【校场】光辉战机能否为“缺氧”的印度带来一丝希望?

2021-04-27 18:02 来源:新浪军事 作者:佚名 原文链接:点击获取

今年3月以来,在大选、大壶节等聚集性事件的影响下,印度疫情开始出现大规模反弹,每日新增确诊人数呈指数增长。425日,印度单日新增确诊病例352991人。目前,印度现有确诊病例2882513人,虽然刚刚超过美国的40%,但受限于简陋的医疗条件,这一波疫情反弹还是对印度造成了相当沉重的打击。近日陆续有消息曝出印度疫情中心德里的火葬场堆满尸体,24小时连轴运转依旧无法保证尸体及时被火化,甚至出现了木柴短缺、焚烧炉烧熔等问题,德里几乎已经成为了人间炼狱。

而相比于逝者,生者的现状更令人担忧,目前,印度几个重灾区均出现了医用氧气告罄的问题,很多新冠肺炎患者及其家属只能搬着空的氧气瓶去制氧企业门前排队购买工业氧气,但相比于连工业氧气都买不到或者买不起的人来说,他们也已经足够幸运了。在氧气短缺的状况下,很多轻症患者迅速转为重症。不难预计,在未来一段时间内印度不仅确诊病例会大幅增加,新冠肺炎造成的死亡率也会继续增长。

为了缓解氧气紧张的现象,除了紧急在国外进口医用氧气以外,印度国防部和印度卫生部也已经开始合作,将印度国产光辉战机的制氧设备专利转让给民间公司以扩大氧气产能。420日,印度国防部发表声明表示,光辉战机的机载制氧设备每分钟可以生产1000升氧气,目前,这项技术专利已经被转移给了私营企业,北方邦政府已经下令订购了5座工厂。一旦工厂落成,将缓解印度的缺氧现状。

 

作为世界上最高危的机构,军队一直都是氧气的需求大户。而在军队中,对氧气需求量最大的主要是高原部队、航空兵部队和潜艇部队。前者的供氧方式比较多,技术要求也不算高端。后两者的要求则比较苛刻。在潜艇供氧方面,相信很多看过德国电影《从海底出击》(Das Boot)都对其中潜艇座底沉没,损管人员只能做最后的潜修尝试,而厅上其他人员都穿戴好了氧气面罩,静息减少耗氧的桥段记忆颇深。

 

类似的设备很早就已经诞生了,但其最初并不是制氧设备,而是单纯的用来吸收空气中二氧化碳的设备。空气中氧气的含量约为21%,而人呼吸呼出的气体中,氧气含量仍有16%~17%。这意味着一定量的空气原则上是可以被人反复呼吸的。但问题在于空气中缺失的氧气由人体代谢产生的二氧化碳和少量水蒸气所代替,而二氧化碳在空气中的含量过高会导致人失去知觉甚至死亡。早期的呼吸面罩中会加入苏打石灰一类的二氧化碳吸收剂,这些二氧化碳吸收剂可以吸收掉空气中过量累计的二氧化碳生成碳酸盐和水,使空气可以反复利用多次。

 

后来,随着化学技术的发展,人们发现可以使用高氧化钾将4个二氧化碳分子还原成4个碳酸氢钾和3个氧气分子。这不仅解决了二氧化碳的吸收问题,还同时解决了氧气的供应问题。唯一的缺陷是,这一化学反应还需要二氧化碳分子数量一半的水分子参与反应。所以使用高氧化钾的制氧设备还要混有能够与二氧化碳反应生成水的氢氧化钠或氢氧化钾。而电影《从海底出击》中我们看到德军的钾罐(KALIPATRONE)面罩就是这样的产品。德军曾在二战早期大量使用这种设备,而到了二战中后期则取消了单兵携带的钾罐,将其集成在了有充气上浮功能的急救背心上,并在潜艇的艇艏安装中央式的钾化合物制氧设备。

 

时至今日,虽然潜艇技术发展日新月异,但潜艇制氧设备的逻辑依旧是使用艇员呼出的二氧化碳为原料大致等量的制备氧气,以同时防止厅内出现缺氧或二氧化碳堆积的情况。相比之下,比较容易通风的其他场合则很少使用类似的设备,而更多采用诸如高锰酸钾、氯酸钠等单纯的制氧制剂制作的氧烛——比如客机上的紧急供氧面罩就是只有制氧功能而没有二氧化碳吸收功能的氧烛。

 

原则上,潜艇上的制氧设备要比飞机上的制氧设备制氧效率更高,而印度同时也是一个潜艇大国。之所以没有动潜艇制氧的脑筋,恐怕主要基于两点考虑:首先是潜艇制氧设备的专利权未必是印度自己的;其次是潜艇制氧设备的特性决定了其需要大量的二氧化碳供应,就算是不需要二氧化碳作为原料,也依旧需要大量的化学制剂供应。这意味着化工能力极其有限的印度很难使用这种方法大规模制备医用氧气。

 

相比于潜艇,战斗机是一个相对开放的环境,飞在天上的战斗机有源源不断的空气供应。只要能在空气中分离出氧气,则可以满足飞行员的飞行所需。一般,飞机供氧主要有三种方式:高压气态氧、液态氧和机载制氧设备。高压气态氧是最早的战斗机供氧手段,氧气被以1800~2200PSI的压强(约140~150个标准大气压)储存在氧气罐中。但这种供氧方式供氧效率较低,还会额外占用战斗机的空间和重量,因此很快便被压缩效率更高的液氧罐取代了。根据一般的物理规律,液氧的密度大约是气态氧的860倍,供氧效率比之高压气态氧有了很大的进步。

 

但不论是气态氧还是液态氧都存在一个非常大的问题——补给难。为了提供飞机所需的氧气,前线机场必须拥有制氧设备或氧气储存仓库。一旦缺乏制氧设备或氧气库存,则会对飞机的作战产生影响。此外,两者都依赖高压气体瓶储存,不仅补给困难,在飞机被敌军击中时还会产生很大的安全隐患。最重要的是,这两者的氧气供应量都是有限的,在空中加油技术发展成熟后,已经不能再适应现代飞机的氧气需求。因此,上世纪六七十年代开始,各国空军就开始尝试制造能够直接利用空气生产氧气的设备。

 

目前,各国机载制氧设备的原理都大同小异,均是向制氧机泵入发动机压气机压缩好的空气,并使用分子筛过滤掉空气中占比最高的氮气。当空气中含量最大的氮气被完全过滤掉之后,作为空气中体积占比第二高的气体,氧气的占比会飙升到90%~95%,剩余的其他气体成分(主要是氩气)甚至完全不需要处理,就可以为飞行员进行供氧。

 

相比于潜艇和民航客机上使用的氧烛,战斗机制氧设备无需任何稀缺的化学制剂就能大量制取氧气,唯一需要的压缩空气也可以使用简单的压缩空气机大量制备。因此,光辉战机的制氧设备也是最适合被用来缓解印度“缺氧”现状的。唯一的问题是,按照一般的国际标准,医用氧气的氧气浓度应该在99%以上(如我国为≥99.5%),但战斗机制氧设备制备的氧气浓度通常在90%~95%之间,低于一般的医用氧气标准。然而就是这种相对劣质的氧气,对于一氧难求的印度患者来说,也已经算得上救命稻草了。

 

……事实果真如此吗?事实上,机载制氧设备的难度主要在于小型化,其原理其实早就被工业制氧玩烂了。目前工业制氧的方法主要有液态空气精馏、膜分离、分子筛、电解水几种。其中第一种和第四种都可以直接制备纯氧,但成本较高,第二种第三种可以以较低的成本制备粗氧,再根据需求进行提纯。如上文所言,各国机载制氧设备本质上只是第三种工业制氧方法的小型化和简陋化(工业会给空气加压液化)。相比于大规模的工业分子筛制氧,机载小型设备无论是制氧效率还是成本都比前者更高。目前,印度面临的困境是工业制氧能力远远少于其需求。而如果工业化生产的工厂都无法满足需求,几家使用战斗机的小型制氧设备的工厂又能做得了什么呢?对于印度政府来说,与其搞这种华而不实的噱头帮助自己在即将到来的选举中拉票,还不如老老实实的寻求国际采购或者援助来得实在。