饱和潜水：向海洋深处潜

□ 廖 可

2014年1月12日，北纬20度18分、东经115度09分的南中国海海域，5时零9分，搭载着交通运输部上海打捞局胡建、管猛、董猛3名潜水员的潜水钟，从300米水深的海底回到工作母船的甲板上，完成与生活舱的对接。现场总指挥郭杰宣布，3名潜水员圆满完成我国首次300米饱和潜水海底出潜探摸作业，巡回深度达到313.5米。这是300米深的海底首次迎来中国人的身姿，中国由此具备了人工潜入300米深的海底“龙宫”探宝的能力。

2012年6月27日，中国载人深潜器“蛟龙”号在西太平洋的马里亚纳海沟海试中，成功到达7 062米海底，创造了作业类载人潜水器新的世界纪录。但是，由于深海的巨大压力使人类生命无法承受，潜水员直接潜到水下去作业，成为人类进入的“禁区”。目前，英国、美国、瑞士、挪威、法国、德国、日本、俄罗斯8国已先后突破400米深度潜水技术，其中法国潜入了600多米的深度。这些成绩的取得，依赖的法宝就是科学家发明的“饱和潜水”技术。

饱和潜水即让潜水员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，来适应高压环境。潜水员可以长期停留在高压下进行作业，然后一次减压出仓。

饱和潜水，“龙宫”探宝的一把“金钥匙”

辽阔深邃的海洋，是一个巨大的自然宝库。到深海去考察，向海底索取宝藏，使海洋为人类服务，这是人类几千年来所向往的。

人潜入海洋，即会遇到一个完全不同于陆地的特殊环境。水下是一个高压、寒冷、能见度极低（太阳光被海水吸收）的黑暗世界,其中最主要的因素是高压。人直接潜入海底作业，如果压力作用不均匀，或者压力变化过剧，会对人体造成气压伤、挤压伤等伤害。所以，从医学角度来讲，进入海洋内层空间要比进入宇宙外层空间复杂和困难得多。直到现在，人类能有效地进行潜水作业的深度，绝大多数还在60米至180米左右，可以说仅仅只是征服了海洋的极浅表层而已。

近二十多年来，海洋科学发展迅速，虽然已经有了很多仪器设备(包括：载人潜水器、潜水机器人、海洋考察卫星)可以用来了解海洋或进入海洋完成一些简单的任务，也还有很多复杂作业，诸如海底矿藏资源(石油、天然气、可燃冰等)的勘探开发、海洋科学研究考察(生物、地质、地貌、水文等)、水底工程(水下基地、桥墩、石油生产平台等)施工、港湾码头建筑、水产养殖，海底电线铺设、航道清除、沉船打捞、海难教助、水下设施检查，以及军事作业(水下侦察、爆破、援潜救生)等等，需要潜水员直接潜到水下去作业，完成那些单靠仪器设备所难以完成的十分困难而精细的操作。所以，在现阶段向海洋进军的研究工作中，如何使人类能直接潜入海洋深处，进行有效的作业，完成特定的任务，仍是一项迫切而重要的课题。

饱和潜水，“我”的家族人丁兴旺

与饱和潜水相伴相生的其它作业种类还有不少。可以说海洋深潜家族人丁兴旺，“兄弟”众多，最常使用的有以下几种。

氧气潜水：即以纯氧作为呼吸介质的一种潜水。所用的潜水装具中有高压氧瓶储存压缩氧气。由于氧的毒性作用限制，只可以在10米以内的深度使用，而且使用时间有严格规定。但由于不含中性气体，上升时可不减压。

空气潜水：即以压缩空气作为呼吸介质的一种潜水。空气的组成成分中，少量的二氧化碳和稀有气体可略而不计，它实质上是氮（79%）氧（21%）混合气。可由空气压缩机提供不同压力的压缩空气，方便而经济。但是，氮有麻醉作用。潜水者从30米深度起即可出现喝过酒一样的状态：先是兴奋，高级神经活动功能降低；继而记忆力、定向力减退，明显影响作业能力。深度增大，最后甚至可出现昏迷状态。由于氮的麻醉作用和氧的毒性作用，空气潜水的安全有效作业深度被限制在50～60米左右。

氦氧潜水：潜水深度超过60米，这种氦氧混合气中氧的浓度是严格控制的，使它既不缺氧，又不引起氧的毒性作用。可在大深度下使用。作业深度可以达到120米。

一般情况下，空气和氮氧潜水作业时间不长，统称“常规潜水”。由于氮和氦都是中性气体，潜水作业结束时，需要按规定在水中进行严格减压。这种减压需要一定时间。例如：在60米深处工作30分钟，呼吸压缩空气，减压需要3小时。在水中减压时间为在水中作业时间的6倍。在215米深处工作25分钟，呼吸氦氧混合气，减压需要30小时，减压时间是作业时间的72倍。整个潜水过程，只有很短的时间在进行作业，而绝大部分时间都花在为了保证安全出水的减压上去了。潜水深度越大，潜水时间越长，减压时间也越长。实际上在较大深度，真正能在水底从事作业的时间太短了，许多任务无法进行。因此，潜水生理学家们试图研究各种途径，努力提高潜水作业效率，增加作业深度。

饱和潜水，开创人类深潜新时代

饱和潜水的潜水员呼吸高压气体后，虽然机体内中性气体的溶解量，一般地说是随潜水深度和时间的增加而增多,但机体内中性气体的饱和过程，是按呼吸气体和机体组织两者之间中性气体的压差梯度来进行的。下潜初期，吸入气体中中性气体的分压高,组织中中性气体的分压低，两者之间，压差梯度大，中性气体在组织中就饱和得多些。之后，随着潜水时间的延长，组织中已经饱和了一定程度的中性气体，两者之间的压差梯度越来越小，中性气体在组织中饱和得也就越来越少。当机体在某一压力下，停留足够的时间后，一般说24小时，吸入气体与组织中这种压差即趋于完全平衡，这时机体溶解的中性气体也就达到了最高峰值，就是100%的饱和，生理学上称为“完全饱和”。在这一压力下，即使再延长停留时间，机体内的中性气体也不会继续增多。

在一定的压力下停留24小时，所需要的减压时间显然是很长的，通常要好几天时间(如氦氧混合气，200米约需4～5天，300米约需10天)。值得注意的是：超过了24小时，已经达到了完全饱和程度，既然中性气体的溶解量不会再增多，减压时间自然亦可不必再延长了。例如：在100米深度，停留作业24小时，与长期在这个深度停留、生活、工作10天、15天、24天甚至更长时间一样，最后可以用完全相同的减压时间一次安全减压出水。在高压下，潜水员可以随意到压力相同的海底作业，一天多次，这就相对地大大提高了潜水作业的效率。这种长期在高压下生活、工作的潜水方式就称为“饱和潜水”。与之相对应，常规潜水便是“不饱和潜水”了。

这一设想，后来通过一系列实验及现场研究得到了证实，并且证明：人在300米以下的高压下长期生活，能具有良好的适应能力，机体变化基本上在正常生理范围以内，并可有效地进行中等劳动强度的作业。

饱和潜水的探海“神器”

要进行饱和潜水，必须有特殊的设备，它们是饱和潜水的探海“神器”。

水下居住舱。在海底某个固定作业点，设置一座供潜水员长期生活用的“水下居住舱”，舱内充入供呼吸用的特殊配比的人工混合气体，压力与这个深度的外界静水压相等。供人员出入的门设在舱的底部，使舱内不致进水，保持干燥的气体环境。舱内有供潜水员衣食住的各种设施，有维持适宜环境的空气调节、净化系统设备（使舱内保持恒温、恒湿、恒压），有供潜水员到舱外海底进行作业时用的潜水装具（包括潜水呼吸器、热水加热潜水衣、供气供水和供通讯电缆的“脐带”)和各种潜水工具。有了这些东西，潜水员就可较长期地生活在水底这个“基地”内。每天按作息时间表到舱外海底工作点从事勘探、打捞、施工、检修、科研以及军事等各种作业，“下班”后回舱休息、进食，盥洗、睡觉。由于舱内外压力一样，所以可从舱底部的门自由出入，无需加压或减压。只要体力能胜任，每天在外作业的时间和次数均不受限制（常规潜水通常每天只允许下潜作业一次，还要严格实行减压）。以这种方式，潜水员可在水下生活、工作几天、几周、甚至几个月，直到完成某项任务，最后用潜水钟（或人员运载舱）接回水面，转送到水面母船上的甲板加压舱中，经过一次完善的减压，即可回到正常大气环境中来。有了这种饱和潜水技术，潜水员就可不必再因水底作业时间过短、减压时间冗长，影响任务的完成而发愁了，作业深度也可以进一步加大。

水下居住舱可设计成固定的或带动力可转动的，所需电、水、气体、饮食由水面母船或岸上供应，也可自携。在妥善解决供应的基础上，潜水员可在不受海面风浪、气象变化的影响下，在较大深度，不分昼夜地工作，因而可以完成常规潜水所难以进行的水下复杂作业。

甲板居住舱：如若作业深度较大，任务又不在一个固定作业点进行，而是一天转换一个以上的地方，固定设置的水下居住舱要起浮、沉放就不那么方便了。近年来，在潜水工作母船上又专门设计建造了供饱和潜水使用的设备系统，也就是将水下居住舱造在母船上，这称为“甲板居住舱”。

在实施饱和潜水作业时，潜水员先在甲板居住舱内加压到海底作业点的深度，然后着深潜装具，通过接口，从甲板居住舱进入潜水钟（压力不变）。吊机将潜水钟吊放到海底作业点，潜水员从钟底舱门外出，借助“脐带”从钟内获得气体和热水，并可通话联系，脐带一股长15～30米，可在这个半径范围内作业。工作结束，回到钟内，在压力不变条件下，起吊拉出水面，再与甲板居住舱对囗相接，潜水员回到舱中休息，舱内压力始终与海底工作深度相同。第一批潜水员上来后，可以让第二批继续下潜。如此反复，直到完成任务，最后就在甲板居住舱中按饱和潜水减压方案减压出舱。有的母船上设有多个甲板居住舱和潜水钟，可以同时进行数组不同深度的饱和潜水作业。

甲板居住舱的各项生命支持系统设备（空调、净化、供气、供水、排污）可充分利用船上相应系统。潜水员的饮食可直接从传物舱按时送入舱内。母船具有高度机动性，可以按任务需要移动船位。这种设备为饱和潜水技术的进一步推广应用创造了优越的条件。

由于潜水钟本身无动力，潜水员的活动半径要受到脐带长度的限制。近年来，又专门设计建造了一种设有加压舱、可供潜水员在水中调压进出、亦可与母船甲板居住舱对口相接的工作小潜艇（称为“调压进出式可潜器”）来替代潜水钟。它有动力，有一定续航力，工作原理与潜水钟完全相同。因为有机动性，脐带长度限制的缺点就不存在了，对母船定位精度要求也不必要了。所以，随着潜水技术装备的发展，人们潜入并利用海洋的能力正在逐步增加，前景十分广阔。

饱和潜水，维护海洋权益的必备技术

常规氦氧潜水最大工作深度不过120米，减压时间很长，减压病发病率亦较高。正是由于从减压时间来比较、从安全性来评价、从完成任务的可能性来衡量，采用饱和潜水技术已成为一种发展的必然趋势。所以，饱和潜水的优越性，除了大大提高潜水作业效率、简化减压次数从而减少发病机会外，另一突出的价值在于对大深度潜水可行性的明显突破。看来，人要直接向深海进军，至今唯一的手段就是采用饱和潜水技术。此外，根据生理学上关于中性气体饱和度的计算结果，潜水员还从饱和潜水尝试向更大一些的深度下潜，在一定“深度、时间”范围内作业后，无须减压后回到潜水钟或居住舱，这种方式称为“饱和——巡回潜水技术”。它既保持了饱和潜水提高效率的优点，又延伸了潜水作业的深度。

近年来，随着海洋石油、天然气的开发，大大促进了饱和潜水技术的应用，英国和挪威在油田开发工业中，在180米海水深度进行了大量饱和潜水作业，取得了很好的成效。

我国在这一领域起步较迟，1976年海军医学研究所首先建成了一套饱和潜水设备系统，并开始了一系列空气、氮氧饱和潜水的实验研究，取得了不少成果。而近20年来，由于饱和潜水技术的出现，目前在海上实验性潜水最大深度达600米；实验室加压舱中模拟饱和潜水，最大尝试达到了685米。许多学者认为这个深度不是人体耐受的极限，还会有进一步的突破。在300米深度进行饱和潜水作业的条件已经基本成熟。一些国家设计建造了能从事400～500米深度饱和潜水作业的设备系统和工作母船，以迎接海洋开发的新任务。所以，也有人说，饱和潜水技术使潜水作业从简单个体劳动发展到了现代化大生产的水平。饱和潜水技术将会发展成为今后主要的潜水作业形式。

在我国南海、东海、黄海等海区中，海洋石油、可燃冰和天然气等资源的开发前景十分喜人。我国海域有些区块的深度在120～200米左右，必须采用饱和潜水技术。我国首次300米饱和潜水作业取得成功, 表明中国在向深海进军的征程中, 可以在更大的深度下,开展复杂的水下安装、抽油、抢险打捞作业, 可增强我国大深度水下各类应急抢险和环境救助能力,提高应对我国东海、南海及经济专属区政治、经济等紧急事件发生的能力,提升我国在海洋活动、海洋经济中的话语权, 这是一个国家综合实力的体现。2014年1月12日，在交通运输部上海打捞局3名潜水员圆满完成我国首次300米饱和潜水海底探摸作业后，交通运输部救捞局局长王振亮表示，交通运输部已将攻克500米饱和潜水作业技术列入计划。我们深信，饱和潜水技术将为我国海洋工程领域的迅速发展作出积极的贡献。