美戰機集體「趴窩」，飛行員需要「喘口氣」

科技日報記者 張 強

很多人都了解客機上的氧氣面罩，一旦遭遇空中險情，比如座艙失壓，它就會脫落，這時候乘客使用的就是飛機的氧氣系統。

最近，這套在很多人眼裡不起眼的「小系統」惹了大麻煩。美國盧克空軍基地因氧氣系統故障停飛的F-35戰機原定於6月12日恢復飛行，但軍方當天卻宣布，停飛令無限期延長，直至故障調查完成。這意味著全球220餘架F-35中四分之一將繼續「趴窩」。除此之外，今年4月，美國海軍還暫時停飛了所有T-45教練機，原因也是氧氣系統問題。而且，F/A-18「大黃蜂」、F/A-18E/F「超級大黃蜂」和EA-18G「咆哮者」等多型戰機，近幾年也曾多次出現過氧氣系統故障。

對此，國防科技大學國家安全與軍事戰略研究中心王群教授介紹：「普通公眾，包括很多美國人，長期以來都存在一種習慣性偏見，就是戰機氧氣系統並非高大上的東西，能有什麼技術含量？甚至連有些飛行員也有這種『錯覺』，認為只要戴上飛行頭盔、捂上氧氣面罩就OK了，但實際並非如此。雖然制氧原理很簡單，但這套系統卻比較複雜，需要考慮很多因素，因此可靠性很不容易保證。」

技術保障「發動機不停氧氣不斷」

戰機的氧氣系統也稱戰機的供氧系統，是指戰機在高空飛行或應急離機過程中，通過氧氣面罩向飛行員提供含氧混合氣體的個體防護系統。作為戰機生命保障系統的一個重要組成部分，它能保證飛行員高空、高速和長航時的生理需求。

「其重要性就如同戰機的供油系統一樣——沒有它，別說戰機戰鬥力難以發揮，就連戰機安全和飛行員的生命都無法保障。」王群指出。

戰機主要採用氣氧、液氧、固氧、分子篩等氧氣系統。前三種氧氣系統，飛行員使用的是事先儲存到容器中的氧氣，而分子篩氧氣系統，是利用分子篩來對空氣中的氧、氮組分進行選擇性吸附，從發動機引入的壓縮空氣中直接分離出氧氣供飛行員使用。它克服了其他氧氣系統的缺限——如氧氣有限、安全性不好、佔用空間大等，能通過無限供氧來極大地提升戰機續航能力並顯著減輕地勤保障負擔。

「因此，分子篩氧氣系統能『發動機不停氧氣不斷』，有利於促進現代戰機『自保障』要求的實現，是三代戰機的重要標誌之一，即使目前最先進的四代戰機基本上還是採用它。當然，分子篩氧氣系統也在逐步升級，而且還正在發展其他氧氣系統，比如膜分離制氧系統。」他說。

記者了解到，美國上世紀90年代就已基本為所有戰機安裝了分子篩氧氣系統，隨後西方國家紛紛跟進換裝了它，俄羅斯也在效仿。不過由於技術難度大，俄羅斯直到2013年才為其先進戰機研製出實用的分子篩氧氣系統。此前，俄羅斯戰機多採用氣氧或液氧氧氣系統，它們的氧源是地勤配置的儲氣罐，只能定量有限供氧。

飛得越高越頻 問題暴露越多

2011年，美空軍航空作戰司令部下達命令，F-22在常規訓練時的飛行高度限制在7600米以內。因為不久前的2010年11月17日，一架F-22在阿拉斯加墜毀，美軍懷疑是氧氣系統故障所致，但又一直找不到確切原因，不得不採取這一臨時應對措施。

美空軍評估，在1.5萬米和更高高度飛行時，如果氧氣系統故障，飛行員呼吸不到氧氣，將會在10秒內喪失意識。而7600米之所以被認為是安全高度的上限，是因為在這裡飛行員有足夠的時間將高度降低至5400米——在這一高度飛行員無需佩戴面罩也可自由呼吸。

2012年時，美空軍承認，其187架F-22的「飛行員氧氣系統」事故率達到每10萬飛行小時26次。對於大多數其他型號的戰機來說，這一事故率只有接近每10萬飛行小時2—3次。

「戰機氧氣系統的制氧原理簡單，但是系統構成比較複雜。再加上美軍現在把供氧系統和抗荷（增壓）服整合在一起，系統更加複雜，任何一個環節出問題都有可能造成致命的危險。」王群介紹，「氧氣系統在設計時要考慮的因素很多，應根據戰機的外形、布局、性能、任務、發動機形狀等各個方面來設計。比如，一款戰機在什麼環境、什麼高度、什麼溫度、多大過載情況下需要自動供氧，而且氧濃度、供氧量和供氧壓力多大，不合適就會出現問題。因此，不同類型的戰機都應該設計不同的氧氣系統。」

那麼，為什麼美軍這麼先進的戰機氧氣系統還會出問題，其他國家難道不出問題嗎？

「實際上，其他國家也出問題，只是媒體報道少。美國戰機基數大，訓練要求高、強度難度大、飛行次數多，這也是它這方面事故顯得較多的一個重要原因。美國機載分子篩氧氣技術處於領先地位，系統性能也很先進，應用歷史最長、普及率最高，可靠性應該也不會差到哪去。比如飛行時即使發生戰機座艙失密減壓狀況，美軍飛行員也會依靠氧氣系統保持高度『繼續飛行』，而其他國家對氧氣系統則沒有這麼自信，多是要『下降求生』。」王群說。

至今未完全搞清故障原因

實際上，為什麼會頻出氧氣系統故障，美軍到現在也沒有完全搞清原因。

對此，王群表示：「結合它對外宣稱的說法和專家的觀點，美軍戰機不斷發生氧氣系統故障可能有多個原因：一是技術方面，如進氣道因故障關閉後應急備用氧氣系統未及時啟動，引氣系統或其他密封件泄漏導致發動機廢氣進入，抗荷服產生的壓力過大阻礙了飛行員呼吸，極端動作下面罩與人臉結合不緊漏氣，氧源部分管路鬆脫，空氣過濾或告警系統不正常工作，制氧部分與備用氧氣系統切換失靈，等等；二是氧氣系統設計流程和質量控制嚴格不夠；三是維護保養不善或不及時；四是氧氣系統都按通用的軍用標準要求，並非一型戰機執行一種標準。」

「後來F-35氧氣系統設計時，美軍專家在回答公眾質詢時就聲稱，他們已提高了驗收標準，並進行了改進，但結果還是出了問題。這樣看來，美軍還是沒有找到根本性的原因，只能採取一些『不得已而為之』的辦法，比如降低高度飛行，加裝自動備份氧氣系統，等等。」王群指出。

例如，F-22頻出氧氣系統故障後，美空軍授予洛馬公司超過3000萬美元的合同，用於為所有F-22安裝自動備份氧氣系統。

那麼，為了避免氧氣系統故障對飛行員和戰機造成損害，可以採取哪些辦法？

王群認為：「降低飛行高度、降低飛行頻率等在未查明原因時都是必須的，但根本上還是應細化、提高質量標準，嚴把質量關，並充分驗證，同時還要嚴格檢驗流程，加強日常維護保養。而且，設計上要適應不同戰機的要求，需考慮更加極端的情況，要有更好的冗餘度，主要是配備自動備用氧氣系統，確保可靠性。此外，還應修改軟體系統，提高緊急情況下氧氣系統在整個生命保障系統中的優先等級。」

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