比空间站更遥远的“海洋空间站”

2024-04-04沉舟舟

课堂内外·初中版（科学少年） 2024年2期

关键词：潜水员管子潜水

沉舟舟

世界上有一群特殊的潜水员，他们要下潜到几百米深的海底作业，作业结束后回家比宇航员从太空返回地球还费时间，堪称最孤独而危险的职业。这种潜水需要一整套复杂而精密的设备做支撑，被称为“饱和潜水系统”。

加压生活舱

潜水员为下潜做准备的地方，也是居住和休息的场所，通常位于一艘大船上。舱内会模拟深海的压力环境逐渐加压，使潜水员的身体逐渐适应高压环境。加压舱的前部有个过渡舱，用于与潜水钟对接时过渡。

潜水钟

将潜水员送到海底的设备，类似于一台深海电梯，内部同样是高压环境。潜水员从加压舱进入潜水钟，通过潜水钟绞车，从母船下放到指定深度的海里。潜水钟还会携带气管、电缆、水管等一起下放，为潜水员提供生命支持。潜水钟到达目标深度后，潜水员出舱执行任务。

生命支持系统

饱和潜水系统的核心部分，为加压生活舱和潜水钟提供稳定的空气和热水，并及时清除潜水员呼出的二氧化碳和产生的废物，以确保潜水员的生命安全和健康。

高压逃生舱

与普通逃生舱的区别就是它能够营造出潜水员深潜时的高压环境，在潜水员需要紧急撤离时，能够迅速带着他们升到水面或离开母船，相当于一个“移动”的加压生活舱。

潜水服与脐带

潜水员在海里通过一束粗管子与潜水钟连接在一起。维持潜水员体温的热水会通过管子输送到潜水服，潜水员呼吸的空气，与外界联络的信号和作业需要的电能，也靠这束管子传输，因此管子也被称为“脐带”。

如果说空间站是宇航员在太空中的家，能够让宇航员长期在太空中生活和工作，那么饱和潜水系统就是潜水员在大海里的空间站。潜水员在加压舱中分为两到三组，在长达数天的时间里，轮班乘坐潜水钟下潜作业，并回到加压舱中休息。潜水员全程待在高压环境中，直到任务结束才进行一次减压后出舱。

去往深海，呼吸是个难题

人类想要潜入深海，最需要解决的问题是什么？你可能会说，是呼吸。没错，为了能在水下呼吸，人类发明了水肺式潜水，但这不是万事大吉，当下潜超过一定深度和时间，潜水员就要面对一种特殊危险——“减压病”，它会引起晕眩和关节疼痛，甚至导致残疾和死亡。

为什么会有“减压病”呢？这还是跟呼吸有关。空气的78% 都是氮气，我们呼吸时除了会吸入氧气，氮气也会溶解在我们的身体中，到一定量时就饱和不再溶解。但潜水时水越深水压越大，额外的压力会使人体内的氮气溶解度增加，停留的时间越长，人体内溶解的氮气就越多。当潜水员上浮时，随着水压变小，氮气又会逐渐从血液和组织中跑出来。这时如果上浮速度太快，这些氮气就会聚集成气泡，像是可乐中的泡沫一样在人体内横冲直撞，造成严重的伤害。这就是减压病。

饱和潜水，打造大海空间站

为了避免减压病，潜水员在回到水面时，每上浮一段距离就必须停留很长一段时间，以慢慢适应水压，排出氮气。几分钟的下潜，可能需要十几个小时来上浮，留给潜水员海底停留的时间非常短暂，消耗的体力也十分巨大。这样低下的效率，无法适应复杂的海底作业，于是人们发明了一套饱和潜水系统。

潜水员在接受严格的体检后，会进入加压生活舱里。随着舱内逐渐加压，潜水员可以提前适应和目标水深一样的高压环境，体内溶解的惰性气体也会达到饱和。在整个作业期间，潜水员始终往返于加压生活舱、潜水钟和深海三处压力一致的环境中，不需要面對减压病的威胁，可以在深海长时间工作。在全部工作结束后，潜水员在加压舱中进行一次减压，才可以出舱返回正常生活中。

此外，过多的氮气会让人像喝醉了酒一样晕眩，就是所谓的“氮醉”，因此生命支持系统给饱和潜水员提供的空气，是由氧气、氮气和氦气按照一定比例混合而成的。

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既然氮气这么危险，那在水下可以呼吸纯氧吗？很遗憾，随着水压升高，人体耐受的氧气浓度会越来越低，超过55 米水深时，呼吸正常空气都会导致氧气中毒，更不要说纯氧了。

饱和潜水，能做什么

饱和潜水员是复杂、孤独而危险的职业，需要非常谨慎地进行每个环节的操作，稍有差错就是一去不返。但同时这也是拥有重要价值、不可或缺的工作。

生物启蒙

·七年级生物下“人体的呼吸”

·你的身体每时每刻都在通过呼吸系统与周围的空气进行气体交换。

01.水下作业

饱和潜水一开始就是为了石油工业的水下作业发明的，海洋石油开采、海底管道维修等都需要用到它。

02科学研究

饱和潜水技术也被广泛应用于科学研究中，如海洋生物学、地质学、水下考古等。在这些研究中，科学家需要长时间停留在水下进行采样、观测、测量等任务。