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  科技支撑探海300米  
  日期:2014-07-14    来源:中国交通报  
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科技支撑探海300

策划支持:南通大学航海医学研究所

 

 

 

  南通大学海医所200米饱和潜水模拟试验成功后,潜水员出舱前合影。

 

 

  饱和潜水视频截图。

 

   舱外支持保障。

 

  112日,我国首次圆满完成了300米饱和潜水海底出潜探摸作业,巡回潜水深度达到313.5米。

  其实就在几天前,南通大学航海医学研究所(以下简称“海医所”)成功完成了“200米氦氧饱和潜水模拟试验”(以下简称“试验”),交通运输部上海打捞局的潜水员和保障队伍在南通大学预演了引人注目的“饱和潜水”,而这次试验的总指挥正是我国300米饱和潜水现场总指挥郭杰,在这次试验中作为舱外照料员的管猛则成为300米饱和潜水的潜水员之一。

  为了详细了解有关饱和潜水的科研进展和保障技术,记者近日采访了南通大学海医所专家。

  过程篇

  预防“加压病”和“减压病”

  据了解,“200米饱和潜水模拟试验”分为三个阶段,即饱和潜水加压阶段、饱和潜水停留阶段、饱和潜水减压阶段。

  2013122710时,上海打捞局4名职业潜水员进入南通大学200米饱和潜水系统的生活舱。

  首先,采用氦氧混合气体加压至2.5米,建立一定的氧分压,并在此深度停留一定时间,以检查舱室泄漏及面罩情况,确保所有设备正常运行。

  随后,采用氧浓度为2%的氦氧混合气体缓慢加压至200米深度,以避免在加压阶段出现的高压神经综合症或加压关节痛。整个加压阶段持续至28日上午10时零6分,耗时1447分钟。在模拟175米深以后,潜水员可能遭遇高压神经综合征和加压性的关节痛及带来的心理负担。因此,加压必须避免在潜水员熟睡的时候进展,以便生命保障人员密切关注潜水员的身体状态。整个加压过程,四名潜水员均没有出现上述不适,加压过程顺利完成,此后正式进入“饱和潜水停留”阶段。

  在饱和潜水停留阶段,当加压至200米深度后,潜水员需要在舱内休息6小时以上才能进行模拟水下作业。在此期间,生命支持人员和研究人员详细询问了潜水员的身体状态以及心理表现等,密切关注潜水员的健康状况;严格控制舱室内各项环境参数,例如,饱和舱室内的温湿度、二氧化碳及氧浓度等。

  2013123015时,在饱和停留53个小时后,潜水员通过模拟舱室,身着潜水服,开始下到模拟水舱完成203米的巡回潜水。为了避免潜水员的体温变化太大,技术人员对潜水服循环加热,减少潜水员热量的丧失。

  20131231日零时30分,在200米压力下暴露62小时后开始减压,整个减压过程是保证潜水员生命安全的关键。

  减压的速度和幅度必须适当,使潜水员体内氦气的张力与外界总气压的比值不超过饱和安全系数,以避免发生气泡,但又应当尽量地接近过饱和安全系数,以保证惰性气体脱饱和有充足的驱动力。

  “本次试验最终采用阶段减压法。”朱俐介绍说,根据氦气的性质,制定了合理的减压表。在减压过程中严格控制舱室环境,特别是氧气浓度,以避免减压病的发生。

  2014176时许,经过173.5小时的减压后,潜水员顺利出舱,4名潜水员均状态良好。三个试验阶段共耗时约260小时。

  在整个试验过程中,海医所研究人员通过遥测多导生理记录仪监测了潜水员的心电、脑电、肌电、呼吸和皮温等;通过事件相关电位测试仪检测了诱发脑电,包括注意、工作记忆、心理旋转等内容。此外,还对潜水员进行了运动负荷试验,监测了握力、触觉、空间知觉、动觉记忆、深度知觉、心理健康水平、情绪状态和言语流畅性等指标。

  解惑篇

  何为饱和潜水?

  据海医所所长朱俐教授介绍,潜水方式可分为常规潜水和饱和潜水两种类型。

  饱和潜水是在水下某深度或者相当于该深度水压的高气压环境中,长时间暴露,致使呼吸气体中的惰性气体在机体各类组织中达到完全饱和。在这一深度条件下,不论暴露时间如何延长,其减压时间不会因潜水时间延长而再增加,例如:在100米深度停留作业24小时和停留24天,最后均可以用完全相同的减压时间一次性安全地减压出水。这种潜水方式,即为饱和潜水。

  饱和潜水的优势在哪?

  饱和潜水科研看似冷门,实际却与蓝色“中国梦”密切相关。无论是海上救生、沉船打捞、水下施工、海洋资源勘探开发,都必须拥有饱和潜水技术才能实现。

  与常规潜水相比,饱和潜水技术具有较大的优越性:

  一是增加潜水作业深度。目前常规潜水作业最大深度停留在120米左右,而饱和潜水实验室的世界记录深度目前已突破700米,海上作业的世界记录深度已达534米。

  二是提高水下作业灵活性。饱和潜水时,潜水员无需加压或减压,就可以在一定水深范围内进行持续作业。这一特点大大提高了水下作业的灵活性。

  三是延长水下作业时间、提高效率。有数据表明,常规潜水在水深60米时潜水时间为60分钟,减压时间需要176分钟,潜水作业效率为25%。而氦氧饱和潜水在水深100米作业时间可达到42480分钟,减压时间约为5040分钟,潜水作业效率为89%。

  四是受作业环境影响小、安全性高。当海况变差时,饱和潜水可以利用潜水钟将潜水员不经减压运送至水面舱内休息。当海况好转后,可以继续入水作业。

  200米试验和300米实践

  技术差别在哪?

  据朱俐介绍,国际上已实现了饱和潜水下潜700多米的深度,从理论、技术到装备已解决了700米以下饱和潜水的许多问题。200米和300米的饱和潜水,最大的不同是加压、减压的时间不同,200米饱和潜水试验的顺利实施,有助于更好地完成300米的饱和潜水实践。

  从我国的实际情况来看,解决好200米左右的饱和潜水技术、装备和医学保障问题,能够满足我国大陆架范围大部分的潜水作业需求。

  为何用氦气作呼吸气体?

  据了解,饱和潜水必须首先解决好潜水员下潜到深水时的呼吸安全问题,目前国际上通常采用氦氧加压法,即采用氧浓度为20%的氦氧混合气体作为潜水员的呼吸气体。

  据专家介绍,由于空气中含大量氮气,以致于潜水员在饱和潜水加压至60米深度后就可能出现一定程度的“氮麻醉”和“氧中毒”,这将严重威胁潜水员的生命安全,因此饱和潜水选用氦气作为呼吸气体的主要成份,因为氦气麻醉作用极低、呼吸阻力小、扩散速度快。

  使用氦气也有一定风险,例如它的热容量和导热系数较大,在呼吸过程中容易从肺部丧失较多的热量,因此,严格控制舱室温度在保障潜水员生命安全和作业效率中尤为关键。

  档案篇

  首个建在高校的饱和潜水模拟系统

  南通大学“200米饱和潜水系统”是唯一建在高校的饱和潜水模拟系统。

  南通大学对航海医学、潜水医学研究有着30多年的积淀。早在1979年,原交通部便批准在该校设立航海医学研究所,从事我国航海、潜水科研,并在晕船病机理和防治、船员心理研究方面取得大量科研成果。

  2011年,南通大学“航海心理学与潜水医学实验中心”获交通运输部批准建设,主体项目即“200米饱和潜水系统”,这套系统由上海打捞局芜湖潜水装备厂与交通运输部潜水装备研发中心自主设计制造,经过两年多的建设,全部装配完成。这套系统可以开展科研、教学,也可以开展职业潜水员培训,以及直接为深潜水作业进行保障服务。

  20131227日,经过前期适应性训练的交通运输部上海打捞局4名潜水员进入“200米饱和潜水系统”生活舱,开展了为期11天的饱和潜水模拟试验并取得圆满成功。

  据中国心理卫生协会交通心理分会理事长、南通大学研究员戴家隽介绍,此次试验的目标就是全面检验饱和潜水系统的功能和可靠性,检测多种仪器设备在高压下的运行状况,并取得潜水员生理、心理、生化及环境变化的试验数据,为开展饱和潜水教学、科研和潜水员培训等工作培养一支专业技术队伍。

  保障篇

  生活用品必须清洁无毒

  为保证生命健康,加压前准备工作十分严格,包括生活舱、过渡舱及模拟水舱的消毒,各有关设备装具以及仪器表的检查,各种所需气体数量和质量的核定等,并制定了饱和潜水的具体加压方案。

  为了解舱室在整个试验前后环境的变化,科研人员在进舱前对舱内进行微生物和气体采样,并在整个高气压暴露过程中对舱室内的微生物和气体持续监测。这一工作为制定“潜水员高压居住环境的卫生消毒”国家标准奠定了基础。

  整个饱和潜水过程中,为了保证潜水员生活舱室内的生活卫生,每天更换潜水员的服装,并隔2天更换被褥、被套等,通过递物筒传送给专门负责的照料员进行清洗和消毒,保证生活用品清洁无毒。

  校正“唐老鸭效应”

  “加压起始阶段,潜水员可能出现‘唐老鸭效应’。”朱俐介绍说,加压起始阶段,由于呼吸气体的密度不断加大,同时由于氦气的特有性质,潜水员的语音显示出特殊的变化,如音调标高,带有鼻音,语音清晰度明显降低,难以听懂甚至完全不能听懂,这种异常语音称为“氦语音”,俗称“唐老鸭效应”。

  为了及时了解潜水员的身体状况和需求,技术人员通过氦语音校正系统与潜水员进行沟通。

  在200米暴露一定时间后,潜水员感觉到了细微变化,包括对温度的变化极其敏感、吃饭的时候容易塞牙等,身体容易疲劳,感觉关节活动不如常压下灵活,这些都是潜水员需要通过加压锻炼逐步适应的问题,这也是饱和潜水科研人员需要攻克的难题之一。

  每日四餐有标准 可洗热水澡

  由于潜水员持续暴露在高气压环境中,而高气压暴露导致体能过度消耗,因此潜水员采用6小时进餐制,即四餐制。

  按照中国营养学会颁布的《中国居民营养膳食标准》,研究人员结合潜水作业特点和潜水员的个人口味,为潜水员制定了每日食谱,包括对热量、蛋白质、脂质和其他营养素等的控制。同时,试验期间禁止潜水员食用豆制品、产气食物、辛辣及有气味食物,避免不合适的味道在密闭舱室内持续逗留,对潜水员造成心理上的影响。上述工作将有助于制定“饱和潜水员膳食营养的摄入与补充”国家标准。

  由于高压舱的高压环境,与外界连接的管道必须封闭,因此潜水员需要洗漱和洗澡时,通过舱内的呼叫系统向控制中心发出指令,舱外照料人员在得到指令后启动一系列设备向舱内提供热水,利用气压差排水排污。据了解,潜水员还能在舱内洗热水澡。

  用耐高压电脑与家人交流

  在这么狭小的空间内停留这么长时间,娱乐活动是必不可少的。为解决这一问题,海医所提供了各式各样的书籍、智力玩具等。由于潜水员恰逢在舱内迎接新年,研究人员还特意为他们准备了新年礼物并送去祝福。

  通过前期对电脑的相关测试,此次试验过程中还首次将一台耐高压的笔记本电脑带进了高压舱内,潜水员通过电脑上网可与外界和家人进行交流,以便缓解心理负担。

  
 
 
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