【航空科普】机上供氧曾经困扰人类航空许多年!

  供氧问题,是伴随着人类整个飞行史一直困扰不断的大问题。1783年人类第一次乘气球升空。1903年由人类操纵飞行的飞机问世。从此人类对高空环境的影响有了由浅到深的认识。

  1804年俄国科学家在气球飞行前后测试了脉搏、呼吸和自觉症状,这是人类史上第一次研究人体在高空飞行时的变化,认识到了高空低气压对人体生理的影响。1804年,3名意大利人升空到6 000m时出现呕吐并失去知觉。1862年9月5日,英国一名气象学家和一名飞行家乘气球进行了人类第一次高空探测,当飞到9 144m时,气象学家直接缺氧晕了。而这也是人类第一次进行了全流程的高空生理反应纪录,当他们上升到5 640m时,脉搏加快到100/min;在5 850m时,感到呼吸急促、心悸、手和嘴唇发绀、判读仪表困难;在8 700m高度上,两人都感到极度疲乏,“好像没有四肢一样”。而之后的三个试图打破他们高度纪录的三个法国人,在带了氧气系统的情况下,依旧憋死了两个人。之后的1878年,法国的保罗波特发表了《大气压力》和《大气压-实验生理学研究》,是世界上阐明高空低压缺氧和屈肢痛的第一人,他还第一个建造了模拟高空低气压的低压舱,并用它从事高空生理训练。在第一、二次世界大战之间,随着飞机升空性能的不断提高,人类高空暴露的高度大幅度增加,飞行实践和悲惨的缺氧事故使人类又进一步认识到,如果飞行高度过高,靠呼吸纯氧已不足以防止缺氧事故的发生。因此,人们发明了提高压力的供氧装置和特殊的供氧面罩,强制性供氧,从而形成了最初有正压(小余压)呼吸的概念。第二次世界大战前夕,德国人发展了肺式氧气调节器。后来英、美等国发展了高空加压供氧装备,使飞机的高空、高速飞行成为现实。

  而飞机氧源的发展与完善直接影响飞机的高空性能。第一次世界大战期间,气态氧源在航空上的应用,使人们突破了高空飞行的屏障。第二次世界大战之后,液态氧源的应用,对减少机载重量、节省空间,提高飞机作战能力起了很大的作用。然而随着战斗机的航程不断增加,以及空中加油技术的出现,战斗机的飞行时间不再以分钟计算,而是以小时计算了,因此飞行时间的限制成了人的膀胱能憋多久,以及机载的氧气够多长时间用,膀胱小可以用纸尿布,而氧气不够牺牲的可是人的生命啊。

  而用液氧还有别的尴尬的事情。上个世纪90年代的冬天,我军某型战机从北方机场起飞,赶赴南海某岛礁做不是适应性训练。飞机降落在机场上面后,可能相关的阀门没有有效关闭,以及机身上面的液态氧储存罐设计问题,结果第二天准备返回的时候发现,我去,没液氧了。如果这是大的海军的场站之类的也就罢了,有生产设备能够补充,问题是这个岛上机场刚刚有,设施不全,没有液氧。没辙啊,当地机场只能报告空军,指挥机关不得不派飞机送液氧过来,才让这个战斗机飞了起来。

  每次飞行开始前的安全演示都会教你需要把脱落的氧气面罩往下拉才能开始供氧,那你有没有意识到,一旦氧气开始流动没有东西能够阻拦它?其实你的面具并不是连接的一个带有开关阀门的氧气瓶,当你拖拽面具的时候,打开了一个很暴力的化学过程。

  飞机用氧气机又被称为“氧气蜡烛”供氧。他们用化学物质燃烧后释放的氧气作为供应源,任何除氧气之外的化学物质都被面具过滤掉了,直到化学物全部燃烧殆尽才停止。

  让你生存的化学物质 在氧气蜡烛中你最容易找到的化学物就是过氧化钡,它是白色粉末,每个钡原子带着两个氧原子。它在烟花中是怎样起作用的在飞机上也是一样,把它加热到临界点就会分解出氧气。在烟花中,氧气可以让烟花里的其他燃料燃烧并且燃烧得更快。在飞机上,氧气通过管道输送到氧气面罩让人呼吸。

  氯酸钠最主要用途是做除草剂,它几乎能杀死所有植物,这也是它在欧洲被禁止的部分原因。也有人担心它渗入供水系统中给大块土壤都消毒了。还有人担心粗心的园丁如果操作不当有可能把自己炸了,因为它在300摄氏度的火中会爆炸。那么,人吸入除草剂时需要小心什么呢?根本不需要担心。氯酸钠的化学式是NaClO3,跟我们厨房中用的化学物盐NaCl相比只是多了3个氧原子,氯酸钠燃烧之后产生的就是盐和氧气。

  最后还有一种化学物质,也是出现在许多科学课程中的。有些氧气蜡烛是用氯酸钾(2KClO3))或是高氯酸钾(2KClO4)做的。它们的区别就是一个氧原子,但就因为这个原子就有了世界级的名声。高氯酸钾曾经做过国际空间站的氧气蜡烛,因为他们分解水制氧的方法出现了故障。

  氯酸钾在课堂上的科学实验中常用来破坏小熊软糖。 不过,尖叫的小熊(被分解的时候它会尖叫)实验是这些化学物质中最好的演示。氯酸钾被加热到分解成氯化钾和氧,一个富含糖的小熊软糖被放入两个化学混合物中,氯酸钾分解产生的热度和产生的大量氧让小熊糖燃烧得非常非常快。虽然这个画面看起来不那么好看,但是你想想它的功能,只要小熊尖叫几声你就能呼吸。

  它们能持续多久? 在飞机上的氧气机一般持续时间在12~20分钟之间,它不像潜水用的氧气瓶又大又重,氧气蜡烛大概只有一包乒乓球大小。它们燃烧得比较稳定可靠,但也有缺点。 最大缺点就是燃烧。这其实并不是真正的危险所在。但是上世纪90年代确实有架飞机因为氧气机坠毁了,不过这也跟飞机运载的货物有关。这些货物比较易燃,让氧气机失去了它的安全帽,飞机的一次震动让其中一个点燃了最后全部都烧了起来。 在应急部署方面,它的缺点是心理。乘客在拿到掉落的氧气面罩之后戴上,闻到的都是什么东西烧焦的气味容易让他们以为飞机真的出了什么故障。

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Tags:供氧装置