Разработка подводных дыхательных аппаратов. Физиологические требования к дыхательным аппаратам
Простейшим приспособлением, которое можно использовать для дыхания под водой, является перевернутое ведро. С его помощью можно предпринять короткое, но рискованное путешествие под воду, испытав на себе некоторые трудности, связанные с разработкой дыхательного аппарата. Вскоре обнаружилось бы, что с увеличением глубины объем воздушного пузыря под ведром уменьшается вследствие повышения давления. Погружение, вероятно, будет сопровождаться заметным затруднением дыхания из-за накопления двуокиси углерода.
Если не прекратить эксперимент, то в результате использования ограниченных запасов кислорода разовьется гипоксия. В этом случае очень ограничено поле зрения и, кроме того, существует необходимость правильно подобрать для ведра балласт, чтобы погрузиться. Однако балласт может быть выбран правильно только в отношении одного конкретного объема воздушного пузыря. И если при дальнейшем погружении он уменьшится хоть на немного, то тело погружаемого станет относительно тяжелым и он будет двигаться ко дну с ускорением. В дополнение к сказанному существует опасность испытать действие азотного наркоза.
Тем не менее более усовершенствованные и легко управляемые варианты этого простого приспособления, по-видимому, были самым первым водолазным снаряжением, о котором писал еще Аристотель в 340 году до н. э. С помощью подобных приспособлений водолазы продлевали время своего пребывания на морском дне, используя их как резервуары для воздуха.
Физиологические требования к дыхательным аппаратам
Несомненно, что для разработки дыхательной аппаратуры, отвечающей требованиям водолаза, необходимо знание физиологических процессов, происходящих при акте дыхания. Во-первых, необходимо понять воздействие на физиологическое состояние водолаза как повышенного давления, так и самого подводного дыхательного аппарата; во-вторых, следует установить на количественной основе подходящие физиологические параметры для конструкторской разработки.
Физиологические требования, которые должны быть реализованы, в основном сводятся к следующему: во-первых, снаряжение должно обеспечивать водолазу достаточную вентиляцию легких при любых уровнях физического напряжения; во-вторых, парциальное давление кислорода и двуокиси углерода в дыхательной газовой смеси и температура этой смеси должны поддерживаться в допустимых пределах; в-третьих, любое повышение усилий, затрачиваемых человеком на дыхание, связанное с плотностью газа или с конструкцией аппарата, не должно быть чрезмерным.
На первый взгляд создание указанных выше условий может показаться относительно простым. Однако более детальное изучение проблемы показывает, что необходимая информация либо отсутствует, либо противоречива. Так, например, сведения относительно допустимого уровня работы, затрачиваемой водолазом на акт дыхания, недостаточные. Поэтому реально необходимая вентиляторная мощность дыхательного аппарата изготовителем обычно точно не устанавливается и ее влияние на дыхание водолаза в условиях эксплуатации совершенно неизвестно.
Ниже будут подробно рассмотрены аспекты гипербарической физиологии, относящиеся к разработке дыхательных аппаратов. С этих позиций в общих чертах в книге описываются ограничения, с которыми сталкивается водолаз при использовании отдельных современных разработок снаряжения и обсуждаются особенности конструкций различных типов подводных дыхательных аппаратов.