田浩宇

潛水作業(yè)太難了

地球表面約70%是海洋，海洋的平均深度約為3800米，最深的地方是馬利亞納海溝，最深處達(dá)11034米。海洋是一個(gè)巨大的寶庫(kù)，水產(chǎn)、石油等礦產(chǎn)資源極為豐富，吸引著科學(xué)家的目光。

雖然目前水下科考一般用機(jī)器人或者潛水艇，但這有點(diǎn)像乘著飛機(jī)探勘珠穆朗瑪峰，很難達(dá)到科學(xué)所追求的精度，也無(wú)法取得足夠的數(shù)據(jù)和樣本做實(shí)驗(yàn)。當(dāng)前最新的智能機(jī)器人，其智能作業(yè)能力僅為人類(lèi)作業(yè)能力的10%左右。人工智能在潛水方面取得突破性進(jìn)展前，人類(lèi)潛水員仍然是最靈活、最直觀的操作者。

海底采珠人可能是最早的潛水員。珍珠生長(zhǎng)在海底的蚌殼里，采珠人必須潛入海底采集。相傳2700多年前我國(guó)就有潛水采珠的技術(shù)。南北朝時(shí)，今天廣西壯族自治區(qū)北部灣的合浦產(chǎn)海珠，但由于采集過(guò)度，珠蚌近乎絕跡。后來(lái)孟嘗來(lái)當(dāng)太守，改善了生態(tài)環(huán)境，珠蚌重現(xiàn)，采珠業(yè)又恢復(fù)了，這就是“合浦珠還”的故事。

現(xiàn)在看來(lái)，古時(shí)候的采珠人還算不上是優(yōu)秀的潛水員：他們鉆入水底，只能在幾米水深的地方待上2～3分鐘。而如今，攜帶壓縮空氣的自由潛水已經(jīng)成為一種體育運(yùn)動(dòng)，接受過(guò)適當(dāng)訓(xùn)練的普通人也能比較容易地下潛至水下十幾米。然而，潛水深度每增加10米，水壓就增加約1個(gè)大氣壓，空氣中的氮?dú)鈺?huì)滲透到人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞里，引起“氮麻醉”。

較長(zhǎng)時(shí)間或者更深的潛水，就要用更專(zhuān)業(yè)的裝備——水肺。水肺里裝的是氦和氧的混合氣體，氦氣的麻醉效應(yīng)遠(yuǎn)低于氮?dú)猓挥脫?dān)心麻醉的問(wèn)題。不過(guò)，氦氣是一種非常好的熱傳導(dǎo)體，潛水員大量吸入后常常感到刺骨的寒冷。

人類(lèi)潛水不僅要考慮呼吸的問(wèn)題，還面臨另一個(gè)威脅：隨著水壓的增大，人體血液溶解氣體的能力也會(huì)增加，當(dāng)潛水員完成工作后快速上浮，氣體會(huì)在減壓的情況下驟然形成氣泡，就好像搖開(kāi)的可樂(lè)一樣，這些氣泡大量堆積在人體血管和組織中，會(huì)造成嚴(yán)重傷害，這就是可怕的“減壓病”。在19世紀(jì)，許多修建水下隧道和橋梁的工人都是因?yàn)檫@個(gè)病喪生的。所以說(shuō)，潛水員在完成潛水任務(wù)后，必須在減壓艙里逐步減壓，再回到海面上來(lái)。不過(guò)，這會(huì)導(dǎo)致深潛作業(yè)效率十分低下。

給潛水員打氣

40多年前，科學(xué)家經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，獲得了一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)：人處在一定壓力環(huán)境中，其血液里溶解的氣體量是有上限的，達(dá)到飽和后，只要壓力不變，血液里的氣體含量也不會(huì)改變。這就像一個(gè)杯子如果盛滿了水，那么再加一滴都不行。這意味著，在給水下某個(gè)深度的潛水員“打滿氣”后，不管潛水員在這個(gè)深度停留多久，其身體里的氣體量都不會(huì)再變，故上岸時(shí)所需的減壓時(shí)間也不會(huì)改變。

因此，“打滿氣”的潛水員在水下某個(gè)深度工作一段時(shí)間后，不必匆忙回到水面上來(lái)減壓，可以繼續(xù)在水下待著，直到工作干完，再返回水面進(jìn)行一次減壓就行了。比如100米深度的飽和潛水：停留24小時(shí)，上岸時(shí)需要花5000分鐘逐漸減壓；停留一周甚至一個(gè)月，上岸時(shí)也只需要花5000分鐘減壓。這就變相提高了潛水作業(yè)的效率。這就是飽和潛水的理念。

飽和潛水技術(shù)可使?jié)撍畣T能夠長(zhǎng)時(shí)間潛到深水作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，開(kāi)展深水搜救、打撈、安裝、探查等精細(xì)作業(yè)，它往往代表著一個(gè)國(guó)家的深水復(fù)雜作業(yè)能力。

飽和潛水怎么做

早期的飽和潛水方案曾經(jīng)力求讓潛水員在水下居住，由于這種方案對(duì)水面保障的要求非常高，而且存在許多缺點(diǎn)，目前已經(jīng)被淘汰?，F(xiàn)代飽和潛水采用的標(biāo)準(zhǔn)方案是甲板加壓艙飽和潛水，其思路是讓潛水員在水面工作船上的高壓居住艙內(nèi)生活，需要作業(yè)時(shí)候就把他們送到水下。

整個(gè)過(guò)程主要有六步。

第一步，加壓。潛水員要先待在一個(gè)密閉的艙室當(dāng)中，艙內(nèi)被不斷地充入混合氣體，直到潛水員血液內(nèi)氣體飽和。

第二步，進(jìn)入高壓生活艙。

第三步，通過(guò)潛水鐘（潛水員運(yùn)載工具）向大海進(jìn)發(fā)。

第四步，出潛水鐘工作。除了復(fù)雜的裝備，潛水員還要面對(duì)重型的機(jī)械裝置，比如輸油管道。有時(shí)候一個(gè)螺栓的重量堪比一個(gè)成年人，再加上水下行動(dòng)困難，能見(jiàn)度低，工作人員往往要花6～8小時(shí)，才能完成當(dāng)天的工作。

第五步，通過(guò)潛水鐘返回到高壓居住艙內(nèi)。

第六步，減壓出艙。

潛水員血液里溶解太多氮?dú)鈺?huì)被麻醉，溶解太多氦氣又會(huì)覺(jué)得冷，為解決這一問(wèn)題，國(guó)際飽和潛水主流方案是采用三元混合氣，其中有用氦氮氧的，也有用氦氫氧的。目前這兩種三元混合氣方案的外海潛水最深紀(jì)錄都由法國(guó)保持，分別為501米和534米。