比尔 · 斯通（Bill Stone）将永远难忘那一天一他下潜到佛罗里达州北部瓦库拉斯普林斯的一处水下溶洞群中，从而谱写了人类潜水历史的新篇章。1987年12月3日午后，斯通游到水下约30英尺后便开始体休息。斯通这次仅携带了两只储存30立方英尺的氧气瓶和一袋描写战争的小说。如果他使用的是常规氧气瓶的话，30分钟之后就不得不浮上水面。然而这位在华盛顿市国家标准和技术研究所任职的工程师携带的是一只自制的循环再呼吸器（rebreather）。他在水中待了24小时——创造了潜水人员以独自维持的呼吸装置在水下生存时间的最高纪录。“当我浮出水面，检查了呼吸装置后发现仅仅耗去了一半的氧气。那真是令人吃惊。我可以在水下再待24小时。"斯通说道。他的循环再呼吸器能将呼出的废气进行循环，使有毒的二氧化碳从中分离并将气瓶中的每一个氧分子都挤出来。人类在水中进行科学考察的能力因此而大大提高。潜水员用这种循环再呼吸器可以无需担忧他们的供氧而逗留水中达半天之久。这样人们就能够去探索先前无法潜入的海中洞穴，花更多时间去寻找沉船，或者仅仅是在水中与鱼类作伴。

循环再呼吸器的概念由来已久。追溯到19世纪70年代，英国的一位名叫享利 · 弗留斯（Herry Fleuss）的水手研制了最早的一种原始的氧气循环再呼吸器，供抢救矿山工人之用。100多年来，海军工程师们一直在研制一种性能可靠、携带轻便、物美价廉的循环再呼吸器。斯通在80年代中期设计出他的原型装置，将它命名为MK-1型。他后来在马萨诸塞州建立了一个公司，该公司又研制出4种型号的潜水循环再呼吸器。最新的一种为MK-5P其装备有高精度气体和深度传感器、三种微处理器以及计算机显示屏，价格达到17500美元。

使用循环再呼吸器与使用普通潜水呼吸器一样，潜水员通过一个咬嘴从氧气瓶中吸入压缩气体，但是呼出的废气经过阀门回流到一个气球状的储存袋里，然后返到呼吸回路。随着一次次的呼吸，气袋中的氧气量下降，二氧化碳量上升。循环再呼吸器的主要工作就是在为潜水员供气时去除二氧化碳，补充氧气。多组过滤罐中的碱石灰或氢氧化锂负责将二氧化碳从废气中分离出来。在最新型号的某些产品中，如MK-5P，电子控制装置能自动测定氧气的含量并根据需要注入更多的空气。

这一技术还没有达到十分安全的程度。“你的过滤罐迟早要耗尽，你将开始吸入高浓度、有潜在危险的二氧化碳，”佛罗里达州巴拿马城的海军实验室主任约翰 · 克拉克（John Clarke）指出。如果二氧化碳的比例达到10%，无论其余的氧气是多少，吸入这种空气将是致命的。“目前我们没有办法让潜水者知道这种情况正在发生。在使用循环再呼吸器时，你甚至会在不知道自己将要丧失生命的危险中死去。”克拉克解释道。潜水员必须依赖精心的计算来确定，如果一切状况都很正常的话，他们的过滤器应该能维持多长时间。

正在研究的一个方案是采用某种传感器。这种传感器能通过二氧化碳在空气中振荡时其分子放出的红外辐射特定频率来计量二氧化碳含量。工程师们还在研制一些胶片来监测呼出气体的pH值，即酸度的变化。分解出的二氧化碳使空气更呈酸性，因此pH值的突然下降意味着二氧化碳的含量正在上升。

“这种胶片可以直接置于身体上来测量吸入的二氧化碳。”得克萨斯州考克伦海底技术公司的项目经理马丁 · 赫尔夏普（Martin Heerschap）说道。该公司已制造出一种封闭式电子循环再呼吸器。

科学上其他方面的进步可让循环再呼吸器按使用者的需求制作得更为合理。例如，随着潜水深度的增加，作用在贮存呼出气体的挠性袋上的压力使潜水员吐气愈加困难。克拉克和他的同事发明了一种类似医院使用的通风管装置，来减轻挠性袋上的负荷，让呼吸较为轻松、流畅。

作为下一步的目标，克拉克与海军海岸系统研究站的工程师约翰 · 米特尔曼（John Mittleman）设想把一些微型置安放在循环再呼吸器中，或潜水者的皮肤上，甚至他的体内。这些小东西能收集氧和二氧化碳含量的精确数据并显示出现的问题。“这样就会警告潜水员采取行动——或者开始增强呼吸力，或者上升到较浅的水域，”克拉克解释道。

展望未来，工程师们正致力于研究直接从水中提取氧气的装置，使人类犹如鱼类那样在水里呼吸，这样潜水者可能就永远不会缺氧了。日本工程师们最近发现一种用光在水中分离氧分子和氢分子的有效方法，赫尔夏普认为，循环再呼吸器或许某一天会成为这一技术的具体化成果。“如果它真的变为现实，循环再呼吸器将会缩小到只有一个小背包那么大，仅有过滤材料和传感器而无需氧气瓶了。”从循环再呼吸器不断进步的技术中获益的将不仅是海洋的探索者，高山攀登者也要消耗不少氧气。新技术将使登山者们目前携带到山顶重达30磅的氧气瓶数量大大减少。“那些为登上珠穆朗玛峰竭尽全力的登山队员肯定会采用循环再呼吸器。”Cis Lumar公司的总裁理查梅诺尔德斯特罗姆（Richard Nordstrom）指出：“他们可能只需带10个氧气瓶就够了，而不必带上500个。”循环再呼吸器同样可减轻消防队员、抢险队员和在有毒物质环境中劳动的工人们的负荷。

循环再呼吸器可能是征服外层空间的关键因素。在真空中维持生命的挑战与在水下300英尺深度生存并无很明显的区别。其实，航天飞机的宇航员在舱外空间活动时穿的太空服基本上就是一个昂贵的修改型循环再呼吸器，不过是按美国航空航天局（NASA）的要求制作而已。它耗费上千万美元，但在太空轨道上却不能修理。

斯通预测，10年之后，太空旅游者将穿戴由商品型循环再呼吸器衍生出来的、有现成可替换部件的廉价太空服。这种服装将具有柔软的贴身性和低内压，使明日的宇航员拥有今日潜水员的敏捷性。当那天到来之时，斯通表示：太空服将只是在空间轨道设备供应目录上列出的一个商品服装项目。

[Discover，2000年7月号]