【水面供氣式空氣潛水】

潛水起源緊密根植于人類進行的海上貿易、救助和軍事行動，以及對海洋奧秘渴求了解而引起對海洋的探索、研究活動。

職業潛水可追溯于大約5000年前。早期潛水者潛水深度不超過30 m，主要從事打撈與獲取食物、海綿、珊瑚和珍珠。據希臘歷史學家希羅多德記載，公元前五世紀，曾有一個叫西里爾斯的潛水員，受雇于波斯國王薛西斯，專門給國王尋找沉船貴重物品。

在歷史上，潛水員一出現，就開始在軍事行動中使用。早期軍事潛水員的使命包括切斷敵船錨鏈，船底鑿洞，建造本國港口防御工事，破壞敵方港口防御工事。公元前332年，亞歷山大大帝領軍圍攻提爾（古腓尼基著名港口，現屬黎巴嫩）時，曾派潛水員去排除該市港口的障礙。

以東地中海主要海港為中心的早期潛水作業相對比較發達，并已形成了打撈產業。公元前1世紀，一些地區的打撈作業者逐漸形成組織，而且出現潛水支付標準的相關立法，法律認可隨著潛水深度增加其風險與付出的努力也相應增加。潛水深度24 ft，潛水員可分享收獲的二分之一；深度12 ft分享三分之一，水下3 ft分享十分之一。

【呼吸管】

提高潛水員潛水能力最有效、最關鍵的措施是水面供應呼吸氣，以延長水下停留時間。通過伸到水面的中空蘆葦桿或管子使潛水員在水下呼吸空氣，能使人在水下停留時間延長，但對完成復雜作業意義不大。軍事行動中，使用呼吸管潛水提供了一種接近敵方要塞而不易被察覺的方法。

似乎只要延長呼吸管就可增加潛水深度和擴大活動范圍。一些早期的潛水器材常由皮革頭罩和一個柔韌長管組成，柔韌長管借助漂浮物浮在水面。然而，沒有發現任何關于這些裝置制造檢測方面的真實記錄。實際上如果真有人使用這樣的裝置潛水，可能會被淹溺。水下3 ft靜水壓相當于200磅重力壓于潛水員胸部，靠人體自身呼吸能力幾乎不可能通過呼吸管呼吸空氣，隨潛水深度增加靜水壓繼續增大，通過呼吸管呼吸更加不可能。成功實施潛水必須克服或消除靜水壓作用。歷史上，人們設計了許多富有想象力的設備來解決這個問題。最初，因為不理解水下壓力的問題，所以設計都是不切實際的。

【呼吸袋】

基于潛水員攜帶呼吸袋潛水的基礎出現了一系列設計。公元前九世紀亞述人的壁雕顯示潛水員用充氣動物皮囊作為空氣儲存袋進行潛水。然而，壁雕上的這些人可能僅是用動物皮囊作為漂浮工具的游泳者。因為攜帶這樣的附屬品潛入水下是不可能的。

中世紀后期，出現了一種可行的潛水工具。1240年，羅吉爾培根提及這種工具可協助人在海底或河床行走而不傷害使用者。

【潛水鐘】

潛水鐘是鐘狀大型潛水設備，底部開口于海底。潛水鐘是在1500到1800年間發展起來的，它能使潛水員在水底維持幾小時。

歷史上第一個潛水鐘是個大浴缸，它以垂直位置沉入海底，儲存足夠的空氣，一名潛水員水下呼吸幾小時。后來，出現用水面繩索懸吊的潛水鐘，潛水鐘本身沒有動力，只能在水面支持船協助下移動。當潛水鐘位于水下工作地點正上方，潛水員只需留在鐘內作業，如果位于工作地點附近，需要潛水員短期屏氣出鐘作業。

據文獻記載，潛水鐘的實際應用最早見于1531年。此后數百年過程中，人類開始逐步有規律地使用潛水鐘。1680年，美國馬薩諸塞洲冒險家菲普斯（William Phipps）將潛水鐘技術進行改進，在進行一次打撈價值約20萬美元的水下珠寶時，他用一系列重的倒置的桶給潛水員提供空氣，取得成功。

1690年，英國著名天文學家哈雷（Edmund Halley）將潛水鐘進一步發展，鐘內空氣被水面吊下的重空氣桶連續不斷補充（圖3）。在這個系統的早期實驗階段，他曾經和四名伙伴在泰晤士河60 ft水下停留了約1.5 h。26年后，哈雷使用進一步改進的潛水鐘在水下66 ft持續停留了4 h。

【潛水裝具】

18世紀初，隨著英國海岸軍民失事船只數量的增多，對提高救撈效率提出了更高要求，對潛水裝具的需要大大提高，有力地推動了潛水裝具快速發展。

【萊斯布里奇潛水服】

1715年，英國人萊斯布里奇（John Lethbridge）發明了單人全封閉潛水服（圖4）。萊斯布里奇潛水服是一個用毛皮覆蓋加固的空氣桶，裝備一個能觀察周圍環境玻璃窗，兩個可伸出手臂的洞，并配有水密袖套。穿上這套衣服，潛水員可有效完成一些作業任務。這套裝具由水面船只放入水中，可以象潛水鐘一樣移動。

萊斯布里奇的發明非常成功，他的設備參加了多次歐洲海難的潛水打撈作業。在給一封寫給一個時尚雜志主編的信中，萊斯布里奇談到該裝置的正常操作深度是60 ft，最深可達到72 ft，水下停留時間可達34 min。

隨后，出現了幾個與萊斯布里奇潛水服相似的設計。因為無法解決持續供應空氣的技術難關，所有這些潛水服和當時潛水鐘一樣，存在潛水員無法持續作業的限制。直到19世紀初，人工操作空氣泵的出現才終于實現了持續供應空氣的真正技術突破。

【迪恩潛水裝具】

潛水裝具是由多人同一時期共同發明的潛水器材。1823年，兩個打撈員，約翰和查爾斯迪恩兄弟共同設計了一種消防頭盔，使用這種裝具，消防員能在燃燒的房內走動。1828年，他們把此裝具改裝成潛水裝具，并申請了專利，該潛水裝具包括重的防寒服，有視窗的頭盔和連接頭盔的水面供氣軟管。頭盔靠其自身重量放置在潛水員肩部并通過腰帶捆綁在潛水員身體上。耗竭或剩余的空氣從頭盔下緣排出，它要求潛水員必須保持直立體位才不會出問題。如果潛水員跌到，頭盔內會很快進水。1836年，迪恩還發行了潛水員手冊，這可能是第一本潛水方面的出版物。

【希比潛水裝具】

第一個實用性潛水裝具的發明人應該是德國銅匠希比（Augustus Siebe）。希比對潛水裝具的最主要貢獻是對迪恩潛水裝具進行改進。希比將頭盔與防水服在衣領處密封連接起來，并安裝了一個排氣閥（圖5）。希比潛水裝具是美國馬克V標準深海潛水裝具的直接鼻祖。

【英國海軍皇家喬治號戰列艦的打撈】

1840年，在英國樸次茅斯港外一個重要軍用錨地，一只英國皇家工程部隊負責打撈英國海軍戰列艦皇家喬治號的殘骸。當時，已經有數種潛水裝具可供潛水作業選用。工程指揮官是帕斯里（William Pasley）上校，帕斯里決定利用這次絕好機會正式檢驗評估各型潛水裝具?？紤]到迪恩潛水裝具頭盔有溢流問題，他建議采用希比潛水裝具。

當帕斯里上校的打撈工程結束后，一官方歷史學家曾記錄有這樣的內容：“所有經驗豐富的潛水員總受到風濕病與感冒一次又一次的侵襲。”這些潛水員一天工作6到7 h，大多數作業深度是60到70 ft。帕斯里與其他人都沒有認識到這些癥狀的真正意義。這些所謂的風濕病癥狀實際上代表一系列嚴重生理學問題。

【沉箱】

在發明潛水裝具的同一歷史時期，一些法國發明家對潛水鐘進行了改進。增加了潛水鐘體積，并使用大容量空氣泵，使之能夠有足夠壓力將水完全排出鐘外。此后隨著空氣泵性能的提高，可以保障數人同時在鐘內作業。這些特點使之可滿足橋基挖掘或隧道斷面建造等長期高壓工作的需要。這些干艙被稱為沉箱，法語意思為大箱子。

沉箱傳遞艙的發明，使人員更易于從水面進出沉箱。通過傳遞艙，在保持箱內壓力的條件下，人和物體自由進出。沉箱的發明是工程技術領域的一大進步，很快得到推廣。

【生理學問題】

【沉箱病】（減壓?。?/p>

隨著沉箱使用的增多，一種新的無法解釋的疾病開始影響沉箱作業人員。沉箱作業者返回水面后，經常感到頭暈、呼吸困難、關節或腹部劇痛。這些癥狀大部分可完全消失，有些不能完全消失。沉箱作業者經常注意到，這些患者在工作過程中卻比較正常，但他們常錯誤地將這些表現歸因于換班過程休息過多。

隨著沉箱工作向更多工程的延伸，深度（壓力）越來越大，作業者遇到生理問題的數量和嚴重程度都迅速增加，死亡個例也頻繁出現。從邏輯上，這種病可稱為沉箱病。然而，參加紐約布魯克林大橋工程的工人給該病起了個更形象逼真的名字叫“屈肢癥”。

今天已眾所周知，減壓病是潛水活動最主要的危險因素。盡管人類從事潛水活動已有數千年歷史，但沉箱發明前，很少有人在水下較大氣壓下長時間工作。帕斯里等雖然發現有人得了這些疾病，但沒有考慮潛水本身的原因，而是考慮消化不良、風濕或關節炎等其他原因。

【減壓病的原因】

減壓病的病因最早由法國生理學家Paul Bert在1878年首次描述的。在探討壓力對人體生理作用時，Bert認為，呼吸高壓空氣促使氮氣進入人體血液和組織內。只要外界壓力存在，氣體就持續溶于溶液中。當外界壓力快速下降時，就像工人離開沉箱時一樣，氮立刻恢復氣態以至于不能以正常的方式離開人體。在人體全身形成氣泡，引起與氣泡相關的全身癥狀。如果氣泡阻斷了重要器官的血流，就可能發生癱瘓甚至死亡。

【減壓病的防治】

按照Paul Bert的建議，為預防減壓病，沉箱工人應緩慢減壓回到水面。他的建議使沉箱工人患病情況立即得到改善，他還發現，當癥狀一出現就恢復沉箱壓力，患者的癥狀就會減輕。

后來，逐漸有人專門設計了加壓艙放在沉箱作業地點，為減壓病的處理提供了更方便的處理工具。加壓艙的壓力根據個人需要升高或降低。1879年，在赫德森河下修建紐約和新澤西間地鐵隧道的工地上，使用加壓艙大大減少了減壓病的發病率和死亡率，這是第一個成功應用加壓艙預防減壓病的例子。

然而，Bert推薦沉箱工人逐漸減壓并緩慢回到水面的建議并不是非常成功，仍有少數沉箱工人無法避免減壓病，有時，超過120 ft潛水作業的潛水員甚至會失去知覺。當時的流行看法是，120 ft是人類潛水的深度極限，只要超過這個深度，減壓病就會反復出現，潛水員就不能有效工作。

【通風不足】

在1905到1907年間，英國生理學家Haldane對皇家海軍潛水員進行了系列實驗。他發現，出現上述問題的部分原因是潛水員沒有給頭盔適當通風，引起頭盔內CO2高度積聚。為解決這個問題，他提出標準流動供給率的概念（每分鐘1.5立方 ft空氣，潛水壓力下）。他推薦使用一種能維持一定流量給頭盔通風的氣泵。

Haldane還制定了一套潛水減壓表，建立了階段減壓法。盡管仍有后人不斷進行這方面的研究和改進，Haldane的減壓理論仍是指導潛水員減壓出水方法的理論基礎。

由于Haldane的貢獻，空氣潛水的實際作業深度已達200 ft以深。而且此限制并不是來自生理因素，而是來自人工泵的空氣供應能力。

【氮麻醉】

當潛水員開始進行更大深度的潛水作業時，另一種不明原因的疾病開始出現。潛水員會有喝醉酒樣的感覺，有時感到欣快，經常忘記潛水作業的目的。20世紀30年代，發現這種“深水欣快”是由高壓下呼吸氣中的氮分壓引起，所以叫氮麻醉。因為氮具有麻醉作用，并隨壓力的增加而越來越強烈，為了避免氮麻醉，一些特殊的呼吸混合氣，如氦氧混合氣逐漸發展起來用于大深度潛水。

【盔甲潛水服】

盔甲潛水服是由一些幾乎無任何潛水經驗的人發明的，它可使潛水員免受壓力影響（圖7）。在這種潛水服中，潛水員能呼吸常壓空氣，下潛很深也沒有任何不良影響。前面提到的萊斯布里奇1715年設計的桶狀潛水服，本質上就屬于盔甲潛水服，只是潛水深度較小。

大多數盔甲潛水服都存在實際操作上的問題。如太笨重、操作太復雜、不能應對額外壓力等，所以潛水員不容易完成太多的工作量。在20世紀30年代，這些潛水服設計最大潛水深度是700 ft，但實際使用中從未實現過。最近在盔甲潛水服領域的進展比較迅速，現在一般被稱為常壓潛水服，已證實能夠完成水下2000 ft的潛水任務。

【馬克-5潛水裝具】

1905年，美國海軍裝備建設維修局設計制造了馬克-5潛水頭盔，它解決了潛水中遇到的多種問題。這套潛水裝具的設計適用于進行廣泛的，惡劣環境的潛水作業，并盡最大可能給潛水員提供身體的防護和靈活性。

當時（1905年）的馬克-5潛水服在肘部安裝一個單向閥的進口，它允許空氣進入頭盔中，并能避免因空氣供應中斷空氣返回供氣軟管。在頭盔右部，觀察窗口下有一個排氣閥，它可排除頭盔中的空氣。排氣閥開口位于頭盔后部，所以，排出氣泡不會干擾潛水員視野。

1916年，又對馬克-5潛水頭盔進行了一些改進，增加了一個通過電話線進行的電話通訊系統和一個控制閥，控制閥使潛水員能根據需要調節供氣壓力。頭盔左邊增加了一個輔助減壓閥，叫做spitcock，增加一個定位銷使頭盔與胸盤固定相連。1927年，排氣閥與通訊系統進一步改進，并減輕了頭盔重量，使潛水員舒適度進一步得到提高。

1927年后，馬克-5潛水裝具沒再有更大改進?，F在它基本保持了20世紀20年代中期S-51和S-4潛艇打撈工程中使用的頭盔式樣。加上深海衣與臍帶，馬克-5潛水裝具用于和平時期失事潛艇的救助打撈作業，二戰時期幾乎所有打撈作業都要使用它。馬克-5潛水頭盔曾是美國海軍的標準潛水裝具，直到1980年2月馬克-12水面供氣式潛水系統（SSDS）出現后，才停止使用。1993年12月馬克-12又被馬克-21取代。