美国海军航母舰载机飞行员缺氧事件的启示

2023-12-11杨玲玲李聪聪张孝强胡可昕李旭霞

海军医学杂志 2023年9期

杨玲玲，李聪聪，张孝强，胡可昕，李旭霞

现如今，先进舰载战斗机的性能不断提升，飞行中供氧面临更多挑战，造成飞行缺氧事件增加。飞行缺氧主要是大脑和其他身体组织的缺氧，严重时会影响认知，甚至发生晕厥。自2010 年以来，美国海军舰载机飞行员缺氧问题的报道逐渐增多［1］，并在2017 年激增［2］，供氧问题一度成为最主要的飞行生理事件类型，因而飞行员对供氧的担忧和飞行挫折感也不断增加。缺氧事件曾造成美国海军多起飞机与人员损失事故，涉及战斗机、教练机等舰载机型，导致大批舰载机停飞，严重影响美国海军正常部署。笔者将从美国海军舰载机飞行员缺氧事件、调查情况、响应措施方面进行阐述。

1 缺氧事件

缺氧被认为是美国固定翼飞机飞行员面临的最大安全问题。1996-2016 年的20 年内，机舱内缺氧约导致15 名美国海军战斗机飞行员丧生；2015 年美国海军和海军陆战队报道了110 多起机舱内缺氧事件［3］。美国海军T-45“苍鹰”教练机、F/A-18A/B/C/D“大黄蜂”战斗机、F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机、EA-18G“咆哮者”电子战飞机及F-35“闪电Ⅱ”战斗机均经历过飞行员缺氧事件［4］。

1.1 F/A-18 战斗机

F/A-18 战斗机作为目前美国海军最主要的舰载战斗机，1983 年开始服役美国海军，2006 年7 月在F-14“雄猫”战斗机退役后，成为美国航空母舰上唯一的舰载战斗机，直至F-35 战斗机服役部署。2012-2017 年的5 年间，F/A-18 系列战斗机出现缺氧事件达到300 起左右，美国海军2017 年6 月的报告显示，缺氧事件导致4 名F/A-18 战斗机飞行员死亡［5］。2018 年5 月，在打击叙利亚行动中，“杜鲁门”号航母搭载的2 架F/A-18E 战斗机因飞行员缺氧，紧急迫降到土耳其空军基地，其中1 名飞行员表现出严重的缺氧症状，必须得到地面人员的协助才能离开机舱［1］。

1.2 EA-18G“咆哮者”电子战飞机

2018 年1 月，1 架EA-18G 电子战飞机的环境控制系统出现故障，导致机舱失压，机载制氧系统停止工作，飞行员只能依靠机上备用氧系统进行呼吸，着陆时，备用氧几乎耗尽。2018 年6 月、2019 年3 月EA-18G 飞机均因为飞行员缺氧而紧急迫降到民航机场［6］。

1.3 F-35“闪电-II”战斗机

2019 年2 月28 日，美国海军宣布其F-35C 航母舰载机形成初始作战能力，可以进行作战部署。F-35 战斗机是世界上最先进的战机之一，其3 种型号“F-35A、F-35B、F-35C”采用通用的机载制氧系统。美国空军F-35A 战斗机曾多次出现飞行缺氧事件，导致大批飞机停飞。例如，美国某空军基地的F-35A 战斗机在2017 年5 月2 日至6 月8 日连续发生5 起飞行员缺氧事件，缺氧症状包括头晕、指（趾）发麻/刺痛，飞行员均启用了备用氧系统。美国空军随后停飞了55 架同类型战斗机［7］。

美国F-22、F-35 战斗机同为美国洛克希德·马丁公司研发，具备相似的机载制氧系统［8］。2008-2012 年，美国空军F-22 战斗机也多次出现供氧问题，其中，1 名飞行员死亡，1 名飞行员濒临死亡，还有数十名飞行员出现认知水平下降或空间定向问题。

1.4 T-45“苍鹰”教练机

美国海军T-45“苍鹰”教练机为美国海军较旧的舰载机，平均机龄为20 年［9］。2012-2017 年间，T-45 教练机飞行员经历了多起缺氧事件。2017 年初，超过100 名飞行教练员因为飞行缺氧而拒绝驾驶该教练机；同年4 月，美国海军停飞其本土至少3 个基地的约200 架T-45 教练机［10］，导致美国海军及海军陆战队F/A-18 等舰载机着舰训练中断［11］。

2 调查情况

2.1 调查经过

舰载机缺氧事件往往不是单一因素造成的，调查过程通常较为复杂，调查力量涉及多部门、多专业，经费开支大，耗时长。缺氧事件不断升级后，美国国会要求美国海军对F/A-18、T-45 舰载机供氧问题进行调查、整改，例如采用新式舱内海拔高度计、升级机载制氧系统、优化生命支持系统、改进生理监测和预警系统，以及安装战斗机自动地面防撞系统等，并要求美国海军部长按时提交整改报告。

为调查缺氧事件，美国海军成立了2 支航空生理问题纠正行动队，分别负责T-45 与F/A-18 舰载机的安全调查。纠正行动队对机载供氧系统、舱压控制系统、氧气面罩等硬件进行了调查研究，还结合了飞行员脱水、体温、疲劳、饮食、低血糖、身体载荷、健康状况、认知负荷等航空医学因素等进行了调查研究［12］。

美国海军还邀请美国国家航空航天局工程与安全中心（NASA Engineering and Safety Center， NESC）对其F/A-18 舰载机缺氧事件进行调查评估［13］，该中心启动了飞行员呼吸调查评估项目（pilot breathing assessment， PBA），调查团队由环境控制系统、氧气系统、生命支持系统、航空系统、系统工程、飞行医学、生理学、人体系统/人为因素、分析化学、安全以及数据挖掘和分析领域的多名技术专家组成，重点开展机舱内人为因素与缺氧事件的关系研究［14］。

由于美国空军F-35A、T-6 Texan 教练机等也出现了严重的缺氧和停飞事件，为此，美国海军与空军联合开展研究以应对缺氧事件。

2.2 调查结果

经过一系列调查，美国海军认为其舰载机缺氧事件原因非常复杂，可能与飞行防护装具、供氧系统、飞行员等因素相关［3］。

2.2.1 飞行防护装具束缚海军舰载机飞行员由于比空军飞行员配置更多的个人装备，且在弹射起飞时需要固定、收紧许多装具，比空军飞行员面临更多的缺氧问题。

2.2.2 供氧设备故障与维修不足 T-45 教练机缺氧事件可能与机载制氧系统老化或过滤装置失修导致氧气污染有关，而F/A-18 战斗机缺氧事件还涉及环境控制系统和机载制氧系统问题。

美海军航空供氧系统维护不足原因包括：（1）对供氧系统的检修、维护缺少制度约束；（2）航空设备快速发展，维护人员能力不足；（3）维护严重依赖地方，远海部署时地方人员、零配件转运受限；（4）美国国会对海军缩减国防开支、精简人员造成航空维护人员数量不足［15］。

2.2.3 人员因素美国海军舰载机不少缺氧事件发生在飞行训练中，涉及一些改装机型中，飞行员紧张及缺氧识别不准确可能是报告缺氧事件上升的原因。飞行装具如氧气面罩的非正常使用、贴合不紧密等可能也是缺氧的原因。一些飞行人员对缺氧有一定的心理暗示，在稍不舒服时，可能会报告实际上并未发生的缺氧事件。另外，飞行人员疲劳、过度换气、低血糖、脱水等均与缺氧有一定关系。

3 响应措施

3.1 引入飞行员氧气（穿戴）监测技术

由于缺乏监测手段，美国海军舰载机飞行员缺氧多由飞行员主动报告，缺氧发生的隐匿性、不易识别等特点也常使统计数据少于实际数据。舰载机氧气系统及缺氧原因复杂，而且缺氧会导致严重后果。为此，美军优化、更新了技术装备对舱压、氧气浓度、飞行员呼吸系统进行监测，以获得相关分析数据，并在必要时进行预警，使飞行员及时采取紧急措施。例如，飞行员缺氧事件发生后，美国海军委托波音公司在其1 000 多架F/A-18 舰载机中安装舱压监测系统（cockpit pressure obogs monitoring system， CPOMS），对其氧气浓度和增压数据进行连续监测、记录、预警。美国国家航空航天局对军事飞行员缺氧事件的调查中使用了英国Cobham 公司研发的VigilOX 系统，该系统可对呼吸的氧气、二氧化碳、频率及舱压进行监测。美国海军为T-45 教练机配备GGU-25 智能制氧机，为飞行员提供清洁氧气［16］，并安装Cobham公司研发的CRU-123 监测系统，监测舱压和氧气浓度。美国海军还试图开发一种基于氧气、二氧化碳和飞行员脑电波水平的算法，以研制智能头盔，及时向飞行员发出缺氧预警。另外，还考虑采用特殊面料制作能够采集心率、呼吸数据的智能飞行服装［17］。

3.2 加强飞行员缺氧训练

缺氧症状具有明显的个体差异，常见手脚麻痹刺痛、肢体不协调、潮热、冷汗、呼吸急促、反应迟缓、视力模糊、失去知觉、精神错乱等较多生理、心理症状［18］，加上发生缓慢、渐进，没有经过缺氧训练或体验的飞行人员往往需要15 s 才有可能对缺氧作出正确反应［19］。美军一贯重视航空缺氧训练，连续性缺氧事件发生后，美军加强了飞行人员的缺氧识别及应急处置训练，充分考虑训练安全性和人员依从性，对飞行人员进行个性化缺氧监测，使其掌握自身特异性症状及应急处置程序。由于低压舱易造成气压伤、减压病、鼓膜破裂、低温伤、训练积极性不高等问题，美国海军多采用常压缺氧训练方式［20］。美国海军航空航天医学研究所（Naval Aerospace Medical Institute， NAMI）开展的缺氧训练由实验人员监测飞行人员的脑电波、氧气水平和认知水平。飞行人员佩戴减氧呼吸装置（reduced oxygen breathing device， ROBD），该装置比低压舱具有更好的空间适应性，使飞行人员不必去缺氧训练中心，在部署地或训练基地即可接受缺氧训练，不影响飞行人员在位率。另外，美军还将ROBD 整合在实战化的飞行模拟器中，实现飞行技术、缺氧融合训练［20］。

3.3 增加缺氧生理研究

为了进一步明确飞行员空中缺氧的原因及影响，美国海军航空医学部门对缺氧问题开展了众多研究，包括飞行装置负荷、高重力加速度、机舱温度、大量感观输入等对飞行员呼吸活动的影响［21］。NAMI 在对60 多名飞行学员进行模拟缺氧测试后发现，脑电波频率会随缺氧程度的加深而降低，大脑不同区域受缺氧的影响程度不同，男性和女性飞行员的脑电波反应也存在差异；缺氧症状具有明显的个体差异性，相关症状包括注意力不能集中、视力下降、出汗、呼吸急促，受试者中约有20%没有意识到自身的缺氧症状［22］。美国空军航空航天医学院和海军代顿医学研究部在美国空军“赖特-帕特森”基地对飞行员缺氧问题开展联合研究［23］，主要针对空军F-22 战斗机和海军F/A-18 舰载机。

3.4 加强平台救护条件

2011 年起，F/A-18 舰载机频繁遭遇缺氧事件，为此，美国海军在航母上部署高压氧舱。2017 年初，美国“布什”号航空母舰在波斯湾部署，航母上的高压氧舱在第一时间救治了2 起缺氧事件的飞行员，使飞行员及时复飞，表明常用于救治潜水员的高压氧舱也可以救治缺氧飞行员［24］。如果没有就近部署高压氧舱，美国海军频发的缺氧事件将使飞行员健康受到严重威胁。

4 启示

美国海军舰载机缺氧事件表明，事件发生与飞机机型、机龄、先进性及飞行员经验没有必然联系，原因复杂，隐匿性强，表现多样，可对正常的作训造成严重影响。随着新型战斗机的投入使用、作战训练需求的升级以及新技术的发展等［25］，我国海军舰载机也面临飞行员缺氧的挑战，需要预先做好应对准备。从美军应对舰载机缺氧事件的举措可以得出降低缺氧事件及其影响的相关启示。

4.1 加强飞行员缺氧识别与应对训练

2018 年，我军新军事训练大纲正式颁发，对飞行员抗缺氧训练进行了相关规定。但由于缺氧训练给飞行员带来潜在不适感、可能诱发影响飞行的病症、存在一定的安全风险等原因，飞行员缺氧训练的积极性不高。另外，由于目前受训练条件、组训水平、风险处置能力限制，飞行员通常接受缺氧单目标训练并在训练前被告知训练内容，缺氧训练与飞行操作训练、抗荷训练、空间定向训练等科目融合度不高，导致缺氧训练的实战化水平及效能不高。未来应紧盯舰载机作战及性能发展需求，加快缺氧训练的条件建设，重视训练装备的升级与维护，增强组训能力，实现多个训练科目融合，实施飞行员个性化训练方案，继续加强缺氧生理研究，完善缺氧训练监测手段，提升缺氧训练中的特情处置能力，以在实战化且保证飞行员安全的前提下，完成飞行员缺氧识别与应对能力准备。

4.2 重视航空供氧设备维护

航母在形成作战能力后，通常进行远距离、长时间部署，舰载机后勤保障与维护条件有限，飞行技术人员和飞行人员易发生疲劳，缺氧事故发生率比陆基有所上升。因此，对供氧系统维护人员如医学工程、机械工程和其他航空技术人员应加强部署前培训和资质认证，保证部署时所需零部件的可用性。完善舰载机供氧系统检修、维护的规章制度，严格按要求对可能的系统故障做好预防性检修。

4.3 开展高精度氧气调节系统研究

缺氧训练与实际飞行体验可提高飞行员早期识别和正确处置缺氧的能力，美国海军受T-45 教练机缺氧事件的影响，飞行员使用模拟器进行缺氧训练的时间越来越多，但最好的模拟器也难以模拟实际飞行中的紧张、焦虑、不安、感观信息、认知负荷、失误，难以使飞行员做好充分的缺氧应对准备［26］，并在第一时间对缺氧作出反应。美军的缺氧监测预警系统虽是一种有效的缺氧识别补充手段，但可能会存在系统误报警、频繁报警等现象，给飞行员带来干扰或导致恐慌，研究具备飞行员氧气水平监测和智能流量调节的高精度装置或是一种解决方法。