Высотный дыхательный аппарат — это дыхательный аппарат , позволяющий человеку дышать более эффективно на высоте, где парциальное давление кислорода в окружающем атмосферном воздухе недостаточно для выполнения задачи или для поддержания сознания или жизни человека в течение длительного или краткосрочного периода.
Дыхательные аппараты для работы в условиях высокогорья можно классифицировать по типу несколькими способами:
Пользовательский респираторный интерфейс — это система доставки, с помощью которой дыхательный аппарат направляет поток дыхательного газа к пользователю и от него. Обычно используется некоторая форма лицевой маски, капюшона или шлема.
Любая данная единица является представителем нескольких типов.
Дыхательный аппарат для больших высот используется для негерметичных (при давлении окружающей среды) авиационных и альпинистских мероприятий, где содержание кислорода в естественной атмосфере недостаточно для поддержания физической активности, сознания или жизни, но атмосферное давление достаточно, чтобы не использовать скафандр. [1]
В этом приложении использовались как ребризер, так и оборудование с открытым контуром, где оборудование обеспечивало либо чистый кислород, либо дополнительный кислород. Незначительная утечка в любом направлении обычно влияет только на эффективность и выносливость газа, поскольку окружающий воздух обычно является только гипобарическим из-за низкого давления окружающей среды. [1]
На большой высоте , от 1500 до 3500 метров (от 4900 до 11500 футов), наблюдаются физиологические эффекты пониженного парциального давления кислорода, которые включают снижение производительности упражнений и увеличение частоты дыхания. Насыщение артериальной крови кислородом обычно все еще превышает 90% у здоровых людей, но артериальное P O 2 снижается. [2]
На очень большой высоте , от 3500 до 5500 метров (от 11500 до 18000 футов), насыщение артериальной крови кислородом падает ниже 90%, а артериальное P O2 снижается до такой степени, что во время физических упражнений и сна может возникнуть экстремальная гипоксемия , а при возникновении отёка лёгких на большой высоте . В этом диапазоне часто встречается тяжёлая горная болезнь. [2]
На экстремальной высоте , выше 5500 метров (18000 футов), можно ожидать значительной гипоксемии, гипокапнии и алкалоза с прогрессирующим ухудшением физиологических функций, которое превышает акклиматизацию. Следовательно, в этом диапазоне высот нет человеческого жилья. [2]
Выше находится зона, где 100% кислорода при давлении окружающей среды недостаточно, и требуется некоторая форма наддува, чтобы обеспечить жизнеспособное давление вдыхаемого кислорода. Вариантами являются частичная наддува с использованием скафандров и полная наддува в скафандрах .
В районе от уровня моря до высоты около 3000 м (10 000 футов), известном как физиологически эффективная зона , уровень кислорода обычно достаточно высок, чтобы человек мог функционировать без дополнительного кислорода , а высотная декомпрессионная болезнь встречается редко.
Зона физиологического дефицита простирается от 3600 м (12 000 футов) до примерно 15 000 м (50 000 футов). В этой зоне существует повышенный риск гипоксии , дисбаризма захваченного газа (когда газ, захваченный в организме, расширяется) и дисбаризма выделяющегося газа (когда растворенные газы, такие как азот, могут образовываться в тканях, т. е. декомпрессионная болезнь ). [3] Выше примерно 4300 м (14 000 футов) требуется дыхательная смесь , богатая кислородом, чтобы приблизиться к кислороду, доступному в нижних слоях атмосферы, [4] в то время как выше 12 000 м (40 000 футов) кислород должен подаваться под положительным давлением. Выше 15 000 м (49 000 футов) дыхание невозможно, поскольку давление, при котором легкие выделяют углекислый газ (примерно 87 мм рт. ст.), превышает давление наружного воздуха. [ необходима цитата ] Выше 19 000 м (62 000 футов), известной как предел Армстронга , открытые жидкости в горле и легких будут кипеть при нормальной температуре тела, и необходимы скафандры. Обычно для поддержания эквивалентной высоты 3 000 м (10 000 футов) используется 100% кислород.
Высота зоны смерти составляет 8000 метров (26 000 футов) и выше.
Люди могут акклиматизироваться на высоте от 5200 до 5500 метров (от 17 000 до 18 000 футов), если они остаются на большой высоте достаточно долго, но для спасательных работ на большой высоте спасательные команды должны быть быстро развернуты, а времени, необходимого для акклиматизации, нет, что делает необходимым использование кислородного дыхательного оборудования на высоте более 3700 метров (12 000 футов). [5]
В авиации, как правило, нет возможности акклиматизироваться, а необходимость использования дыхательного аппарата обычно предполагает, что пользователь начинает полет на уровне моря или вблизи него.
Парциальное давление кислорода, эквивалентное уровню моря, может поддерживаться на высоте 10 000 метров (34 000 футов) при 100%-ном кислороде. Выше 12 000 метров (40 000 футов) дыхание под положительным давлением с 100%-ным кислородом имеет важное значение, так как без положительного давления даже очень кратковременное пребывание на высоте более 13 000 метров (43 000 футов) приводит к потере сознания. [6] Устройства сохранения кислорода могут использоваться с дыхательными аппаратами открытого цикла для повышения эффективности использования газа на более низких высотах, где дыхание под давлением окружающей среды с менее чем 100%-ным кислородом является жизнеспособным.
На достаточно больших высотах парциальное давление кислорода в воздухе недостаточно для поддержания полезной работы и сознания, даже после акклиматизации, а на еще больших высотах оно не может поддерживать человеческую жизнь. На высотах, где проблемой является гипоксия, дыхательный газ с более высоким содержанием кислорода при давлении окружающей среды является жизнеспособным решением. Дополнительный кислород, достаточный для обеспечения эквивалентной высоты герметичной кабины самолета (около 8000 футов), достаточен для многих целей, но более высокие концентрации, такие как эквивалент уровня моря (P O 2 около 0,21 бар), могут обеспечить большую способность к аэробной работе. Этому противостоит необходимость экономии кислорода и минимизации веса, переносимого пользователем дыхательного аппарата.
В случаях, когда пользователю необходимо нести дополнительный запас кислорода, а также выполнять значительную работу в течение довольно длительного периода, как, например, при альпинизме и спасательных работах, эффективность использования кислорода и надежность дыхательного аппарата становятся более важными, и существует компромисс между этими характеристиками и весом, который необходимо переносить.
Количество дополнительного кислорода, необходимое для приведения вдыхаемого парциального давления к эквиваленту уровня моря или любому другому фиксированному значению, большему, чем давление окружающей атмосферы, является функцией высоты и увеличивается с увеличением высоты прямо пропорционально падению давления. Количество фактически используемого дополнительного кислорода также пропорционально минутному объему дыхания , который зависит от уровня нагрузки.
Чтобы избежать переноски веса всех баллонов на всем пути вверх и вниз по вершине, один или несколько баллонов можно спрятать вдоль маршрута для извлечения на обратном пути. Это подразумевает использование двух или более баллонов для переноски запаса кислорода на день восхождения, который может длиться до 18 часов, что делает выносливость около 6 часов для полного баллона практичным выбором. [7] Эта стратегия невозможна, если используется один баллон.
Дыхательный аппарат для альпинизма обеспечивает кислород в более высокой концентрации, чем тот, который доступен в атмосферном воздухе в естественной гипоксической среде. Он должен быть легким и надежным в условиях сильного холода, в том числе не задыхаться от оседающего льда из выдыхаемого газа, который насыщен водяным паром при температуре тела. [8]
В экспериментальных системах кислородного альпинизма с замкнутым контуром использовались как химически сгенерированный, так и сжатый кислород, но в основном использовался открытый контур, хотя и относительно расточительный, поскольку оборудование более надежно. [9] [5] Для альпинизма на больших высотах, где пользователю приходится нести запасенный кислород, может использоваться открытый контур или закрытый контур, чтобы максимизировать выносливость набора. [10]
Вдыхание чистого кислорода приводит к повышению парциального давления кислорода в крови: альпинист, дышащий чистым кислородом на вершине Эвереста, имеет большее парциальное давление артериального кислорода, чем дышащий воздухом на уровне моря. Это приводит к возможности прилагать большие физические усилия на высоте. Экзотермическая реакция поглощения углекислого газа ребризером помогает предотвратить замерзание содержимого скруббера во время его использования и помогает снизить потери тепла пользователем, но подвержен замерзанию в периоды, когда он не используется активно. [9]
Негерметичные летательные аппараты и прыжки с парашютом на большой высоте имеют схожие требования и рабочую среду с альпинизмом, но вес не является такой уж большой проблемой. [10]
В системе замкнутого цикла весь неиспользованный кислород удерживается и повторно вдыхается, поэтому его использование близко к 100%, при этом возможны некоторые потери из-за расширения на высоте и случайной утечки из дыхательного контура.
Существует риск легочной кислородной интоксикации , если давление кислорода превышает примерно 0,5 бар в течение длительного времени, что может произойти на высоте ниже 5500 м, где атмосферное давление составляет примерно половину значения на уровне моря. [11]
Закрытый контур кислородного ребризера является наиболее эффективным с точки зрения использования кислорода, но он относительно громоздкий и требует использования абсорбента углекислого газа, который должен быть либо достаточным для подачи кислорода, либо должен периодически заменяться. Если подача кислорода прекращается, газ контура может стать более гипоксичным, чем окружающая атмосфера, если контур не был должным образом продут или если он загрязнен окружающим воздухом. При отсутствии контроля кислорода пользователь может не заметить снижения концентрации кислорода. [10]
Дополнительным потенциальным преимуществом ребризера является то, что реакция очистки углекислого газа является экзотермической и сохраняет газ в дыхательном контуре теплым, если он достаточно изолирован, и сохраняет влажность, уменьшая обезвоживание. К недостаткам относятся вес скруббера и проблемы конденсации влажности в контуре и замерзания, что может заблокировать газовые каналы и задушить скруббер. Если скруббер замерзнет, его необходимо разморозить, прежде чем реакция сможет возобновиться, и потребуется некоторое время, чтобы нагреться до температуры, при которой реакция будет достаточной.
Регулятор расхода дилютора был разработан для полетов на большой высоте во время Второй мировой войны. [5] Регулятор расхода дилютора втягивает окружающий воздух в маску через отверстие в регуляторе, одновременно питаясь чистым кислородом через клапан расхода в регуляторе. Для авиационного использования размер отверстия окружающего воздуха контролируется оператором анероидного клапана и прямо пропорционален атмосферному давлению. [12] По мере увеличения высоты давление уменьшается, и отверстие становится меньше, поэтому пользователь получает большую долю кислорода, и при правильной калибровке парциальное давление кислорода в смеси остается довольно постоянным на уровне, аналогичном 0,21 бар на уровне моря. Эта система эффективно использует комбинацию окружающего и сохраненного кислорода. [12] Функцию оператора анероидного клапана можно заменить для наземного использования более простой, легкой и более прочной ручкой селектора диафрагмы с ручным управлением, что дает ступенчатый диапазон концентраций, который легче, надежнее, немного менее эффективен и требует соответствующего выбора пользователем. Он также позволяет пользователю вручную регулировать смесь в соответствии с личными потребностями. Поскольку он выбирается вручную, он менее пригоден для полетов и более подходит для пешеходов, которые не будут быстро менять высоту. [12] Расходы через диафрагму и регулятор чувствительны к расходу вдыхания и могут быть спроектированы так, чтобы обеспечивать несколько более высокое парциальное давление кислорода при более высоких расходах вдыхания, что помогает компенсировать более высокую нагрузку. [13]
Баллонированный кислород , более широко известный как сжатый кислород высокого давления, медицинский кислород и кислород летчиков, представляет собой кислород в небольших, портативных баллонах высокого давления. Для авиации вес баллона обычно не имеет решающего значения, и выбор материала может зависеть от экономических соображений, таких как цена покупки и полезный срок службы. Для альпинизма многие пользователи готовы платить больше за минимальный вес, который будет содержать достаточно газа для восхождения, что, как правило, благоприятствует баллонам с намотанной нитью высокого давления.
Когда нет ограничений на потребление энергии и работа должна выполняться в фиксированном месте, эффективным решением могут быть концентраторы кислорода. [14] Концентратор кислорода — это устройство, которое концентрирует кислород из источника газа (обычно окружающего воздуха) путем выборочного удаления азота для подачи обогащенного кислородом потока продуктового газа. Они также используются в промышленности и в качестве медицинских устройств для кислородной терапии . [15] Два широко используемых метода — это адсорбция при переменном давлении и мембранное разделение газа . Они наиболее эффективны, когда дополнительный кислород не должен иметь высокий процент.
Кислородные концентраторы с адсорбцией при переменном давлении используют молекулярное сито для адсорбции газов и работают по принципу быстрой адсорбции при переменном давлении атмосферного азота на цеолитовых минералах при высоком давлении. Таким образом, этот тип адсорбционной системы функционально является азотным скруббером, пропускающим другие атмосферные газы, а кислород остается в качестве основного газа. [16] Газоразделение через мембрану также является процессом, управляемым давлением, где движущей силой является разница в давлении между входом сырья и выходом продукта. Мембрана, используемая в процессе, обычно представляет собой непористый слой, поэтому не будет серьезной утечки газа через мембрану. Производительность мембраны зависит от проницаемости и селективности. Проницаемость зависит от размера пенетранта. Более крупные молекулы газа имеют более низкий коэффициент диффузии. Мембранное газоразделительное оборудование обычно закачивает газ в мембранный модуль, и целевые газы разделяются на основе разницы в диффузии и растворимости. [17] Продуктовый газ может подаваться непосредственно пользователю через подходящий дыхательный аппарат.
Импульсные дозовые (также называемые прерывистыми или по требованию) портативные концентраторы кислорода являются самыми маленькими устройствами, которые могут весить всего 2,3 килограмма (5 фунтов). Их небольшой размер позволяет пользователю тратить меньше энергии, получаемой от лечения, на их переноску. Устройство подает заданный объем (болюс) обогащенного кислородом воздуха в начале каждого вдоха, который является частью вдоха, которая с наибольшей вероятностью достигнет областей газообмена легких за пределами физиологического мертвого пространства. Их способность эффективно использовать кислород является ключом к сохранению компактности устройств. [18]
Жидкий кислород — это жидкая форма молекулярного кислорода. Он имеет плотность 1,141 килограмма на литр (71,2 фунта/куб. фут), немного плотнее жидкой воды, и является криогенным с точкой замерзания 54,36 К (−218,79 °C; −361,82 °F) и точкой кипения 90,19 К (−182,96 °C; −297,33 °F) при 1 бар (15 фунтов на квадратный дюйм). Жидкий кислород имеет коэффициент расширения 1:861 [19] [20] и из-за этого он используется в некоторых коммерческих и военных самолетах в качестве переносного источника кислорода для дыхания. [21]
Химический генератор кислорода — это устройство, которое выделяет кислород посредством химической реакции . Источником кислорода обычно является неорганический супероксид , [22] хлорат или перхлорат ; озониды — еще одна перспективная группа источников кислорода. Генераторы обычно зажигаются ударником , а химическая реакция обычно экзотермическая , что делает генератор потенциально пожароопасным . Супероксид калия использовался в качестве источника кислорода в ранних пилотируемых миссиях советской космической программы .
Коммерческие самолеты обеспечивают пассажиров аварийным кислородом для их защиты в случае потери давления в салоне. Экипаж кабины обычно снабжается кислородом из баллонов со сжатым кислородом. Ядром окислителя является хлорат натрия ( Na Cl O 3 ), который смешан с менее чем 5 процентами перекиси бария ( Ba O 2 ) и менее чем 1 процентом перхлората калия ( K Cl O 4 ). Взрывчатка в капсюле представляет собой взрывчатую смесь стифната свинца и тетразена . Химическая реакция является экзотермической, и внешняя температура баллона достигает 260 °C (500 °F). Он будет производить кислород в течение 12–22 минут. [23] [24]
Существуют различные авиационные кислородные системы и методы доставки, доступные в зависимости от конкретного применения. Источником кислорода могут быть химические генераторы кислорода, портативные системы хранения газообразного кислорода высокого давления (газовые баллоны), бортовые системы генерации кислорода (концентраторы кислорода) или системы жидкого кислорода. [4]
Химическое производство кислорода обычно используется на больших коммерческих самолетах в качестве источника для аварийной кислородной системы для пассажиров в герметичных салонах. Система легкая и обычно проектируется как распределенная система, обеспечивающая около 10 минут подачи дополнительного кислорода, пока самолет совершает аварийное снижение. Система не может быть деактивирована после срабатывания и должна перезагружаться после каждого использования. [4]
Бортовые системы генерации кислорода (OBOGS) отбирают сжатый воздух из двигателей, обогащают кислородом, удаляя азот с помощью кислородного концентратора , и регулируют давление и температуру в кабине. Они постоянно доступны и производят свежий газ при работающем двигателе. [4]
Жидкий кислород (LOX) используется в некоторых реактивных самолетах, поскольку он легче и требует меньше места, чем хранилище газа высокого давления. [4]
Стационарное защитное дыхательное оборудование (PBE) устанавливается для использования летным экипажем, и по крайней мере одно переносное устройство должно быть доступно в кабине экипажа или около нее для использования членом экипажа. дополнительное переносное защитное дыхательное оборудование должно быть доступно для членов экипажа для тушения пожаров в любых отсеках, доступных в полете. Оборудование должно быть доступно для максимального количества членов экипажа, которые могут находиться в этой зоне во время полета. [25]
PBE должен защищать пользователя от дыма, углекислого газа и других вредных газов во время дежурства на палубе или тушения пожара и должен включать маску, закрывающую глаза, нос и рот (полнолицевая маска) или глаза и рот (орально-носовая маска) с дополнительной защитой глаз. Лицевая маска должна обеспечивать эффективную связь с другими членами экипажа и использование радиооборудования. Защита глаз должна позволять носить очки и не оказывать отрицательного влияния на зрение. [25]
Оборудование должно обеспечивать подачу дыхательного газа для всех пользователей в течение не менее 15 минут на высоте кабины 8000 футов при минутном объеме дыхания 30 литров в минуту, либо непрерывным потоком, либо через систему подачи по требованию, и не должно вызывать значительного увеличения содержания кислорода в окружающей среде. [25]
Системы аварийного кислорода или воздушные маски для самолетов — это аварийное оборудование, устанавливаемое на герметичные коммерческие самолеты , предназначенное для использования в случае отказа системы наддува салона и превышения безопасной высоты в салоне . Оно состоит из нескольких отдельных желтых кислородных масок, хранящихся в отсеках около пассажирских сидений и около таких зон, как туалеты и камбузы, а также источника или источников кислорода, таких как централизованный баллон с газообразным кислородом высокого давления или децентрализованные химические генераторы кислорода .
Высотные восхождения обычно требуют использования портативного кислородного аппарата при восхождении на Эверест или другие восьмитысячники , хотя некоторые альпинисты — и альпийские альпинисты в частности — намеренно поднимались на Эверест без кислорода (например, начиная с Райнхольда Месснера в 1978 году). Аппарат может быть открытого цикла (дополнительный) или замкнутого цикла; британская экспедиция на Эверест 1953 года использовала оба типа.
Хотя существует значительное сходство в основных условиях, в которых используются авиационные и альпинистские дыхательные аппараты, существуют различия, достаточные для того, чтобы сделать прямое переносимое использование оборудования в целом нецелесообразным. Одним из основных соображений является то, что, в отличие от летчика, альпинист не может быстро спуститься на безопасную высоту, если оборудование выйдет из строя, поэтому оно должно быть надежным. Другое заключается в том, что альпинист должен лично нести дыхательный аппарат, поэтому преимущество, получаемое от дыхания дополнительным кислородом, должно превышать недостаток от переноски дополнительного объема и веса оборудования. Другие требования заключаются в том, что дополнительная работа дыхания должна быть низкой, оборудование должно функционировать при низких температурах, а также желательно сохранение тепла и влаги. Диапазон высот для альпинизма также ограничен, нет требований к герметизации. [26]
Теоретически доступные системы доставки включают: систему постоянного потока без резервуара, которая проста и надежна, но чрезвычайно расточительна, систему постоянного потока с резервуаром, которая при соответствии потребностям пользователя более эффективна, чем простая система постоянного потока, а также относительно проста и надежна, систему клапана с потребностью, которая автоматически следует потребностям пользователя, но также тратит значительную часть вдыхаемого газа на мертвое пространство, систему импульсной дозы, которая тратит меньше газа на мертвое пространство, но полагается на относительно сложную систему управления, что приводит к проблемам с надежностью, или систему замкнутого контура, которая очень эффективна, но требует газоочистителя углекислого газа, который громоздкий и тяжелый и чувствителен к замерзанию, когда не используется постоянно. [26] Система постоянного потока с использованием маски с резервуаром использовалась в основном потому, что она относительно надежна.
Обычно используемая система, производимая Poisk, использует три композитных баллона высокого давления, заполненных до 260 бар при 20 градусах Цельсия. Размеры баллонов составляют 19 дюймов (480 мм) в длину, 4,25 дюйма (108 мм) в диаметре и вес менее 2,7 кг (6,0 фунтов). При расходе два литра в минуту баллоны служат примерно 6,5 часов каждый. [7] Внутренний объем ( вместимость воды ) по данным Poisk составляет от 3 до 4 литров. [27] [28] Используются два типа дыхательных масок. Одна предназначена для скалолазания, а другая — для отдыха и сна, которая включает в себя теплообменник тепла и влажности. Эти маски плотно прилегают к различным участкам кожи на лице, чтобы уменьшить проблемы контактного давления. Оба типа масок используют резервуарный мешок, который может экономить потребление кислорода, когда скорость потока установлена правильно для текущей скорости дыхания, гарантируя, что резервуарный мешок полностью сдувается в конце вдоха и полностью надувается в конце выдоха. Некоторое обслуживание пользователем в полевых условиях возможно с использованием комплекта запасных частей. На принципиальной схеме указан тип маски частичного ребризера . [28]
Регулятор Poisk — это устройство постоянного расхода , которое можно регулировать в диапазоне от 1 до 4 литров в минуту с шагом 0,25 литра в минуту. [ необходимо разъяснение ] Его масса составляет 0,35 кг. [7]
Система Summit использовала небольшую маску с носовой канюлей и доставляла кислород импульсами, активируемыми падением давления в начале вдоха. Это эффективная система для использования газа, и требуется меньше газа, но она использует электронику и батареи, которые не работают при низких температурах. Она также менее громоздкая и меньше закрывает обзор, чем системы с ребризером [27] . Система оказалась ненадежной, и Summit вернулась к системе постоянного потока. Силиконовая канюля по-прежнему доступна в качестве медицинского компонента. [29]
Система Summit Oxygen, выпущенная на рынок в 2023 году, использует регулятор постоянного расхода с шагом 0,5 литра в минуту до максимум 4 литров в минуту. Инновацией является то, что селектор расхода находится на шланге подачи, где его можно легко достать, и поэтому его, вероятно, можно будет регулировать чаще в соответствии с текущей нагрузкой, тем самым обеспечивая более эффективное использование кислорода. Используемые баллоны имеют объем 4 литра 300 бар и массу 3,89 кг в заполненном состоянии. Клапан впуска окружающего воздуха предотвращает вдыхание окружающего воздуха до тех пор, пока не будет вдыхаться кислород в резервуаре, а выпускной клапан обеспечивает достаточное обратное давление для отвода выдыхаемого газа в мешок резервуара в начале выдоха, когда он содержит очень мало углекислого газа, как это было в физиологическом мертвом пространстве . [30]
Все британские экспедиции использовали аппараты с открытым контуром кислорода, как это рекомендовали пионеры-альпинисты Джордж Финч , Ноэль Оделл и Питер Ллойд . Аппарат с открытым контуром кислорода был опробован в британских экспедициях на Эверест в 1922 и 1924 годах ; баллонный кислород, взятый экспедицией 1921 года , не использовался. Несущая рама для кислорода с открытым контуром, разработанная Джорджем Финчем и использовавшаяся в 1922 и 1924 годах с четырьмя баллонами кислорода, весила 32 фунта (14,5 кг). Вместе с Джеффри Брюсом Финч достиг высоты 27 250 футов на горе Эверест в 1922 году. [31]
Альпинисты иногда брали с собой только два баллона. Четыре баллона содержали в общей сложности 960 литров кислорода, что хватило бы на восемь часов при стандартной скорости 2 литра в минуту или на семь часов при 2,2 л/мин. [32] Попытка покорить Эверест Джорджа Мэллори и Эндрю Ирвина в 1924 году была первой попыткой восхождения на Эверест с использованием кислорода. [31] Мэллори и Ирвин несли по два баллона каждый. [32]
Британская экспедиция на Эверест в 1938 году испытала как замкнутый, так и открытый цикл, но замкнутый цикл не удался. [33]
В 1953 году первая штурмовая группа Тома Бурдиллона и Чарльза Эванса использовала кислородные ребризеры замкнутого цикла , которые были разработаны Бурдиллоном и его отцом, и поднялась с беспрецедентной скоростью на расстояние в 90 м от вершины, но не достигла ее, поскольку один из ребризеров вышел из строя при заправке скруббера. [34] [10] [35] Их способность подниматься так быстро была приписана физиологическому преимуществу дыхания чистым кислородом, подаваемым ребризерами. Другие альпинисты использовали подобное оборудование в 1930-х и 1950-х годах, но имеющиеся ребризеры оказались слишком тяжелыми и неудобными для альпинизма, было разработано более легкое оборудование открытого цикла, и замкнутый цикл игнорировался в течение следующих 50 лет. [35]
Через два дня после Бурдиллона и Эванса вторая штурмовая группа Эдмунда Хиллари и Тенцинга Норгея достигла вершины с гораздо более совершенной 22-фунтовой системой непрерывного потока открытого цикла. [31] После десяти минут фотографирования на вершине без использования кислородного комплекта Хиллари сказал, что он «становился довольно неуклюжим и медлительным». [36]
Джон Хант посчитал, что две штурмовые группы, использующие экспериментальный тип замкнутого цикла, были слишком рискованны, несмотря на то, что пользователи достигли более высокой скорости подъема, а также потенциально имели большую дальность для данного запаса (чтобы можно было достичь вершины из лагеря на Южном седле). Поэтому он предложил один штурм замкнутого цикла, за которым вскоре последовал бы штурм открытого цикла (и третий штурм при необходимости). Используемые баллоны представляли собой дюралевые легкосплавные баллоны вместимостью 800 литров или стальные проволочные баллоны RAF вместимостью 1400 литров кислорода (оба при давлении 3300 фунтов на квадратный дюйм; 227,5 бар или 22,75 МПа). Экспедиция имела 8 комплектов замкнутого цикла и 12 комплектов открытого цикла; комплект открытого цикла использовал 1 баллон RAF или 1, 2 или 3 дюралевых баллона; с общим весом комплекта 28 фунтов, 18 фунтов, 29 1/2 фунта или 41 фунт ( 12,7, 8,2, 13,4 или 18,6 кг). [9] Спящие на высоте более 21 500 футов (6600 м) использовали «ночной кислород» со скоростью 1 литр/минуту; а с помощью адаптеров они могли использовать кислород из баллонов Drägerwerk, которые швейцарцы оставили в 1952 году . [37] Как комплекты открытого, так и замкнутого цикла покрывались льдом; комплекты замкнутого цикла — при установке новой и холодной канистры с натронной известью. [38]
Физиолог Гриффит Пью также участвовал в британской экспедиции на Чо-Ойю в 1952 году, изучая влияние холода и высоты. Пью и Майкл Уорд дали следующие рекомендации на 1953 год, основываясь на экспериментах, проведенных на Менлунг-Ла на высоте 20 000 футов (6 100 м) в 1952 году: [39]
Они также отметили большую разницу между людьми, некоторые мужчины не могли подняться выше 21 000 футов (6400 м), вероятно, только исключительные мужчины могли подняться выше 27 000 футов (8200 м) без дополнительного кислорода, и лишь немногие мужчины могли подняться выше 26 000 футов (7900 м) дважды за экспедицию. Производительность была несколько лучше, чем ожидалось с 1952 года; основным эффектом было увеличение работы, проделанной за день, и значительное улучшение их субъективного состояния, поэтому они стали лучше ценить окружающую среду. Чувство благополучия сохранялось в течение часа или более после прекращения подачи кислорода. Пью также рекомендовал акклиматизироваться выше 15 000 футов (4600 м) в течение как минимум 36 дней и использовать оборудование замкнутого цикла.
Врач ВМС США и альпинист Том Хорнбейн модифицировал конструкцию дыхательной маски, используемой пилотами ВМС, которая была изготовлена Maytag для американской экспедиции 1963 года. Это была маска без ребризера , которая имела один обратный клапан для предотвращения обратного потока в резервуарный мешок, который накапливал кислород из регулятора постоянного расхода и подавал его в начале вдоха. По состоянию на 2013 год эта базовая конструкция все еще используется для альпинистских дыхательных аппаратов открытого цикла [31]
8 мая 1978 года Райнхольд Месснер и Петер Хабелер совершили первое восхождение на Эверест без дополнительного кислорода. [40] К 1986 году Месснер покорил все 14 «восьмитысячников» без дополнительного кислорода.
Нехватка кислорода в баллонах была отмечена как один из факторов гибели Рэя Дженета и Ханнелоры Шматц на Эвересте в 1979 году. [41]
Российский производитель «Поиск» поставляет дыхательные аппараты с 1982 года, используя небольшой и легкий цилиндр из титана и кевларовой нити весом 3,5 кг с ресурсом работы 6 часов при расходе 2 литра в минуту, с регуляторами, которые можно регулировать с шагом 0,25 литра в минуту до 4 литров в минуту. [31] Несколько небольших цилиндров позволяют осуществлять тайник.
В 1991 году международные горные гиды выбрали баллон большего размера, который мог обеспечивать кислородом в течение 10 часов при расходе 3 литра в минуту. [31]
К 21 веку одна из популярных кислородных систем на Эвересте использовала алюминиевые баллоны, армированные углеродным волокном, с 3-литровым баллоном кислорода весом 7 фунтов (3,2 кг) (3,2 кг) при заполнении под давлением 3000 фунтов на квадратный дюйм (210 бар). [42]
В 2003 году компания Summit Oxygen представила экспериментальную систему с носовой канюлей и системой импульсного дыхания по требованию с электрическим управлением с использованием батареи, но скорость потока оказалась недостаточной для удовлетворения потребности, и они вернулись к более традиционной системе частично ребризерной маски с непрерывным потоком . [31]
Маска TopOut была представлена в 2004 году на основе респираторной маски 3M R6311. [31] [43]
Из более чем 6500 восхождений на Эверест по состоянию на 2013 год менее 100 были без кислорода. [31]
На Эвересте было зафиксировано значительное количество смертей, связанных с отказами дыхательных аппаратов. В одной экспедиции в 2019 году девять дыхательных аппаратов вышли из строя в один и тот же день, но группа уже спускалась, и благодаря совместному использованию оборудования удалось избежать смертельных случаев. Причины и механизмы отказов официально не расследовались, но очевидцы утверждают, что за предыдущие два десятилетия произошло не менее 21 случая опасного отказа дыхательного оборудования. Это следует учитывать в контексте общего числа восхождений с использованием кислорода, которое превышает 6500, поэтому по первой оценке частота отказов критического оборудования для жизнеобеспечения составляет около 0,5%. The New York Times сообщила, что методы обслуживания и заправки оборудования сомнительны. Производители оборудования вполне обоснованно не берут на себя ответственность за баллоны, не заполненные их собственными силами, и не зафиксировано, были ли какие-либо отказы связаны с заводской заправкой. Известно, что баллоны часто заправляются на месте. Сообщается о таких видах отказов, как утечки из баллонов, неисправность регулятора и ошибки оператора неопытными альпинистами. Вероятно, большинство отказов было связано с оборудованием Poisk , в основном потому, что это самая распространенная марка, но сообщалось также о сбоях в работе регуляторов Summit Oxygen . И Poisk, и Summit Oxygen имеют в целом хорошую репутацию в плане качества. Статья в New York Times предполагает, что отсутствие регулирования в отрасли в Непале и плохое обслуживание оборудования могут быть причиной проблемы. [44]