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在傳統(tǒng)的飛行中，作戰(zhàn)飛機(jī)的飛行員都是自帶氧氣的，但那一般只能維持兩個(gè)小時(shí)左右的飛行。而現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)常需要一些飛機(jī)連續(xù)飛行10多個(gè)小時(shí)執(zhí)行任務(wù)，而且飛得很高。如美國(guó)的 B-2，它的幾次使用都是從遠(yuǎn)離戰(zhàn)區(qū)的美國(guó)本土起飛，連續(xù)飛行10多個(gè)小時(shí)。這些飛機(jī)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(huì)感到呼吸越來(lái)越困難。當(dāng)然，在海拔3000米以下，這種感受不會(huì)太明顯。但超過(guò)3000米，這種感受就會(huì)非常明顯。這是因?yàn)椋M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(xiàn)代飛機(jī)的飛行往往都在高空中進(jìn)行（7000-1.5萬(wàn)米為高空，1.5萬(wàn)米以上為超高空），受氣壓的影響非常大。在飛行中，有個(gè)問(wèn)題是必須考慮到的，那就是如果飛機(jī)一旦發(fā)生故障，使機(jī)艙內(nèi)外壓差消失，就需要有及時(shí)的專用氧氣供應(yīng)才能保證艙內(nèi)人員的安全。科學(xué)試驗(yàn)表明，人暴露在一萬(wàn)米高空的有效意識(shí)是一分鐘左右，而在1.4萬(wàn)米以上高度人的有效意識(shí)只有12-15秒。在常態(tài)時(shí)，民航飛機(jī)通常是不需要使用專門(mén)的供氧設(shè)施的。以波音客機(jī)為例，它通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)將空氣進(jìn)行增壓后供入機(jī)艙。即使飛機(jī)飛行在萬(wàn)米高空，機(jī)艙內(nèi)的大氣環(huán)境也和在海拔1500米左右相似。但如果發(fā)生事故，比如一個(gè)窗口破裂，艙內(nèi)大氣環(huán)境發(fā)生改變，這時(shí)，每個(gè)乘客的頭頂就會(huì)自動(dòng)落下一個(gè)備用的氧氣面罩。它可供乘客使用幾分鐘，因?yàn)榭蜋C(jī)不像作戰(zhàn)飛機(jī)，發(fā)生這種事故，它可以盡快落地或者下降到艙內(nèi)人員可以適應(yīng)的高度。因此，備用幾分鐘的應(yīng)急氧氣供應(yīng)就足夠了。
作戰(zhàn)飛機(jī)不能像民航機(jī)那樣營(yíng)造一個(gè)飛行員能適應(yīng)的艙內(nèi)大氣環(huán)境，有時(shí)如果發(fā)生座艙蓋爆破這類特情，也得在高空?qǐng)?jiān)持戰(zhàn)斗，因此，就必須自始至終地、分秒不離地有專門(mén)的氧氣供應(yīng)。一為滿足常態(tài)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(zhǎng)時(shí)間地對(duì)飛行員進(jìn)行純氧或富氧供應(yīng)。
氣氧液氧 局限性多
軍用飛機(jī)的供氧系統(tǒng)走過(guò)了3個(gè)發(fā)展階段。第一個(gè)階段是氣氧供氧，目前許多國(guó)家仍采用這一方法。第二個(gè)階段是采用液氧供氧，主要是美、英等西方國(guó)家走了這一過(guò)程。第三個(gè)階段就是分子篩供氧。
西方一些國(guó)家，主要指美、英、法等國(guó)，在第二次世界大戰(zhàn)以后開(kāi)始研制和使用液氧。使用液氧的飛機(jī)航程要比使用氣氧大一些，一般都是兩個(gè)小時(shí)左右。一公斤液氧可以獲取360-850升氣氧。但液氧有一個(gè)明顯的不足，那就是蒸發(fā)率為 5%-20%，頭天充了氧氣，第二天飛行時(shí)還得充。一旦戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)，這是一個(gè)制約持續(xù)作戰(zhàn)的重要因素。
另外，制造液氧對(duì)許多國(guó)家來(lái)說(shuō)，成本高，難度大。目前只有美國(guó)在全國(guó)各地都有液氧制造點(diǎn)，其他國(guó)家都不能作到這一點(diǎn)。有一個(gè)國(guó)家的一次飛行就很說(shuō)明問(wèn)題。這是一次使用液氧的飛行。飛機(jī)飛到一個(gè)離基地較遠(yuǎn)的地方后，第二天沒(méi)法起飛返回了。為什么呢？就是飛行員使用的液氧沒(méi)有了，而這個(gè)國(guó)家只有一個(gè)制造液氧的地方。為了使這架執(zhí)行任務(wù)的飛機(jī)順利返回，軍事指揮機(jī)關(guān)只得另派飛機(jī)為這架執(zhí)行任務(wù)的飛機(jī)送去飛行員使用的液氧才使它得以返回。假如戰(zhàn)時(shí)出現(xiàn)這種情況，其結(jié)果不堪設(shè)想。
分子篩制氧解難題
隨著科技的發(fā)展，分子篩制氧技術(shù)出現(xiàn)了。它可以使作戰(zhàn)飛機(jī)去全球任一地方。
分子篩是一種與氧分子大小相當(dāng)?shù)亩辔⒖子袠O性的材料。分子篩對(duì)空氣中的氮?dú)庥泻艽蟮奈搅?，而?duì)氧分子的吸附力很小。這種吸附氣體分子的作用力被稱為范德華力。由于這種吸附是物理性的，當(dāng)外界壓力變化時(shí)，分子篩材料中的氮分子就可以重新分離出來(lái)。利用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)或空調(diào)系統(tǒng)補(bǔ)充進(jìn)來(lái)的空氣產(chǎn)生含氧濃度較高的氣體，供飛行員呼吸。幾塊分子篩板通過(guò)微機(jī)調(diào)節(jié)，變換壓力，周而復(fù)始地工作，便可源源不斷地產(chǎn)出富氧氣體供飛行員呼吸。飛機(jī)原來(lái)有限的機(jī)載氧就成了無(wú)限的供氧氣源。
分子篩最早在20世紀(jì)60年代被德國(guó)用于凈化空氣，而用于軍事上的研究始于 20世紀(jì)70年代末。當(dāng)時(shí)，美國(guó)的戰(zhàn)略轟炸機(jī) B-1出現(xiàn)后，常常有遠(yuǎn)距離作戰(zhàn)的需要，但傳統(tǒng)的為飛行員供氧的方法制約了它執(zhí)行遠(yuǎn)距離的飛行任務(wù)。美國(guó)陸海空三軍迫切希望采用先進(jìn)的機(jī)上制氧技術(shù)取代對(duì)任務(wù)時(shí)間有限制的液氧系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)對(duì)電解水制氧、氟礦物制氧及電化學(xué)制氧等技術(shù)的比較后，美國(guó)海軍航空兵首先對(duì)分子篩制氧系統(tǒng)給予極大的關(guān)注。經(jīng)過(guò)20多年的研究和發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成功地運(yùn)用于高性能的作戰(zhàn)飛機(jī)上。
機(jī)載制氧的發(fā)展趨勢(shì)
分子篩制氧機(jī)的使用是一個(gè)航空供氧總的發(fā)展趨勢(shì)。在美、英、法等國(guó)，已經(jīng)在一些戰(zhàn)機(jī)上使用了分子篩供氧技術(shù)。一是美國(guó)的 F系列，像 F-15、 F-16、 F-18以及最新研制成功的 F-22，還有 F-35都使用了這一技術(shù)。另外， E F-20 00、 J A S-39也列裝了這一技術(shù)。日本是亞洲擁有這項(xiàng)技術(shù)比較早的國(guó)家之一。日本人嗅覺(jué)很靈敏，反應(yīng)也很快，在20世紀(jì)80年代中期就買(mǎi)了美國(guó)的這項(xiàng)技術(shù)，用于 T4飛機(jī)上。我國(guó)在分子篩制氧技術(shù)方面的研究有自己的獨(dú)到之處。我國(guó)科研工作者通過(guò)一系列的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，提出了分子篩高空供氧生理等效應(yīng)理論，為我國(guó)機(jī)載分子篩的研制與發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。
未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)正在一步步向無(wú)人化發(fā)展，像無(wú)人偵察機(jī)、無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)將大量投入到未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)。那么，分子篩供氧技術(shù)能走多遠(yuǎn)？它是否會(huì)走向航天運(yùn)用之路？制氧技術(shù)前景如何？
專家們認(rèn)為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的無(wú)人化是一個(gè)趨勢(shì)，但不會(huì)絕對(duì)無(wú)人化。且相對(duì)無(wú)人化也不會(huì)在近20年大量出現(xiàn)。即使在未來(lái)軍事運(yùn)用領(lǐng)域越來(lái)越小，分子篩機(jī)載制氧技術(shù)還有廣闊的民用前景。科學(xué)家們現(xiàn)在又在跟蹤關(guān)注一個(gè)更先進(jìn)的制氧技術(shù)，就是“高效陶瓷制氧技術(shù)”。盡管這種技術(shù)還非常朦朧，但它的可行性一旦得到證實(shí)，就是極有前途的技術(shù)。因?yàn)樗芾脧U氣制氧，這是分子篩制氧不能相比的。這種制氧方式尤其適合航空航天條件及空間站。? ? ??來(lái)源：中國(guó)軍網(wǎng)(解放軍報(bào))
