的潜水员:他们钻入水底,只能在几米水深的地方待上2~3分钟。而如今,携带压缩空气的自由潜水已经成为一种体育运动,接受过适当训练的普通人也能比较容易地下潜至水下十几米。然而,潜水深度每增加10米,水压就增加约1个大气压,空气中的氮气会渗透到人体中枢神经系统的细胞里,引起“氮麻醉”。

较长时间或者更深的潜水,就要用更专业的装备——水肺。水肺里装的是氦和氧的混合气体,氦气的麻醉效应远低于氮气,不用担心麻醉的问题。不过,氦气是一种非常好的热传导体,潜水员大量吸入后常常感到刺骨的寒冷。

人类潜水不仅要考虑呼吸的问题,还面临另一个威胁:随着水压的增大,人体血液溶解气体的能力也会增加,当潜水员完成工作后快速上浮,气体会在减压的情况下骤然形成气泡,就好像摇开的可乐一样,这些气泡大量堆积在人体血管和组织中,会造成严重伤害,这就是可怕的“减压病”。在19世纪,许多修建水下隧道和桥梁的工人都是因为这个病丧生的。所以说,潜水员在完成潜水任务后,必须在减压舱里逐步减压,再回到海面上来。不过,这会导致深潜作业效率十分低下。

给潜水员打气

40多年前,科学家经过反复试验,获得了一个惊人的发现:人处在一定压力环境中,其血液里溶解的气体量是有上限的,达到饱和后,只要压力不变,血液里的气体含量也不会改变。这就像一个杯子如果盛满了水,那么再加一滴都不行。这意味着,在给水下某个深度的潜水员“打满气”后,不管潜水员在这个深度停留多久,其身体里的气体量都不会再变,故上岸时所需的减压时间也不会改变。

因此,“打满气”的潜水员在水下某个深度工作一段时间后,不必匆忙回到水面上来减压,可以继续在水下待着,直到工作干完,再返回水面进行一次减压就行了。比如100米深度的饱和潜水:停留24小时,上岸时需要花5000分钟逐渐减压;停留一周甚至一个月,上岸时也只需要花5000分钟减压。这就变相提高了潜水作业的效率。这就是饱和潜水的理念。

饱和潜水技术可使潜水员能够长时间潜到深水作业现场,开展深水搜救、打捞、安装、探查等精细作业,它往往代表着一个国家的深水复杂作业能力。

饱和潜水怎么做

早期的饱和潜水方案曾经力求让潜水员在水下居住,由于这种方案对水面保障的要求非常高,而且存在许多缺点,目前已经被淘汰。现代饱和潜水采用的标准方案是甲板加压舱饱和潜水,其思路是让潜水员在水面工作船上的高压居住舱内生活,需要作业时候就把他们送到水下。

整个过程主要有六步。

第一步,加压。潜水员要先待在一个密闭的舱室当中,舱内被不断地充入混合气体,直到潜水员血液内气体饱和。

第二步,进入高压生活舱。

第三步,通过潜水钟(潜水员运载工具)向大海进发。

第四步,出潜水钟工作。除了复杂的装备,潜水员还要面对重型的机械装置,比如输油管道。有时候一个螺栓的重量堪比一个成年人,再加上水下行动困难,能见度低,工作人员往往要花6~8小时,才能完成当天的工作。

第五步,通过潜水钟返回到高压居住舱内。

第六步,减压出舱。

潜水员血液里溶解太多氮气会被麻醉,溶解太多氦气又会觉得冷,为解决这一问题,国际饱和潜水主流方案是采用三元混合气,其中有用氦氮氧的,也有用氦氢氧的。目前这两种三元混合气方案的外海潜水最深纪录都由法国保持,分别为501米和534米。

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