美國海軍航母艦載機飛行員缺氧事件的啟示

楊玲玲，李聰聰，張孝強，胡可昕，李旭霞

現如今，先進艦載戰斗機的性能不斷提升，飛行中供氧面臨更多挑戰，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，嚴重時會影響認知，甚至發生暈厥。自2010 年以來，美國海軍艦載機飛行員缺氧問題的報道逐漸增多［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與人員損失事故，涉及戰斗機、教練機等艦載機型，導致大批艦載機停飛，嚴重影響美國海軍正常部署。筆者將從美國海軍艦載機飛行員缺氧事件、調查情況、響應措施方面進行闡述。

1 缺氧事件

缺氧被認為是美國固定翼飛機飛行員面臨的最大安全問題。1996-2016 年的20 年內，機艙內缺氧約導致15 名美國海軍戰斗機飛行員喪生；2015 年美國海軍和海軍陸戰隊報道了110 多起機艙內缺氧事件［3］。美國海軍T-45“蒼鷹”教練機、F/A-18A/B/C/D“大黃蜂”戰斗機、F/A-18E/F“超級大黃蜂”戰斗機、EA-18G“咆哮者”電子戰飛機及F-35“閃電Ⅱ”戰斗機均經歷過飛行員缺氧事件［4］。

1.1 F/A-18 戰斗機

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

1.2 EA-18G“咆哮者”電子戰飛機

2018 年1 月，1 架EA-18G 電子戰飛機的環境控制系統出現故障，導致機艙失壓，機載制氧系統停止工作，飛行員只能依靠機上備用氧系統進行呼吸，著陸時，備用氧幾乎耗盡。2018 年6 月、2019 年3 月EA-18G 飛機均因為飛行員缺氧而緊急迫降到民航機場［6］。

1.3 F-35“閃電-II”戰斗機

2019 年2 月28 日，美國海軍宣布其F-35C 航母艦載機形成初始作戰能力，可以進行作戰部署。F-35 戰斗機是世界上最先進的戰機之一，其3 種型號“F-35A、F-35B、F-35C”采用通用的機載制氧系統。美國空軍F-35A 戰斗機曾多次出現飛行缺氧事件，導致大批飛機停飛。例如，美國某空軍基地的F-35A 戰斗機在2017 年5 月2 日至6 月8 日連續發生5 起飛行員缺氧事件，缺氧癥狀包括頭暈、指（趾）發麻/刺痛，飛行員均啟用了備用氧系統。美國空軍隨后停飛了55 架同類型戰斗機［7］。

美國F-22、F-35 戰斗機同為美國洛克希德·馬丁公司研發，具備相似的機載制氧系統［8］。2008-2012 年，美國空軍F-22 戰斗機也多次出現供氧問題，其中，1 名飛行員死亡，1 名飛行員瀕臨死亡，還有數十名飛行員出現認知水平下降或空間定向問題。

1.4 T-45“蒼鷹”教練機

美國海軍T-45“蒼鷹”教練機為美國海軍較舊的艦載機，平均機齡為20 年［9］。2012-2017 年間，T-45 教練機飛行員經歷了多起缺氧事件。2017 年初，超過100 名飛行教練員因為飛行缺氧而拒絕駕駛該教練機；同年4 月，美國海軍停飛其本土至少3 個基地的約200 架T-45 教練機［10］，導致美國海軍及海軍陸戰隊F/A-18 等艦載機著艦訓練中斷［11］。

2 調查情況

2.1 調查經過

艦載機缺氧事件往往不是單一因素造成的，調查過程通常較為復雜，調查力量涉及多部門、多專業，經費開支大，耗時長。缺氧事件不斷升級后，美國國會要求美國海軍對F/A-18、T-45 艦載機供氧問題進行調查、整改，例如采用新式艙內海拔高度計、升級機載制氧系統、優化生命支持系統、改進生理監測和預警系統，以及安裝戰斗機自動地面防撞系統等，并要求美國海軍部長按時提交整改報告。

為調查缺氧事件，美國海軍成立了2 支航空生理問題糾正行動隊，分別負責T-45 與F/A-18 艦載機的安全調查。糾正行動隊對機載供氧系統、艙壓控制系統、氧氣面罩等硬件進行了調查研究，還結合了飛行員脫水、體溫、疲勞、飲食、低血糖、身體載荷、健康狀況、認知負荷等航空醫學因素等進行了調查研究［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 艦載機缺氧事件進行調查評估［13］，該中心啟動了飛行員呼吸調查評估項目（pilot breathing assessment， PBA），調查團隊由環境控制系統、氧氣系統、生命支持系統、航空系統、系統工程、飛行醫學、生理學、人體系統/人為因素、分析化學、安全以及數據挖掘和分析領域的多名技術專家組成，重點開展機艙內人為因素與缺氧事件的關系研究［14］。

由于美國空軍F-35A、T-6 Texan 教練機等也出現了嚴重的缺氧和停飛事件，為此，美國海軍與空軍聯合開展研究以應對缺氧事件。

2.2 調查結果

經過一系列調查，美國海軍認為其艦載機缺氧事件原因非常復雜，可能與飛行防護裝具、供氧系統、飛行員等因素相關［3］。

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

2.2.2 供氧設備故障與維修不足 T-45 教練機缺氧事件可能與機載制氧系統老化或過濾裝置失修導致氧氣污染有關，而F/A-18 戰斗機缺氧事件還涉及環境控制系統和機載制氧系統問題。

美海軍航空供氧系統維護不足原因包括：（1）對供氧系統的檢修、維護缺少制度約束；（2）航空設備快速發展，維護人員能力不足；（3）維護嚴重依賴地方，遠海部署時地方人員、零配件轉運受限；（4）美國國會對海軍縮減國防開支、精簡人員造成航空維護人員數量不足［15］。

2.2.3 人員因素 美國海軍艦載機不少缺氧事件發生在飛行訓練中，涉及一些改裝機型中，飛行員緊張及缺氧識別不準確可能是報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，可能會報告實際上并未發生的缺氧事件。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系。

3 響應措施

3.1 引入飛行員氧氣（穿戴）監測技術

由于缺乏監測手段，美國海軍艦載機飛行員缺氧多由飛行員主動報告，缺氧發生的隱匿性、不易識別等特點也常使統計數據少于實際數據。艦載機氧氣系統及缺氧原因復雜，而且缺氧會導致嚴重后果。為此，美軍優化、更新了技術裝備對艙壓、氧氣濃度、飛行員呼吸系統進行監測，以獲得相關分析數據，并在必要時進行預警，使飛行員及時采取緊急措施。例如，飛行員缺氧事件發生后，美國海軍委托波音公司在其1 000 多架F/A-18 艦載機中安裝艙壓監測系統（cockpit pressure obogs monitoring system， CPOMS），對其氧氣濃度和增壓數據進行連續監測、記錄、預警。美國國家航空航天局對軍事飛行員缺氧事件的調查中使用了英國Cobham 公司研發的VigilOX 系統，該系統可對呼吸的氧氣、二氧化碳、頻率及艙壓進行監測。美國海軍為T-45 教練機配備GGU-25 智能制氧機，為飛行員提供清潔氧氣［16］，并安裝Cobham公司研發的CRU-123 監測系統，監測艙壓和氧氣濃度。美國海軍還試圖開發一種基于氧氣、二氧化碳和飛行員腦電波水平的算法，以研制智能頭盔，及時向飛行員發出缺氧預警。另外，還考慮采用特殊面料制作能夠采集心率、呼吸數據的智能飛行服裝［17］。

3.2 加強飛行員缺氧訓練

缺氧癥狀具有明顯的個體差異，常見手腳麻痹刺痛、肢體不協調、潮熱、冷汗、呼吸急促、反應遲緩、視力模糊、失去知覺、精神錯亂等較多生理、心理癥狀［18］，加上發生緩慢、漸進，沒有經過缺氧訓練或體驗的飛行人員往往需要15 s 才有可能對缺氧作出正確反應［19］。美軍一貫重視航空缺氧訓練，連續性缺氧事件發生后，美軍加強了飛行人員的缺氧識別及應急處置訓練，充分考慮訓練安全性和人員依從性，對飛行人員進行個性化缺氧監測，使其掌握自身特異性癥狀及應急處置程序。由于低壓艙易造成氣壓傷、減壓病、鼓膜破裂、低溫傷、訓練積極性不高等問題，美國海軍多采用常壓缺氧訓練方式［20］。美國海軍航空航天醫學研究所（Naval Aerospace Medical Institute， NAMI）開展的缺氧訓練由實驗人員監測飛行人員的腦電波、氧氣水平和認知水平。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性，使飛行人員不必去缺氧訓練中心，在部署地或訓練基地即可接受缺氧訓練，不影響飛行人員在位率。另外，美軍還將ROBD 整合在實戰化的飛行模擬器中，實現飛行技術、缺氧融合訓練［20］。

3.3 增加缺氧生理研究

為了進一步明確飛行員空中缺氧的原因及影響，美國海軍航空醫學部門對缺氧問題開展了眾多研究，包括飛行裝置負荷、高重力加速度、機艙溫度、大量感觀輸入等對飛行員呼吸活動的影響［21］。NAMI 在對60 多名飛行學員進行模擬缺氧測試后發現，腦電波頻率會隨缺氧程度的加深而降低，大腦不同區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也存在差異；缺氧癥狀具有明顯的個體差異性，相關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學院和海軍代頓醫學研究部在美國空軍“賴特-帕特森”基地對飛行員缺氧問題開展聯合研究［23］，主要針對空軍F-22 戰斗機和海軍F/A-18 艦載機。

3.4 加強平臺救護條件

2011 年起，F/A-18 艦載機頻繁遭遇缺氧事件，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間救治了2 起缺氧事件的飛行員，使飛行員及時復飛，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，美國海軍頻發的缺氧事件將使飛行員健康受到嚴重威脅。

4 啟示

美國海軍艦載機缺氧事件表明，事件發生與飛機機型、機齡、先進性及飛行員經驗沒有必然聯系，原因復雜，隱匿性強，表現多樣，可對正常的作訓造成嚴重影響。隨著新型戰斗機的投入使用、作戰訓練需求的升級以及新技術的發展等［25］，我國海軍艦載機也面臨飛行員缺氧的挑戰，需要預先做好應對準備。從美軍應對艦載機缺氧事件的舉措可以得出降低缺氧事件及其影響的相關啟示。

4.1 加強飛行員缺氧識別與應對訓練

2018 年，我軍新軍事訓練大綱正式頒發，對飛行員抗缺氧訓練進行了相關規定。但由于缺氧訓練給飛行員帶來潛在不適感、可能誘發影響飛行的病癥、存在一定的安全風險等原因，飛行員缺氧訓練的積極性不高。另外，由于目前受訓練條件、組訓水平、風險處置能力限制，飛行員通常接受缺氧單目標訓練并在訓練前被告知訓練內容，缺氧訓練與飛行操作訓練、抗荷訓練、空間定向訓練等科目融合度不高，導致缺氧訓練的實戰化水平及效能不高。未來應緊盯艦載機作戰及性能發展需求，加快缺氧訓練的條件建設，重視訓練裝備的升級與維護，增強組訓能力，實現多個訓練科目融合，實施飛行員個性化訓練方案，繼續加強缺氧生理研究，完善缺氧訓練監測手段，提升缺氧訓練中的特情處置能力，以在實戰化且保證飛行員安全的前提下，完成飛行員缺氧識別與應對能力準備。

4.2 重視航空供氧設備維護

航母在形成作戰能力后，通常進行遠距離、長時間部署，艦載機后勤保障與維護條件有限，飛行技術人員和飛行人員易發生疲勞，缺氧事故發生率比陸基有所上升。因此，對供氧系統維護人員如醫學工程、機械工程和其他航空技術人員應加強部署前培訓和資質認證，保證部署時所需零部件的可用性。完善艦載機供氧系統檢修、維護的規章制度，嚴格按要求對可能的系統故障做好預防性檢修。

4.3 開展高精度氧氣調節系統研究

缺氧訓練與實際飛行體驗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 教練機缺氧事件的影響，飛行員使用模擬器進行缺氧訓練的時間越來越多，但最好的模擬器也難以模擬實際飛行中的緊張、焦慮、不安、感觀信息、認知負荷、失誤，難以使飛行員做好充分的缺氧應對準備［26］，并在第一時間對缺氧作出反應。美軍的缺氧監測預警系統雖是一種有效的缺氧識別補充手段，但可能會存在系統誤報警、頻繁報警等現象，給飛行員帶來干擾或導致恐慌，研究具備飛行員氧氣水平監測和智能流量調節的高精度裝置或是一種解決方法。

4.4 多方聯合應對缺氧

艦載機技術快速發展將使未來飛行缺氧更為復雜，徹底解決缺氧問題需付出更大的成本和努力，需加強多種力量的聯合。事件原因調查、供氧系統優化與維護、生命支持系統改進、缺氧訓練、規范化救治、生理研究等工作均需要集中優勢資源，攻堅克難，以盡早消除缺氧問題對艦載機戰斗力的影響。

4.5 完善飛行員缺氧救治條件

缺氧救治應盡早實施，避免飛行員缺氧加重，促使盡快復氧。建議優化飛行員缺氧急救裝具配置，提高營救隊伍能力，完善缺氧飛行員后送方案，配齊救治設備、人員和相關藥材，保證航母、后送平臺與救治機構的缺氧評估、治療能力。