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中国猛攻深潜技术内情:油气田水深不足国外1/8

排行榜 收藏 打印 发给朋友 举报 来源: 瞭望东方周刊   发布者:郑文浩
热度199票  浏览583次 【共0条评论】【我要评论 时间:2010年9月30日 04:37

  去深海

  480米深潜实验内情

  饱和潜水的巨大经济、军事战略价值,都值得国家的巨额投入、科研人员的艰苦攻关和潜水员的牺牲奉献

  《瞭望东方周刊》记者郑文浩 | 上海报道

  深潜400米,人类必须突破一个“转折点”---进入人体耐受的极限区域,生理负荷迅速升高。中国人,第一次走进这个极限区域,并将模拟深潜的纪录定格在480米。

  9月6日,四名潜水员结束了饱和潜水高压实验舱内19天的模拟水下生活,平安出舱。他们的中枢神经功能、体能智力、心理情绪和呼吸、脉搏、血压、体液等各项生理指标正常,感觉良好。

  在潜水员的蓝色工作服上,清晰印着这次实验活动的代号“潜龙”。《周易》有云:“飞龙在天、潜龙在渊。”在人们对航天英雄耳熟能详之时,“潜龙在渊”的水下勇士,以及他们所代表的深海潜水研究,同样值得注目。

  在商业潜水中应用的饱和潜水技术已比较成熟,300米以浅饱和潜水已经广泛应用,而超过400米的所谓大深度潜水,有着不同的含义。近20年,德国、日本在大深度饱和潜水方面做了大量工作。日本平均每年一次进行大深度饱和潜水实验和训练;德国则认为,超过400米,更强调其军事意义。

  英、美、瑞士、挪威、法、德、日本、俄罗斯等八国已先后突破400米深度。此次中国人向480米深度所作的尝试,刷新了模拟饱和潜水载人实验的亚洲纪录,使中国成为世界上第九个掌握突破400米深度、潜水员直接暴露在高压环境下作业技术的国家。

  实施本次实验的海军某医学研究所政委黄孝虎告诉《望东方周刊》记者,这一实验围绕着海军战斗力建设、围绕着国家的海洋战略推进,旨在为潜艇事故援潜救生提供技术储备;同时,也可大大提高国家的海洋开发能力。

  事实上,在不久前的墨西哥湾海底漏油事件发生后,中国企业开始关注深潜技术---一旦海上油井出事,要封堵,除了装备,还要有人下去保障。

  人类能触摸多深的海底

  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怎么办?水面船舶一旦失事该如何打捞?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。

  “我们海军的一些潜水老前辈,当初的拼命精神非常令人震撼,他们不但在水下艰苦工作,而且还要忍受长时间水下缓慢减压的过程。”一位参与实验的潜水员告诉本刊记者。

  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。

  1957年,美国海军潜水生理学家邦德提出了“饱和潜水”的概念。即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,使潜水员可以停留在高气压下几天乃至几十天,反复、长时间进行水下作业,待预定作业任务完成后,一次减压出水。

  而且科学家还发现,从饱和潜水深度继续向更大深度下潜,在一定深度时程范围内返回原深度,可不经过减压的程序。这就是巡回潜水的概念。

  以中国模拟饱和潜水实验为例,480米为模拟饱和潜水深度,493米则是巡回潜水的深度。

  美法两国对“饱和潜水”的成功实践,极大促进了深海水下作业的发展。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,这是人类不借助深潜器真正到达的最深水下深度。“饱和潜水”功不可没。

  半世纪前沉没的万吨巨轮

  美国人首先提出了“饱和潜水”的概念,因此美军不但很快进行了一系列有关“饱和潜水”的实验,而且在1962年成功组织了代号“人在海中”系列试验。这是世界第一次海上饱和潜水试验,成为开拓海洋内层空间的先驱。

  几乎同时,法国在1962年也组织了代号为“大陆架—I”的海上饱和潜水实验。

  美法两国在该领域的竞争长达20多年。1981年,美国完成“亚特兰蒂斯 III”饱和潜水模拟实验,三名潜水员在模拟686米的深度停留了24小时,在650米的深度整整待了7昼夜;而7年后,法国就在地中海完成了深度为500米的饱和—534米巡回潜水实潜试验,在1992年又实现了模拟深度701米,这个纪录至今无人打破。

  随着饱和潜水技术的成熟,一些发达国家例如瑞士、挪威、德国、日本也投身其中。相对于美法两国的纪录竞争,他们或侧重海洋开发的经济利益,或出于海上战略位置的考虑,更注重通过饱和潜水实践,培养大批熟悉这一技术的潜水员。例如瑞士、挪威、德国进行过多次饱和潜水试验,目前在商业海上救援、深海打捞领域已经具备顶尖实力;而日本则保持着450米的海上实际饱和潜水亚洲纪录。

  中国饱和潜水起步较晚,但发展迅速。海军某医学研究所政委黄孝虎对记者说:“我们医学研究所的成立研究方向之一,潜水科学。该学科的发展,完成了一系列重大军事和民用潜水作业任务,如1963年的‘跃进’号沉没原因的探摸。”

  1963年5月1日,我国自行设计制造的第一艘万吨级远洋货轮“跃进”号,在由青岛驶往日本门司港的途中沉没。在冷战背景下,这艘巨轮的沉没原因备受关注,勘测调查因而格外关键。

  海军医学研究所的科研人员研制了我国空气常规潜水的潜水技术、减压方案,保证了该任务的圆满完成。在进行该项工作时,得到了国家领导人的直接关切,推动了潜水技术和潜水医学研究领域的新进展。而随着我军潜艇等装备的不断更新,潜艇救援成为不容回避的问题,也需要相应的大深度潜水技术,特别是饱和潜水技术。

  1976年,这家海军医学研究所建立了我国第一座饱和潜水实验舱,并在国内首次将饱和潜水实验研究过渡到人,进行了模拟空气饱和潜水实验。尽管模拟深度只有30米,却培养了我国第一批饱和潜水潜水员、生命支持系统技术人员和医学保障人员。

  1987年,中国又进行了首次氦氧饱和潜水海上人体实潜,巡回潜水深度达—100米。

  1989年,这家研究所在500米饱和潜水系统进行了模拟350米氦氧饱和-374米巡回潜水人体实验,高压下暴露20天,创造了当时的亚洲模拟饱和潜水纪录。

  2001年,在海军医学研究所的协助下,我海军南海某部成功地进行了海上150米饱和—182米巡回潜水训练。

  2006年底,中国完成首次海上商业饱和潜水作业(96米饱和-105米巡回潜水),12名潜水员在深海高压中生活了390个小时,出潜28人次,工作时间长达126个小时,完成油田油管更换,实现了饱和潜水从模拟试验转化为商业作业的跨越。

  而此次中国模拟480米氦氧饱和潜水实验成功,再度使中国在大深度潜水上占据亚洲的领先地位。

  本刊记者第一次近距离接触到这四位潜水英雄,潜水员孙志江说:“这次实验虽然是我们四个人进舱,但参与选拔的12个潜水员都是好样的。在我们背后,还有一大批医学科技人员的奉献。”

  每平方米几万公斤负荷

  来自海军三大舰队、参与这次实验的潜水员共有12名,都是具有丰富经验的军官或者士官。他们在进入这个实验项目之前经历了非常精细的检查。“从头到脚、从里到外,甚至包括核磁共振检测。”参与最后进舱实验的潜水员倪磊告诉本刊记者。

  由于饱和潜水实验的原理是惰性气体在血液等体液中完全饱和,因此心脑血管、内脏器官、神经系统更是检查的重点。

  过了体检这一关,潜水员还要进行一系列体能训练。本刊记者查阅的潜水员训练日程安排显示:训练项目包括1000米慢跑、俯卧撑、仰卧起坐、引体向上、呼吸训练、潜水钟训练等项目。同时,潜水医疗专家也建立了潜水员体能训练和技术训练档案。

  此次实验的项目负责人肖卫兵介绍说,选拔适应饱和潜水的潜水员和航天员有很大不同,航天员是瞬时承受压力会达到几个G,但长时间中基本不会超过一个大气压;而潜水员在500米水下就要承担50个大气压,相当于每平方米几万公斤的负荷。这种负荷尽管潜水员意识感受不到,但人体每个细胞都要承受这种压力。

  潜水员自身体能和技术上的准备只是实验成功的一个方面,在真正的饱和潜水模拟实验中,整个团队面临的风险更多。

  首先,实验用加压舱装备已经使用21年,舱体本身虽然按照500米模拟饱和潜水设计,但很多部件已出现问题需要维修,本次实验室载人实验,要求万无一失,项目组结合实验要求,对设备进行改造,并进行了长时间运行,确保设备安全。

  其次,潜水员在实验中最危险的敌人就是高压神经综合征。倪磊告诉本刊记者,在以前的250米饱和潜水实验中,他基本上没有感觉到异样;但在480米饱和潜水实验中,在接近400米时,他明显感到了不同,例如呼吸有阻力、头部有眩晕感、动作开始迟缓等等。经过医疗人员的努力,这些症状都在几个小时内基本消失。而减压的过程,减压病的风险同样不容忽视。

  这次实验在潜水员突破极限的背后,最关键的核心技术或者创新点在于加压、减压的方案设计---快了会危及潜水员生命,慢了则会影响效率,必须在其中找到平衡点。

  肖卫兵告诉本刊记者,这次的减压方案具有独创性,用时比多年来部队训练用时缩短30%,提高了效率,同时也提高了安全性。而此前十多年,部队潜水员训练一直使用外国的减压方案。

  最后,潜水员一旦进入加压舱,这个完全密闭、高压的环境又给外界医疗保障乃至实验的成功带来了诸多困难。从潜水员本身来说,除了身体符合要求外,心理也要平衡、健康,能合群,能协作工作。

  “只要一个潜水员出现问题,整个项目就宣告失败。”潜水员李刚告诉本刊记者。

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