飽和潛水

上世紀50年代開始，核潛艇、海上石油開發等軍事和民用技術的推進，海上航運業也隨著大戰後的經濟復甦而勃興。但問題也同時出現：戰略意義的潛艇一旦在海中失事、水面船舶一旦失事打撈等情況，這些都離不開一批人——具備深水作業能力的潛水員。從人體結構來講，具備承受一定水下壓力的能力，經過訓練的潛水員承壓能力更強。但人類在潛水時也發現了一個死敵——減壓病。

簡單來說，在幾十米的水下，人呼吸壓縮后的普通空氣就行。但隨著深度增大，水下呼吸普通空氣，其中的氮氣在高壓下易引發“氮麻醉”，而且呼吸阻力也隨水壓增大。這時只能呼吸氦等惰性氣體和氧的混合氣體來進行更深的潛水作業。而惰性氣體吸入後會融進人體血液，這就決定潛水員在水下作業時間越長，上浮減壓的過程就越長，潛水作業效率將大大降低。如果不按規程進行減壓，溶解在體內的惰性氣體將在潛水員的關節或身體組織中形成氣泡，會造成嚴重的減壓病，甚至會危及生命。

40年前，美國的一位鄉村醫生經過和同事們反覆試驗，獲得了一個驚人的發現。人如果在高壓下逗留到一定時間，其血液組織里滲入的氣體就會達到飽和程度。從這一程度起，只要壓力不變，即使再增加停留的時間，血液和組織里的氣體含量也不會改變。這就像一隻盛滿了水的杯子，它的含量達到了極限，再加一滴也是不行的，無論把水龍頭再開多長時間，效果總是一樣的。當潛水員在某一壓力下連續停留24小時后，身體組織中溶解的惰性氣體量也就達到了最大限度。嚴格地說，這時吸入的惰性氣體與呼出的量相等，處於動態平衡。機體被惰性氣體飽和得愈多，其安全減壓時間也愈長。如果溶解量達到一定極限，不再增加，其減壓時間也可始終保持不變。根據這一發現，潛水員在海洋的某個深度工作一段時間后，不必匆忙回到海面上來減壓，他可以繼續在海中呆下去，直到工作幹完后再返回海面，進行一次減壓就行了。這種潛水方法，就叫做“飽和潛水”。飽和潛水使潛水作業時間大大增加了，潛水工作效率也得到了很大提高。

1957年，美海軍專家BOND第一次提出“飽和潛水”概念。

1962年，美軍組織代號“人在海中”系列試驗，這是世界第一次海上飽和潛水試驗。

1988年，法國進行了一次飽和-巡迴潛水實潛試驗，潛水員在地中海水下534米海底完成有效作業任務，這是人類真正到達的最深水下深度。

1989年，中國海軍醫學研究所在500米飽和潛水系統進行了模擬350米氦氧飽和－376米巡迴潛水人體實驗，創造當時亞洲紀錄。

1992年，法國又進行了人體氫氦氧混合氣模擬飽和潛水實驗，深度達到了701米，壓力為71.1個絕對大氣壓。這是當前人類承受的最高壓力世界記錄。

1994年，俄羅斯進行動物飽和潛水試驗，發現生物可以承受120～190個絕對大氣壓。也就是說，人類有通過飽和潛水下潛到近水下2000米的可能性。

2008年，日本海上自衛隊完成450米飽和-巡迴潛水實潛試驗，潛水員巡潛深度達450米，為當時亞洲第一。

飽和潛水是人類對於潛水技術的又一個突破。在飽和潛水發現之前，人們雖然掌握了足夠的潛水技術，卻仍然只是海底的匆匆過客。每個潛水員進行一次潛水后，要花費大量的時間進行減壓，這大大影響了工作效率。

作為唯一一種可使潛水員直接暴露於高壓環境開展水下作業的潛水方式，飽和潛水已廣泛應用於失事潛艇救援、海底施工作業、水下資源勘探、海洋科學考察等軍事和民用領域。世界各國都十分重視飽和潛水技術研究，據了解，英、美、瑞士、挪威、法、德、日本、俄羅斯等8國已先後突破400米深度；海上實際深潛實驗，法國、日本已分別達到534米和450米。中國2008年以後有海軍醫學研究所實現了480m循環潛水實驗，成為第9個掌握400m以上深度飽和潛水技術的國家。

飽和潛水的作業系統主要有三種類型：甲板加壓艙系統、水下居住艙系統和出入式深潛器系統，它們都可以把潛水員送到海中進行長時間的工作。

甲板加壓艙系統主要由潛水工作船、甲板加壓艙、潛水鐘等組成。潛水員在甲板加壓艙內加壓或等候，工作時用潛水鐘送到水下，再出鍾作業。

水下居住艙系統由潛水工作船和水下居住艙等組成。

出入式深潛器系統由潛水工作船、出入式深潛器及大吊等組成。

無論是潛艇救援還是水下打撈，總需要時間越短越好。然而為了避免潛水減壓病，反倒限制了潛水員的工作效率。實際上，人類能在水下待多長時間，能潛入多深，不僅取決於高氣壓對機體的作用，也決定於潛水效率。能不能創造一種環境和條件，避免潛水員每次水下作業后繁瑣的減壓程序，使減壓時間並不隨著水下作業的延長而增加，就成了大深度潛水的核心問題。

衡量潛水作業效率一般都用公式：

潛水作業效率= 水下作業時間/(水下作業時間+減壓時間)×100%

由公式可以看出，在一定的作業期內，減壓時間越長，潛水作業效率越低。

由於水下工作時間越長，減壓時間也越長，因此潛水員如果在幾百米下工作2-3個小時，而整個作業長達幾天，則減壓的時間將嚴重影響潛水作業的效率。

1957年，美國海軍潛水生理學家Bond於提出“飽和潛水”的觀點，就是創造出一種環境和條件，使潛水員在高氣壓下長時間暴露，體內各組織體液中所溶解的惰性氣體達到完全飽和的程度，使潛水員可以長期停留在高氣壓下幾天乃至幾十天，待預定作業任務完成後，一次減壓出水。以中國500米飽和潛水系統為例，在實際使用中潛水員可在艙內通過加壓使體內惰性氣體完全飽和，艙體則可以設置在救援艦上，食物通過專用遞物筒提供，潛水員則可以乘坐潛水鐘下至水下500米進行作業，完成後返回艙內即可。由於壓力沒有變化，水下作業可以分批分組連續進行，最後在艙內一次減壓，效率極大提高。

中國成功刷新亞洲模擬飽和潛水實驗深度紀錄的消息引發了各界對大深度潛水和神秘海洋的濃厚興趣。大深度潛水往往意味著水深超過120米，時間超過兩小時，而一些發達國家更具備了400-500米深度的作業能力。物理常識告訴我們，大深度潛水意味著高壓的環境，飽和潛水如何適應這種嚴酷要求，都涉及到哪些技術。

從飽和潛水的實踐中，科學家逐漸發現，從飽和潛水深度繼續向更大深度下潛，在一定深度時程範圍內返回原深度，可不經過減壓的程序，這就是巡迴潛水的概念。以中國模擬飽和潛水實驗為例，480米為模擬飽和潛水深度，493.00米則是巡迴潛水的深度，由於概念的接近，兩個數字很容易混淆。值得特別注意的是，隨著飽和潛水深度增大，巡迴潛水的時間和深度增加的越多。也就是700米飽和后的巡迴潛水範圍遠超過400米飽和后的巡迴潛水範圍。

（一）美國。1957年，美國海軍潛水生理學家Bond提出了使潛水員在水下長期停留生活工作，以提高潛水作業效率的飽和潛水新概念並根據美國海軍的深潛系統進行了一系列實驗。1962年，美國的Link在海上現場進行了代號為“人在海中—I”系列海上飽和潛水實驗，取得了成功，再次通過實踐驗證了飽和潛水的原理，成為開拓海洋內層空間的先驅者。1981年，美國完成了一次命名為“ATLANTIS Ⅲ”的模擬實驗，3名潛水員呼吸氦氮氧三元混合氣，潛達最大深度為686米，在此深度停留了24h。在該次實驗中，潛水員在大於650米的深度下共生活工作了7個晝夜。實驗證明：採用飽和潛水技術，人類可以進行大深度潛水，甚至可以達到以前難以想像的深度。

（二）法國。1962年，法國的Cousteau利用水下居住艙，在海上現場進行了代號為“大陸架—I”的系列海上飽和潛水實驗，取得了成功。1988年，法國COMEX公司在地中海成功的進行了一次命名為“HYDRA-8”的現場氫氦氧混合氣的飽和－巡迴潛水實潛實驗，潛水員在534米海底有效完成了規定的作業任務。這是目前人類真正到達的最深海底。1992年，該公司又進行了一次命名為“HYDRA—10”的人體氫氦氧混合氣模擬飽和潛水實驗，深度達到了701米，壓力為71．1個絕對大氣壓。這是當前人類承受的最高壓力世界記錄。

（三）俄羅斯。1994年，俄羅斯的潛水醫學機構曾進行了大深度的動物實驗研究，呼吸氦氧混合氣的飽和潛水最大深度達101個絕對大氣壓；大鼠呼吸氫氦氧混合氣的飽和潛水最大深度達120～190個絕對大氣壓（12—19米Pa），證明生物可以承受壓力的研究空間還是很大的。

（四）亞洲國家。日本、印度等國也具備飽和潛水能力。2000年以來，日本幾乎每年都進行飽和潛水訓練，多次深度超過400米。2008年日本海上自衛隊在海上完成了440米飽和潛水實際作業訓練，巡潛深度達到450米。

我國飽和潛水起步較晚，但是進展比較迅速。1975年，我國中國人民解放軍海軍醫學研究所開始進行飽和潛水動物實驗研究，開闢了我國飽和潛水的領域。經過動物實驗研究，在1976年，在海軍醫學研究所建立了我國第一座飽和潛水實驗艙，並在國內首次將飽和潛水實驗研究過渡到人，進行了模擬空氣飽和潛水實驗，實驗深度20～30米，共進行七次實驗26人次，實驗獲得成功，培養了我國第一批飽和潛水潛水員、生命支持系統技術人員和醫學保障人員。隨後，上海海難救助局打撈、第二軍醫大學海醫系、中國科學院上海生理研究所共同進行了1次2人次10米模擬空氣飽和潛水實驗，在實驗中進行了30人次的40米空氣巡迴潛水。

1977年，由海軍醫學研究所和上海海難救助打撈局共同負責，第二軍醫大學海醫系、中國科學院上海生理研究所、煙台打撈局、廣州打撈局、上海海員醫院和上海市楊浦區中心醫院等單位參加，在海軍醫學研究所飽和潛水艙和上海打撈救助局（1次）的加壓艙首次進行了飽和深度為20米、30．5米、36．5米的6次共計36人次的氮氧飽和潛水實驗，實驗中進行了181人次50～70米的空氣巡迴潛水。

1979年和1981年，在“南海二號”3X飽和潛水設備系統又開展了國內首次模擬氦氧飽和潛水人體實驗。實驗由交通部海上救撈科研院和石油部南海石油指揮部聯合主辦，海軍醫學研究所、第二軍醫大學海醫系、上海海難救助打撈局共同參加。實驗深度為120米模擬氦氧飽和－165米模擬氦氧巡迴潛水和302米模擬氦氧飽和，參加飽和潛水實驗人員均為3人。1982年，海軍醫學研究所、海軍某試驗區和原海軍411醫院在S米－358深潛器－飽和潛水設備進行了模擬4人次200米氦氧飽和模擬人體實驗，實驗獲得成功。

1987年，在海軍某潛水母船上，海軍醫學研究所和海軍東海艦隊共同主持，第二軍醫大學海醫系參加，應用英國進口的200米飽和潛水設備系統進行了我國首次的氦氧飽和潛水海上人體實驗，8名潛水員進行了80米氦氧飽和－100米巡迴潛水的人體實驗，巡迴潛水18人次。

1989年，海軍醫學研究所在500米飽和潛水系統進行了模擬350米氦氧飽和－376米巡迴潛水人體實驗，高壓下暴露20天。隨後，第二軍醫大學海醫系和海軍東海艦隊，應用英國進口的200米飽和潛水設備系統進行了海上100米氦氧飽和－112米巡迴潛水的人體實驗，4名潛水員參加實驗，進行了4次巡迴潛水。海軍醫學研究所與南海艦隊在某海域共同進行了8名潛水員的120米氦氧飽和－150米巡迴潛水訓練，進行了20人次巡迴潛水。

2001年，第二軍醫大學和海軍醫學研究所分別進行了海上140米氦氧飽和－166米巡迴潛水訓練和150米氦氧飽和－182米巡迴潛水訓練，各進行了12人次和9人次的巡迴潛水。

2006年底，交通部上海打撈局在南海番禺油田完成了我國首次海上商業飽和潛水作業（96米飽和－105米巡迴潛水），12名潛水員在深海高壓中生活了390個小時，出潛28人次，工作時間長達126個小時，完成油田油管更換，實現了我國飽和潛水從模擬試驗轉化為商業作業的跨越。

2010年9月6日15時30分，在海軍醫學研究所500m飽和模擬潛水艙，隨著4名潛水員走出飽和潛水高壓實驗艙，一項亞洲模擬飽和潛水實驗深度新紀錄由此誕生——493米模擬巡潛深度、480米氦氧飽和模擬潛水實驗的成功，使我國成為世界上第9個掌握突破400米深度、潛水員直接暴露在高壓環境下作業技術的國家。

2012年8月6日，中國首艘300米飽和潛水母船“深潛號”在青島建造竣工並交付交通運輸部使用。“深潛號”總長125.7米，型寬25米，型深10．6米，滿載排水量15864噸。“深潛號”的最大亮點是配置了一套300米飽和潛水系統，最大工作深度可達水下300米。

2014年1月12日，北緯20度18分、東經115度09分的南中國海海域。5時零9分，搭載著交通運輸部上海打撈局胡建、管猛、董猛3名潛水員的潛水鐘，從300米水深的海底回到工作母船的甲板上，完成與生活艙的對接，3名潛水員返回到生活艙里休息。現場總指揮郭傑宣布，3名潛水員圓滿完成我國首次300米飽和潛水海底出潛探摸作業，巡迴深度達到313.5米。這是300米深的海底首次迎來了中國人的身姿，中國由此具備了人工潛入300米深的海底“龍宮”探寶的能力。

2015年1月6日凌晨，北海艦隊某防救支隊的潛水員徐曉、高傑、張恆銀，在某海域成功完成飽和潛水系統320米飽和潛水和330.2米巡潛試驗，再創全國新紀錄，獲取了一大批寶貴數據，為將來進行大深度飽和潛水作業打下了堅實基礎。“300多米的深海終於有了我海軍潛水員的身影。”支隊領導自豪地說，這次試驗無論是飽和潛水各系統、各模塊的“硬體”，還是減壓方案、潛水員訓練方法的“軟體”，都是清一色的中國設計、中國製造，而本次下潛的主要任務就是考核飽和潛水系統最大深度技術性能指標。

2021年8月31日，7年艱辛終攻關，中國首次500米飽和潛水陸基載人實驗成功。