美國海軍航母艦載機(jī)飛行員缺氧事件的啟示

楊玲玲，李聰聰，張孝強(qiáng)，胡可昕，李旭霞

現(xiàn)如今，先進(jìn)艦載戰(zhàn)斗機(jī)的性能不斷提升，飛行中供氧面臨更多挑戰(zhàn)，造成飛行缺氧事件增加。飛行缺氧主要是大腦和其他身體組織的缺氧，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響認(rèn)知，甚至發(fā)生暈厥。自2010 年以來，美國海軍艦載機(jī)飛行員缺氧問題的報(bào)道逐漸增多［1］，并在2017 年激增［2］，供氧問題一度成為最主要的飛行生理事件類型，因而飛行員對供氧的擔(dān)憂和飛行挫折感也不斷增加。缺氧事件曾造成美國海軍多起飛機(jī)與人員損失事故，涉及戰(zhàn)斗機(jī)、教練機(jī)等艦載機(jī)型，導(dǎo)致大批艦載機(jī)停飛，嚴(yán)重影響美國海軍正常部署。筆者將從美國海軍艦載機(jī)飛行員缺氧事件、調(diào)查情況、響應(yīng)措施方面進(jìn)行闡述。

1 缺氧事件

缺氧被認(rèn)為是美國固定翼飛機(jī)飛行員面臨的最大安全問題。1996-2016 年的20 年內(nèi)，機(jī)艙內(nèi)缺氧約導(dǎo)致15 名美國海軍戰(zhàn)斗機(jī)飛行員喪生；2015 年美國海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)報(bào)道了110 多起機(jī)艙內(nèi)缺氧事件［3］。美國海軍T-45“蒼鷹”教練機(jī)、F/A-18A/B/C/D“大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)、F/A-18E/F“超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)、EA-18G“咆哮者”電子戰(zhàn)飛機(jī)及F-35“閃電Ⅱ”戰(zhàn)斗機(jī)均經(jīng)歷過飛行員缺氧事件［4］。

1.1 F/A-18 戰(zhàn)斗機(jī)

F/A-18 戰(zhàn)斗機(jī)作為目前美國海軍最主要的艦載戰(zhàn)斗機(jī)，1983 年開始服役美國海軍，2006 年7 月在F-14“雄貓”戰(zhàn)斗機(jī)退役后，成為美國航空母艦上唯一的艦載戰(zhàn)斗機(jī)，直至F-35 戰(zhàn)斗機(jī)服役部署。2012-2017 年的5 年間，F(xiàn)/A-18 系列戰(zhàn)斗機(jī)出現(xiàn)缺氧事件達(dá)到300 起左右，美國海軍2017 年6 月的報(bào)告顯示，缺氧事件導(dǎo)致4 名F/A-18 戰(zhàn)斗機(jī)飛行員死亡［5］。2018 年5 月，在打擊敘利亞行動(dòng)中，“杜魯門”號航母搭載的2 架F/A-18E 戰(zhàn)斗機(jī)因飛行員缺氧，緊急迫降到土耳其空軍基地，其中1 名飛行員表現(xiàn)出嚴(yán)重的缺氧癥狀，必須得到地面人員的協(xié)助才能離開機(jī)艙［1］。

1.2 EA-18G“咆哮者”電子戰(zhàn)飛機(jī)

2018 年1 月，1 架EA-18G 電子戰(zhàn)飛機(jī)的環(huán)境控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致機(jī)艙失壓，機(jī)載制氧系統(tǒng)停止工作，飛行員只能依靠機(jī)上備用氧系統(tǒng)進(jìn)行呼吸，著陸時(shí)，備用氧幾乎耗盡。2018 年6 月、2019 年3 月EA-18G 飛機(jī)均因?yàn)轱w行員缺氧而緊急迫降到民航機(jī)場［6］。

1.3 F-35“閃電-II”戰(zhàn)斗機(jī)

2019 年2 月28 日，美國海軍宣布其F-35C 航母艦載機(jī)形成初始作戰(zhàn)能力，可以進(jìn)行作戰(zhàn)部署。F-35 戰(zhàn)斗機(jī)是世界上最先進(jìn)的戰(zhàn)機(jī)之一，其3 種型號“F-35A、F-35B、F-35C”采用通用的機(jī)載制氧系統(tǒng)。美國空軍F-35A 戰(zhàn)斗機(jī)曾多次出現(xiàn)飛行缺氧事件，導(dǎo)致大批飛機(jī)停飛。例如，美國某空軍基地的F-35A 戰(zhàn)斗機(jī)在2017 年5 月2 日至6 月8 日連續(xù)發(fā)生5 起飛行員缺氧事件，缺氧癥狀包括頭暈、指（趾）發(fā)麻/刺痛，飛行員均啟用了備用氧系統(tǒng)。美國空軍隨后停飛了55 架同類型戰(zhàn)斗機(jī)［7］。

美國F-22、F-35 戰(zhàn)斗機(jī)同為美國洛克希德·馬丁公司研發(fā)，具備相似的機(jī)載制氧系統(tǒng)［8］。2008-2012 年，美國空軍F-22 戰(zhàn)斗機(jī)也多次出現(xiàn)供氧問題，其中，1 名飛行員死亡，1 名飛行員瀕臨死亡，還有數(shù)十名飛行員出現(xiàn)認(rèn)知水平下降或空間定向問題。

1.4 T-45“蒼鷹”教練機(jī)

美國海軍T-45“蒼鷹”教練機(jī)為美國海軍較舊的艦載機(jī)，平均機(jī)齡為20 年［9］。2012-2017 年間，T-45 教練機(jī)飛行員經(jīng)歷了多起缺氧事件。2017 年初，超過100 名飛行教練員因?yàn)轱w行缺氧而拒絕駕駛該教練機(jī)；同年4 月，美國海軍停飛其本土至少3 個(gè)基地的約200 架T-45 教練機(jī)［10］，導(dǎo)致美國海軍及海軍陸戰(zhàn)隊(duì)F/A-18 等艦載機(jī)著艦訓(xùn)練中斷［11］。

2 調(diào)查情況

2.1 調(diào)查經(jīng)過

艦載機(jī)缺氧事件往往不是單一因素造成的，調(diào)查過程通常較為復(fù)雜，調(diào)查力量涉及多部門、多專業(yè)，經(jīng)費(fèi)開支大，耗時(shí)長。缺氧事件不斷升級后，美國國會(huì)要求美國海軍對F/A-18、T-45 艦載機(jī)供氧問題進(jìn)行調(diào)查、整改，例如采用新式艙內(nèi)海拔高度計(jì)、升級機(jī)載制氧系統(tǒng)、優(yōu)化生命支持系統(tǒng)、改進(jìn)生理監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，以及安裝戰(zhàn)斗機(jī)自動(dòng)地面防撞系統(tǒng)等，并要求美國海軍部長按時(shí)提交整改報(bào)告。

為調(diào)查缺氧事件，美國海軍成立了2 支航空生理問題糾正行動(dòng)隊(duì)，分別負(fù)責(zé)T-45 與F/A-18 艦載機(jī)的安全調(diào)查。糾正行動(dòng)隊(duì)對機(jī)載供氧系統(tǒng)、艙壓控制系統(tǒng)、氧氣面罩等硬件進(jìn)行了調(diào)查研究，還結(jié)合了飛行員脫水、體溫、疲勞、飲食、低血糖、身體載荷、健康狀況、認(rèn)知負(fù)荷等航空醫(yī)學(xué)因素等進(jìn)行了調(diào)查研究［12］。

美國海軍還邀請美國國家航空航天局工程與安全中心（NASA Engineering and Safety Center， NESC）對其F/A-18 艦載機(jī)缺氧事件進(jìn)行調(diào)查評估［13］，該中心啟動(dòng)了飛行員呼吸調(diào)查評估項(xiàng)目（pilot breathing assessment， PBA），調(diào)查團(tuán)隊(duì)由環(huán)境控制系統(tǒng)、氧氣系統(tǒng)、生命支持系統(tǒng)、航空系統(tǒng)、系統(tǒng)工程、飛行醫(yī)學(xué)、生理學(xué)、人體系統(tǒng)/人為因素、分析化學(xué)、安全以及數(shù)據(jù)挖掘和分析領(lǐng)域的多名技術(shù)專家組成，重點(diǎn)開展機(jī)艙內(nèi)人為因素與缺氧事件的關(guān)系研究［14］。

由于美國空軍F-35A、T-6 Texan 教練機(jī)等也出現(xiàn)了嚴(yán)重的缺氧和停飛事件，為此，美國海軍與空軍聯(lián)合開展研究以應(yīng)對缺氧事件。

2.2 調(diào)查結(jié)果

經(jīng)過一系列調(diào)查，美國海軍認(rèn)為其艦載機(jī)缺氧事件原因非常復(fù)雜，可能與飛行防護(hù)裝具、供氧系統(tǒng)、飛行員等因素相關(guān)［3］。

2.2.1 飛行防護(hù)裝具束縛 海軍艦載機(jī)飛行員由于比空軍飛行員配置更多的個(gè)人裝備，且在彈射起飛時(shí)需要固定、收緊許多裝具，比空軍飛行員面臨更多的缺氧問題。

2.2.2 供氧設(shè)備故障與維修不足 T-45 教練機(jī)缺氧事件可能與機(jī)載制氧系統(tǒng)老化或過濾裝置失修導(dǎo)致氧氣污染有關(guān)，而F/A-18 戰(zhàn)斗機(jī)缺氧事件還涉及環(huán)境控制系統(tǒng)和機(jī)載制氧系統(tǒng)問題。

美海軍航空供氧系統(tǒng)維護(hù)不足原因包括：（1）對供氧系統(tǒng)的檢修、維護(hù)缺少制度約束；（2）航空設(shè)備快速發(fā)展，維護(hù)人員能力不足；（3）維護(hù)嚴(yán)重依賴地方，遠(yuǎn)海部署時(shí)地方人員、零配件轉(zhuǎn)運(yùn)受限；（4）美國國會(huì)對海軍縮減國防開支、精簡人員造成航空維護(hù)人員數(shù)量不足［15］。

2.2.3 人員因素 美國海軍艦載機(jī)不少缺氧事件發(fā)生在飛行訓(xùn)練中，涉及一些改裝機(jī)型中，飛行員緊張及缺氧識別不準(zhǔn)確可能是報(bào)告缺氧事件上升的原因。飛行裝具如氧氣面罩的非正常使用、貼合不緊密等可能也是缺氧的原因。一些飛行人員對缺氧有一定的心理暗示，在稍不舒服時(shí)，可能會(huì)報(bào)告實(shí)際上并未發(fā)生的缺氧事件。另外，飛行人員疲勞、過度換氣、低血糖、脫水等均與缺氧有一定關(guān)系。

3 響應(yīng)措施

3.1 引入飛行員氧氣（穿戴）監(jiān)測技術(shù)

由于缺乏監(jiān)測手段，美國海軍艦載機(jī)飛行員缺氧多由飛行員主動(dòng)報(bào)告，缺氧發(fā)生的隱匿性、不易識別等特點(diǎn)也常使統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)少于實(shí)際數(shù)據(jù)。艦載機(jī)氧氣系統(tǒng)及缺氧原因復(fù)雜，而且缺氧會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。為此，美軍優(yōu)化、更新了技術(shù)裝備對艙壓、氧氣濃度、飛行員呼吸系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，以獲得相關(guān)分析數(shù)據(jù)，并在必要時(shí)進(jìn)行預(yù)警，使飛行員及時(shí)采取緊急措施。例如，飛行員缺氧事件發(fā)生后，美國海軍委托波音公司在其1 000 多架F/A-18 艦載機(jī)中安裝艙壓監(jiān)測系統(tǒng)（cockpit pressure obogs monitoring system， CPOMS），對其氧氣濃度和增壓數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測、記錄、預(yù)警。美國國家航空航天局對軍事飛行員缺氧事件的調(diào)查中使用了英國Cobham 公司研發(fā)的VigilOX 系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對呼吸的氧氣、二氧化碳、頻率及艙壓進(jìn)行監(jiān)測。美國海軍為T-45 教練機(jī)配備GGU-25 智能制氧機(jī)，為飛行員提供清潔氧氣［16］，并安裝Cobham公司研發(fā)的CRU-123 監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測艙壓和氧氣濃度。美國海軍還試圖開發(fā)一種基于氧氣、二氧化碳和飛行員腦電波水平的算法，以研制智能頭盔，及時(shí)向飛行員發(fā)出缺氧預(yù)警。另外，還考慮采用特殊面料制作能夠采集心率、呼吸數(shù)據(jù)的智能飛行服裝［17］。

3.2 加強(qiáng)飛行員缺氧訓(xùn)練

缺氧癥狀具有明顯的個(gè)體差異，常見手腳麻痹刺痛、肢體不協(xié)調(diào)、潮熱、冷汗、呼吸急促、反應(yīng)遲緩、視力模糊、失去知覺、精神錯(cuò)亂等較多生理、心理癥狀［18］，加上發(fā)生緩慢、漸進(jìn)，沒有經(jīng)過缺氧訓(xùn)練或體驗(yàn)的飛行人員往往需要15 s 才有可能對缺氧作出正確反應(yīng)［19］。美軍一貫重視航空缺氧訓(xùn)練，連續(xù)性缺氧事件發(fā)生后，美軍加強(qiáng)了飛行人員的缺氧識別及應(yīng)急處置訓(xùn)練，充分考慮訓(xùn)練安全性和人員依從性，對飛行人員進(jìn)行個(gè)性化缺氧監(jiān)測，使其掌握自身特異性癥狀及應(yīng)急處置程序。由于低壓艙易造成氣壓傷、減壓病、鼓膜破裂、低溫傷、訓(xùn)練積極性不高等問題，美國海軍多采用常壓缺氧訓(xùn)練方式［20］。美國海軍航空航天醫(yī)學(xué)研究所（Naval Aerospace Medical Institute， NAMI）開展的缺氧訓(xùn)練由實(shí)驗(yàn)人員監(jiān)測飛行人員的腦電波、氧氣水平和認(rèn)知水平。飛行人員佩戴減氧呼吸裝置（reduced oxygen breathing device， ROBD），該裝置比低壓艙具有更好的空間適應(yīng)性，使飛行人員不必去缺氧訓(xùn)練中心，在部署地或訓(xùn)練基地即可接受缺氧訓(xùn)練，不影響飛行人員在位率。另外，美軍還將ROBD 整合在實(shí)戰(zhàn)化的飛行模擬器中，實(shí)現(xiàn)飛行技術(shù)、缺氧融合訓(xùn)練［20］。

3.3 增加缺氧生理研究

為了進(jìn)一步明確飛行員空中缺氧的原因及影響，美國海軍航空醫(yī)學(xué)部門對缺氧問題開展了眾多研究，包括飛行裝置負(fù)荷、高重力加速度、機(jī)艙溫度、大量感觀輸入等對飛行員呼吸活動(dòng)的影響［21］。NAMI 在對60 多名飛行學(xué)員進(jìn)行模擬缺氧測試后發(fā)現(xiàn)，腦電波頻率會(huì)隨缺氧程度的加深而降低，大腦不同區(qū)域受缺氧的影響程度不同，男性和女性飛行員的腦電波反應(yīng)也存在差異；缺氧癥狀具有明顯的個(gè)體差異性，相關(guān)癥狀包括注意力不能集中、視力下降、出汗、呼吸急促，受試者中約有20%沒有意識到自身的缺氧癥狀［22］。美國空軍航空航天醫(yī)學(xué)院和海軍代頓醫(yī)學(xué)研究部在美國空軍“賴特-帕特森”基地對飛行員缺氧問題開展聯(lián)合研究［23］，主要針對空軍F-22 戰(zhàn)斗機(jī)和海軍F/A-18 艦載機(jī)。

3.4 加強(qiáng)平臺救護(hù)條件

2011 年起，F(xiàn)/A-18 艦載機(jī)頻繁遭遇缺氧事件，為此，美國海軍在航母上部署高壓氧艙。2017 年初，美國“布什”號航空母艦在波斯灣部署，航母上的高壓氧艙在第一時(shí)間救治了2 起缺氧事件的飛行員，使飛行員及時(shí)復(fù)飛，表明常用于救治潛水員的高壓氧艙也可以救治缺氧飛行員［24］。如果沒有就近部署高壓氧艙，美國海軍頻發(fā)的缺氧事件將使飛行員健康受到嚴(yán)重威脅。

4 啟示

美國海軍艦載機(jī)缺氧事件表明，事件發(fā)生與飛機(jī)機(jī)型、機(jī)齡、先進(jìn)性及飛行員經(jīng)驗(yàn)沒有必然聯(lián)系，原因復(fù)雜，隱匿性強(qiáng)，表現(xiàn)多樣，可對正常的作訓(xùn)造成嚴(yán)重影響。隨著新型戰(zhàn)斗機(jī)的投入使用、作戰(zhàn)訓(xùn)練需求的升級以及新技術(shù)的發(fā)展等［25］，我國海軍艦載機(jī)也面臨飛行員缺氧的挑戰(zhàn)，需要預(yù)先做好應(yīng)對準(zhǔn)備。從美軍應(yīng)對艦載機(jī)缺氧事件的舉措可以得出降低缺氧事件及其影響的相關(guān)啟示。

4.1 加強(qiáng)飛行員缺氧識別與應(yīng)對訓(xùn)練

2018 年，我軍新軍事訓(xùn)練大綱正式頒發(fā)，對飛行員抗缺氧訓(xùn)練進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定。但由于缺氧訓(xùn)練給飛行員帶來潛在不適感、可能誘發(fā)影響飛行的病癥、存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)等原因，飛行員缺氧訓(xùn)練的積極性不高。另外，由于目前受訓(xùn)練條件、組訓(xùn)水平、風(fēng)險(xiǎn)處置能力限制，飛行員通常接受缺氧單目標(biāo)訓(xùn)練并在訓(xùn)練前被告知訓(xùn)練內(nèi)容，缺氧訓(xùn)練與飛行操作訓(xùn)練、抗荷訓(xùn)練、空間定向訓(xùn)練等科目融合度不高，導(dǎo)致缺氧訓(xùn)練的實(shí)戰(zhàn)化水平及效能不高。未來應(yīng)緊盯艦載機(jī)作戰(zhàn)及性能發(fā)展需求，加快缺氧訓(xùn)練的條件建設(shè)，重視訓(xùn)練裝備的升級與維護(hù)，增強(qiáng)組訓(xùn)能力，實(shí)現(xiàn)多個(gè)訓(xùn)練科目融合，實(shí)施飛行員個(gè)性化訓(xùn)練方案，繼續(xù)加強(qiáng)缺氧生理研究，完善缺氧訓(xùn)練監(jiān)測手段，提升缺氧訓(xùn)練中的特情處置能力，以在實(shí)戰(zhàn)化且保證飛行員安全的前提下，完成飛行員缺氧識別與應(yīng)對能力準(zhǔn)備。

4.2 重視航空供氧設(shè)備維護(hù)

航母在形成作戰(zhàn)能力后，通常進(jìn)行遠(yuǎn)距離、長時(shí)間部署，艦載機(jī)后勤保障與維護(hù)條件有限，飛行技術(shù)人員和飛行人員易發(fā)生疲勞，缺氧事故發(fā)生率比陸基有所上升。因此，對供氧系統(tǒng)維護(hù)人員如醫(yī)學(xué)工程、機(jī)械工程和其他航空技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)部署前培訓(xùn)和資質(zhì)認(rèn)證，保證部署時(shí)所需零部件的可用性。完善艦載機(jī)供氧系統(tǒng)檢修、維護(hù)的規(guī)章制度，嚴(yán)格按要求對可能的系統(tǒng)故障做好預(yù)防性檢修。

4.3 開展高精度氧氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究

缺氧訓(xùn)練與實(shí)際飛行體驗(yàn)可提高飛行員早期識別和正確處置缺氧的能力，美國海軍受T-45 教練機(jī)缺氧事件的影響，飛行員使用模擬器進(jìn)行缺氧訓(xùn)練的時(shí)間越來越多，但最好的模擬器也難以模擬實(shí)際飛行中的緊張、焦慮、不安、感觀信息、認(rèn)知負(fù)荷、失誤，難以使飛行員做好充分的缺氧應(yīng)對準(zhǔn)備［26］，并在第一時(shí)間對缺氧作出反應(yīng)。美軍的缺氧監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)雖是一種有效的缺氧識別補(bǔ)充手段，但可能會(huì)存在系統(tǒng)誤報(bào)警、頻繁報(bào)警等現(xiàn)象，給飛行員帶來干擾或?qū)е驴只?，研究具備飛行員氧氣水平監(jiān)測和智能流量調(diào)節(jié)的高精度裝置或是一種解決方法。

4.4 多方聯(lián)合應(yīng)對缺氧

艦載機(jī)技術(shù)快速發(fā)展將使未來飛行缺氧更為復(fù)雜，徹底解決缺氧問題需付出更大的成本和努力，需加強(qiáng)多種力量的聯(lián)合。事件原因調(diào)查、供氧系統(tǒng)優(yōu)化與維護(hù)、生命支持系統(tǒng)改進(jìn)、缺氧訓(xùn)練、規(guī)范化救治、生理研究等工作均需要集中優(yōu)勢資源，攻堅(jiān)克難，以盡早消除缺氧問題對艦載機(jī)戰(zhàn)斗力的影響。

4.5 完善飛行員缺氧救治條件

缺氧救治應(yīng)盡早實(shí)施，避免飛行員缺氧加重，促使盡快復(fù)氧。建議優(yōu)化飛行員缺氧急救裝具配置，提高營救隊(duì)伍能力，完善缺氧飛行員后送方案，配齊救治設(shè)備、人員和相關(guān)藥材，保證航母、后送平臺與救治機(jī)構(gòu)的缺氧評估、治療能力。