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光輝戰機能否為“缺氧”的印度帶來一絲希望?
送交者: 三把刀 2021年04月27日18:07:14 於 [軍事天地] 發送悄悄話

  今年3月以來,在大選、大壺節等聚集性事件的影響下,印度疫情開始出現大規模反彈,每日新增確診人數呈指數增長。425日,印度單日新增確診病例352991人。目前,印度現有確診病例2882513人,雖然剛剛超過美國的40%,但受限於簡陋的醫療條件,這一波疫情反彈還是對印度造成了相當沉重的打擊。近日陸續有消息曝出印度疫情中心德里的火葬場堆滿屍體,24小時連軸運轉依舊無法保證屍體及時被火化,甚至出現了木柴短缺、焚燒爐燒熔等問題,德里幾乎已經成為了人間煉獄。

  而相比於逝者,生者的現狀更令人擔憂,目前,印度幾個重災區均出現了醫用氧氣告罄的問題,很多新冠肺炎患者及其家屬只能搬着空的氧氣瓶去制氧企業門前排隊購買工業氧氣,但相比於連工業氧氣都買不到或者買不起的人來說,他們也已經足夠幸運了。在氧氣短缺的狀況下,很多輕症患者迅速轉為重症。不難預計,在未來一段時間內印度不僅確診病例會大幅增加,新冠肺炎造成的死亡率也會繼續增長。

  為了緩解氧氣緊張的現象,除了緊急在國外進口醫用氧氣以外,印度國防部和印度衛生部也已經開始合作,將印度國產光輝戰機的制氧設備專利轉讓給民間公司以擴大氧氣產能。420日,印度國防部發表聲明表示,光輝戰機的機載制氧設備每分鐘可以生產1000升氧氣,目前,這項技術專利已經被轉移給了私營企業,北方邦政府已經下令訂購了5座工廠。一旦工廠落成,將緩解印度的缺氧現狀。

   

  作為世界上最高危的機構,軍隊一直都是氧氣的需求大戶。而在軍隊中,對氧氣需求量最大的主要是高原部隊、航空兵部隊和潛艇部隊。前者的供氧方式比較多,技術要求也不算高端。後兩者的要求則比較苛刻。在潛艇供氧方面,相信很多看過德國電影《從海底出擊》(Das Boot)都對其中潛艇座底沉沒,損管人員只能做最後的潛修嘗試,而廳上其他人員都穿戴好了氧氣面罩,靜息減少耗氧的橋段記憶頗深。

   

  類似的設備很早就已經誕生了,但其最初並不是制氧設備,而是單純的用來吸收空氣中二氧化碳的設備。空氣中氧氣的含量約為21%,而人呼吸呼出的氣體中,氧氣含量仍有16%~17%。這意味着一定量的空氣原則上是可以被人反覆呼吸的。但問題在於空氣中缺失的氧氣由人體代謝產生的二氧化碳和少量水蒸氣所代替,而二氧化碳在空氣中的含量過高會導致人失去知覺甚至死亡。早期的呼吸面罩中會加入蘇打石灰一類的二氧化碳吸收劑,這些二氧化碳吸收劑可以吸收掉空氣中過量累計的二氧化碳生成碳酸鹽和水,使空氣可以反覆利用多次。

   

  後來,隨着化學技術的發展,人們發現可以使用高氧化鉀將4個二氧化碳分子還原成4個碳酸氫鉀和3個氧氣分子。這不僅解決了二氧化碳的吸收問題,還同時解決了氧氣的供應問題。唯一的缺陷是,這一化學反應還需要二氧化碳分子數量一半的水分子參與反應。所以使用高氧化鉀的制氧設備還要混有能夠與二氧化碳反應生成水的氫氧化鈉或氫氧化鉀。而電影《從海底出擊》中我們看到德軍的鉀罐(KALIPATRONE)面罩就是這樣的產品。德軍曾在二戰早期大量使用這種設備,而到了二戰中後期則取消了單兵攜帶的鉀罐,將其集成在了有充氣上浮功能的急救背心上,並在潛艇的艇艏安裝中央式的鉀化合物制氧設備。

   

  時至今日,雖然潛艇技術發展日新月異,但潛艇制氧設備的邏輯依舊是使用艇員呼出的二氧化碳為原料大致等量的製備氧氣,以同時防止廳內出現缺氧或二氧化碳堆積的情況。相比之下,比較容易通風的其他場合則很少使用類似的設備,而更多採用諸如高錳酸鉀、氯酸鈉等單純的制氧製劑製作的氧燭——比如客機上的緊急供氧面罩就是只有制氧功能而沒有二氧化碳吸收功能的氧燭。

   

  原則上,潛艇上的制氧設備要比飛機上的制氧設備制氧效率更高,而印度同時也是一個潛艇大國。之所以沒有動潛艇制氧的腦筋,恐怕主要基於兩點考慮:首先是潛艇制氧設備的專利權未必是印度自己的;其次是潛艇制氧設備的特性決定了其需要大量的二氧化碳供應,就算是不需要二氧化碳作為原料,也依舊需要大量的化學製劑供應。這意味着化工能力極其有限的印度很難使用這種方法大規模製備醫用氧氣。

   

  相比於潛艇,戰鬥機是一個相對開放的環境,飛在天上的戰鬥機有源源不斷的空氣供應。只要能在空氣中分離出氧氣,則可以滿足飛行員的飛行所需。一般,飛機供氧主要有三種方式:高壓氣態氧、液態氧和機載制氧設備。高壓氣態氧是最早的戰鬥機供氧手段,氧氣被以1800~2200PSI的壓強(約140~150個標準大氣壓)儲存在氧氣罐中。但這種供氧方式供氧效率較低,還會額外占用戰鬥機的空間和重量,因此很快便被壓縮效率更高的液氧罐取代了。根據一般的物理規律,液氧的密度大約是氣態氧的860倍,供氧效率比之高壓氣態氧有了很大的進步。

   

  但不論是氣態氧還是液態氧都存在一個非常大的問題——補給難。為了提供飛機所需的氧氣,前線機場必須擁有制氧設備或氧氣儲存倉庫。一旦缺乏制氧設備或氧氣庫存,則會對飛機的作戰產生影響。此外,兩者都依賴高壓氣體瓶儲存,不僅補給困難,在飛機被敵軍擊中時還會產生很大的安全隱患。最重要的是,這兩者的氧氣供應量都是有限的,在空中加油技術發展成熟後,已經不能再適應現代飛機的氧氣需求。因此,上世紀六七十年代開始,各國空軍就開始嘗試製造能夠直接利用空氣生產氧氣的設備。

   

  目前,各國機載制氧設備的原理都大同小異,均是向制氧機泵入發動機壓氣機壓縮好的空氣,並使用分子篩過濾掉空氣中占比最高的氮氣。當空氣中含量最大的氮氣被完全過濾掉之後,作為空氣中體積占比第二高的氣體,氧氣的占比會飆升到90%~95%,剩餘的其他氣體成分(主要是氬氣)甚至完全不需要處理,就可以為飛行員進行供氧。

   

  相比於潛艇和民航客機上使用的氧燭,戰鬥機制氧設備無需任何稀缺的化學製劑就能大量製取氧氣,唯一需要的壓縮空氣也可以使用簡單的壓縮空氣機大量製備。因此,光輝戰機的制氧設備也是最適合被用來緩解印度“缺氧”現狀的。唯一的問題是,按照一般的國際標準,醫用氧氣的氧氣濃度應該在99%以上(如我國為≥99.5%),但戰鬥機制氧設備製備的氧氣濃度通常在90%~95%之間,低於一般的醫用氧氣標準。然而就是這種相對劣質的氧氣,對於一氧難求的印度患者來說,也已經算得上救命稻草了。

   

  ……事實果真如此嗎?事實上,機載制氧設備的難度主要在於小型化,其原理其實早就被工業制氧玩爛了。目前工業制氧的方法主要有液態空氣精餾、膜分離、分子篩、電解水幾種。其中第一種和第四種都可以直接製備純氧,但成本較高,第二種第三種可以以較低的成本製備粗氧,再根據需求進行提純。如上文所言,各國機載制氧設備本質上只是第三種工業制氧方法的小型化和簡陋化(工業會給空氣加壓液化)。相比於大規模的工業分子篩制氧,機載小型設備無論是制氧效率還是成本都比前者更高。目前,印度面臨的困境是工業制氧能力遠遠少於其需求。而如果工業化生產的工廠都無法滿足需求,幾家使用戰鬥機的小型制氧設備的工廠又能做得了什麼呢?對於印度政府來說,與其搞這種華而不實的噱頭幫助自己在即將到來的選舉中拉票,還不如老老實實的尋求國際採購或者援助來得實在。


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