zt 機載製氧技術

機載製氧技術
中國軍網

在傳統的飛行中，作戰飛機的飛行員都是自帶氧氣的，但那一般隻能維持兩個小時左右的飛行。而現代戰爭常需要一些飛機連續飛行10多個小時執行任務，而且飛得很高。如美國的 B-2，它的幾次使用都是從遠離戰區的美國本土起飛，連續飛行10多個小時。這些飛機上的飛行員是如何獲得足夠的氧氣的？

　　高空飛行　不可缺氧

　　通常條件下，人往高處走，就會感到呼吸越來越困難。當然，在海拔3000米以下，這種感受不會太明顯。但超過3000米，這種感受就會非常明顯。這是因為，盡管高處空氣中各種氣體的比例不變，但壓力低了。越往上空氣越稀薄。

　　現代飛機的飛行往往都在高空中進行（7000-1.5萬米為高空，1.5萬米以上為超高空），受氣壓的影響非常大。在飛行中，有個問題是必須考慮到的，那就是如果飛機一旦發生故障，使機艙內外壓差消失，就需要有及時的專用氧氣供應才能保證艙內人員的安全。科學試驗表明，人暴露在一萬米高空的有效意識是一分鍾左右，而在1.4萬米以上高度人的有效意識隻有12-15秒。在常態時，民航飛機通常是不需要使用專門的供氧設施的。以波音客機為例，它通過發動機將空氣進行增壓後供入機艙。即使飛機飛行在萬米高空，機艙內的大氣環境也和在海拔1500米左右相似。但如果發生事故，比如一個窗口破裂，艙內大氣環境發生改變，這時，每個乘客的頭頂就會自動落下一個備用的氧氣麵罩。它可供乘客使用幾分鍾，因為客機不像作戰飛機，發生這種事故，它可以盡快落地或者下降到艙內人員可以適應的高度。因此，備用幾分鍾的應急氧氣供應就足夠了。

　　作戰飛機不能像民航機那樣營造一個飛行員能適應的艙內大氣環境，有時如果發生座艙蓋爆破這類特情，也得在高空堅持戰鬥，因此，就必須自始至終地、分秒不離地有專門的氧氣供應。一為滿足常態飛行，二為滿足座艙蓋爆破等特殊情況下的飛行員用氧需求。因此，它需要長時間地對飛行員進行純氧或富氧供應。

　　氣氧液氧　局限性多

　　軍用飛機的供氧係統走過了3個發展階段。第一個階段是氣氧供氧，目前許多國家仍采用這一方法。第二個階段是采用液氧供氧，主要是美、英等西方國家走了這一過程。第三個階段就是分子篩供氧。

　　西方一些國家，主要指美、英、法等國，在第二次世界大戰以後開始研製和使用液氧。使用液氧的飛機航程要比使用氣氧大一些，一般都是兩個小時左右。一公斤液氧可以獲取360-850升氣氧。但液氧有一個明顯的不足，那就是蒸發率為 5%-20%，頭天充了氧氣，第二天飛行時還得充。一旦戰爭爆發，這是一個製約持續作戰的重要因素。

　　另外，製造液氧對許多國家來說，成本高，難度大。目前隻有美國在全國各地都有液氧製造點，其他國家都不能作到這一點。有一個國家的一次飛行就很說明問題。這是一次使用液氧的飛行。飛機飛到一個離基地較遠的地方後，第二天沒法起飛返回了。為什麽呢？就是飛行員使用的液氧沒有了，而這個國家隻有一個製造液氧的地方。為了使這架執行任務的飛機順利返回，軍事指揮機關隻得另派飛機為這架執行任務的飛機送去飛行員使用的液氧才使它得以返回。假如戰時出現這種情況，其結果不堪設想。

　　分子篩製氧解難題

　　隨著科技的發展，分子篩製氧技術出現了。它可以使作戰飛機去全球任一地方。

　　分子篩是一種與氧分子大小相當的多微孔有極性的材料。分子篩對空氣中的氮氣有很大的吸附力，而對氧分子的吸附力很小。這種吸附氣體分子的作用力被稱為範德華力。由於這種吸附是物理性的，當外界壓力變化時，分子篩材料中的氮分子就可以重新分離出來。利用飛機發動機或空調係統補充進來的空氣產生含氧濃度較高的氣體，供飛行員呼吸。幾塊分子篩板通過微機調節，變換壓力，周而複始地工作，便可源源不斷地產出富氧氣體供飛行員呼吸。飛機原來有限的機載氧就成了無限的供氧氣源。

　　分子篩最早在20世紀60年代被德國用於淨化空氣，而用於軍事上的研究始於 20世紀70年代末。當時，美國的戰略轟炸機 B-1出現後，常常有遠距離作戰的需要，但傳統的為飛行員供氧的方法製約了它執行遠距離的飛行任務。美國陸海空三軍迫切希望采用先進的機上製氧技術取代對任務時間有限製的液氧係統。經過對電解水製氧、氟礦物製氧及電化學製氧等技術的比較後，美國海軍航空兵首先對分子篩製氧係統給予極大的關注。經過20多年的研究和發展，這項技術日趨成熟，已經成功地運用於高性能的作戰飛機上。

　　機載製氧的發展趨勢

　　分子篩製氧機的使用是一個航空供氧總的發展趨勢。在美、英、法等國，已經在一些戰機上使用了分子篩供氧技術。一是美國的 F係列，像 F-15、 F-16、 F-18以及最新研製成功的 F-22，還有 F-35都使用了這一技術。另外， E F-20 00、 J A S-39也列裝了這一技術。日本是亞洲擁有這項技術比較早的國家之一。日本人嗅覺很靈敏，反應也很快，在20世紀80年代中期就買了美國的這項技術，用於 T4飛機上。我國在分子篩製氧技術方麵的研究有自己的獨到之處。我國科研工作者通過一係列的基礎實驗，提出了分子篩高空供氧生理等效應理論，為我國機載分子篩的研製與發展奠定了理論基礎。

　　未來戰爭正在一步步向無人化發展，像無人偵察機、無人戰鬥機將大量投入到未來戰場。那麽，分子篩供氧技術能走多遠？它是否會走向航天運用之路？製氧技術前景如何？

　　專家們認為未來戰爭的無人化是一個趨勢，但不會絕對無人化。且相對無人化也不會在近20年大量出現。即使在未來軍事運用領域越來越小，分子篩機載製氧技術還有廣闊的民用前景。科學家們現在又在跟蹤關注一個更先進的製氧技術，就是“高效陶瓷製氧技術”。盡管這種技術還非常朦朧，但它的可行性一旦得到證實，就是極有前途的技術。因為它能利用廢氣製氧，這是分子篩製氧不能相比的。這種製氧方式尤其適合航空航天條件及空間站。