潛水起源緊密根植于人類(lèi)進(jìn)行的海上貿(mào)易、救助和軍事行動(dòng)，以及對(duì)海洋奧秘渴求了解而引起對(duì)海洋的探索、研究活動(dòng)。

職業(yè)潛水可追溯于大約5000年前。早期潛水者潛水深度不超過(guò)30 m，主要從事打撈與獲取食物、海綿、珊瑚和珍珠。據(jù)希臘歷史學(xué)家希羅多德記載，公元前五世紀(jì)，曾有一個(gè)叫西里爾斯的潛水員，受雇于波斯國(guó)王薛西斯，專(zhuān)門(mén)給國(guó)王尋找沉船貴重物品。

在歷史上，潛水員一出現(xiàn)，就開(kāi)始在軍事行動(dòng)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(guó)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(lǐng)軍圍攻提爾（古腓尼基著名港口，現(xiàn)屬黎巴嫩）時(shí)，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(yè)相對(duì)比較發(fā)達(dá)，并已形成了打撈產(chǎn)業(yè)。公元前1世紀(jì)，一些地區(qū)的打撈作業(yè)者逐漸形成組織，而且出現(xiàn)潛水支付標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)立法，法律認(rèn)可隨著潛水深度增加其風(fēng)險(xiǎn)與付出的努力也相應(yīng)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(guān)鍵的措施是水面供應(yīng)呼吸氣，以延長(zhǎng)水下停留時(shí)間。通過(guò)伸到水面的中空蘆葦桿或管子使?jié)撍畣T在水下呼吸空氣，能使人在水下停留時(shí)間延長(zhǎng)，但對(duì)完成復(fù)雜作業(yè)意義不大。軍事行動(dòng)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(jué)的方法。

 

似乎只要延長(zhǎng)呼吸管就可增加潛水深度和擴(kuò)大活動(dòng)范圍。一些早期的潛水器材常由皮革頭罩和一個(gè)柔韌長(zhǎng)管組成，柔韌長(zhǎng)管借助漂浮物浮在水面。然而，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何關(guān)于這些裝置制造檢測(cè)方面的真實(shí)記錄。實(shí)際上如果真有人使用這樣的裝置潛水，可能會(huì)被淹溺。水下3 ft靜水壓相當(dāng)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(guò)呼吸管呼吸空氣，隨潛水深度增加靜水壓繼續(xù)增大，通過(guò)呼吸管呼吸更加不可能。成功實(shí)施潛水必須克服或消除靜水壓作用。歷史上，人們?cè)O(shè)計(jì)了許多富有想象力的設(shè)備來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。最初，因?yàn)椴焕斫馑聣毫Φ膯?wèn)題，所以設(shè)計(jì)都是不切實(shí)際的。

 

【呼吸袋】

基于潛水員攜帶呼吸袋潛水的基礎(chǔ)出現(xiàn)了一系列設(shè)計(jì)。公元前九世紀(jì)亞述人的壁雕顯示潛水員用充氣動(dòng)物皮囊作為空氣儲(chǔ)存袋進(jìn)行潛水。然而，壁雕上的這些人可能僅是用動(dòng)物皮囊作為漂浮工具的游泳者。因?yàn)閿y帶這樣的附屬品潛入水下是不可能的。

 

中世紀(jì)后期，出現(xiàn)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(xié)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(shè)備，底部開(kāi)口于海底。潛水鐘是在1500到1800年間發(fā)展起來(lái)的，它能使?jié)撍畣T在水底維持幾小時(shí)。

歷史上第一個(gè)潛水鐘是個(gè)大浴缸，它以垂直位置沉入海底，儲(chǔ)存足夠的空氣，一名潛水員水下呼吸幾小時(shí)。后來(lái)，出現(xiàn)用水面繩索懸吊的潛水鐘，潛水鐘本身沒(méi)有動(dòng)力，只能在水面支持船協(xié)助下移動(dòng)。當(dāng)潛水鐘位于水下工作地點(diǎn)正上方，潛水員只需留在鐘內(nèi)作業(yè)，如果位于工作地點(diǎn)附近，需要潛水員短期屏氣出鐘作業(yè)。

據(jù)文獻(xiàn)記載，潛水鐘的實(shí)際應(yīng)用最早見(jiàn)于1531年。此后數(shù)百年過(guò)程中，人類(lèi)開(kāi)始逐步有規(guī)律地使用潛水鐘。1680年，美國(guó)馬薩諸塞洲冒險(xiǎn)家菲普斯（William Phipps）將潛水鐘技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，在進(jìn)行一次打撈價(jià)值約20萬(wàn)美元的水下珠寶時(shí)，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(guó)著名天文學(xué)家哈雷（Edmund Halley）將潛水鐘進(jìn)一步發(fā)展，鐘內(nèi)空氣被水面吊下的重空氣桶連續(xù)不斷補(bǔ)充（圖3）。在這個(gè)系統(tǒng)的早期實(shí)驗(yàn)階段，他曾經(jīng)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(jìn)一步改進(jìn)的潛水鐘在水下66 ft持續(xù)停留了4 h。

 

【潛水裝具】

18世紀(jì)初，隨著英國(guó)海岸軍民失事船只數(shù)量的增多，對(duì)提高救撈效率提出了更高要求，對(duì)潛水裝具的需要大大提高，有力地推動(dòng)了潛水裝具快速發(fā)展。

【萊斯布里奇潛水服】

1715年，英國(guó)人萊斯布里奇（John Lethbridge）發(fā)明了單人全封閉潛水服（圖4）。萊斯布里奇潛水服是一個(gè)用毛皮覆蓋加固的空氣桶，裝備一個(gè)能觀察周?chē)h(huán)境玻璃窗，兩個(gè)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(yè)任務(wù)。這套裝具由水面船只放入水中，可以象潛水鐘一樣移動(dòng)。

 

萊斯布里奇的發(fā)明非常成功，他的設(shè)備參加了多次歐洲海難的潛水打撈作業(yè)。在給一封寫(xiě)給一個(gè)時(shí)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(dá)到72 ft，水下停留時(shí)間可達(dá)34 min。

隨后，出現(xiàn)了幾個(gè)與萊斯布里奇潛水服相似的設(shè)計(jì)。因?yàn)闊o(wú)法解決持續(xù)供應(yīng)空氣的技術(shù)難關(guān)，所有這些潛水服和當(dāng)時(shí)潛水鐘一樣，存在潛水員無(wú)法持續(xù)作業(yè)的限制。直到19世紀(jì)初，人工操作空氣泵的出現(xiàn)才終于實(shí)現(xiàn)了持續(xù)供應(yīng)空氣的真正技術(shù)突破。

 

【迪恩潛水裝具】

潛水裝具是由多人同一時(shí)期共同發(fā)明的潛水器材。1823年，兩個(gè)打撈員，約翰和查爾斯迪恩兄弟共同設(shè)計(jì)了一種消防頭盔，使用這種裝具，消防員能在燃燒的房?jī)?nèi)走動(dòng)。1828年，他們把此裝具改裝成潛水裝具，并申請(qǐng)了專(zhuān)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(guò)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(huì)出問(wèn)題。如果潛水員跌到，頭盔內(nèi)會(huì)很快進(jìn)水。1836年，迪恩還發(fā)行了潛水員手冊(cè)，這可能是第一本潛水方面的出版物。

 

【希比潛水裝具】

第一個(gè)實(shí)用性潛水裝具的發(fā)明人應(yīng)該是德國(guó)銅匠希比（Augustus Siebe）。希比對(duì)潛水裝具的最主要貢獻(xiàn)是對(duì)迪恩潛水裝具進(jìn)行改進(jìn)。希比將頭盔與防水服在衣領(lǐng)處密封連接起來(lái)，并安裝了一個(gè)排氣閥（圖5）。希比潛水裝具是美國(guó)馬克V標(biāo)準(zhǔn)深海潛水裝具的直接鼻祖。

 

【英國(guó)海軍皇家喬治號(hào)戰(zhàn)列艦的打撈】

1840年，在英國(guó)樸次茅斯港外一個(gè)重要軍用錨地，一只英國(guó)皇家工程部隊(duì)負(fù)責(zé)打撈英國(guó)海軍戰(zhàn)列艦皇家喬治號(hào)的殘骸。當(dāng)時(shí)，已經(jīng)有數(shù)種潛水裝具可供潛水作業(yè)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(jī)會(huì)正式檢驗(yàn)評(píng)估各型潛水裝具。考慮到迪恩潛水裝具頭盔有溢流問(wèn)題，他建議采用希比潛水裝具。

當(dāng)帕斯里上校的打撈工程結(jié)束后，一官方歷史學(xué)家曾記錄有這樣的內(nèi)容：“所有經(jīng)驗(yàn)豐富的潛水員總受到風(fēng)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(shù)作業(yè)深度是60到70 ft。帕斯里與其他人都沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這些癥狀的真正意義。這些所謂的風(fēng)濕病癥狀實(shí)際上代表一系列嚴(yán)重生理學(xué)問(wèn)題。

 

【沉箱】

在發(fā)明潛水裝具的同一歷史時(shí)期，一些法國(guó)發(fā)明家對(duì)潛水鐘進(jìn)行了改進(jìn)。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(shù)人同時(shí)在鐘內(nèi)作業(yè)。這些特點(diǎn)使之可滿(mǎn)足橋基挖掘或隧道斷面建造等長(zhǎng)期高壓工作的需要。這些干艙被稱(chēng)為沉箱，法語(yǔ)意思為大箱子。

 

沉箱傳遞艙的發(fā)明，使人員更易于從水面進(jìn)出沉箱。通過(guò)傳遞艙，在保持箱內(nèi)壓力的條件下，人和物體自由進(jìn)出。沉箱的發(fā)明是工程技術(shù)領(lǐng)域的一大進(jìn)步，很快得到推廣。

 

【生理學(xué)問(wèn)題】

【沉箱病】（減壓�。�

隨著沉箱使用的增多，一種新的無(wú)法解釋的疾病開(kāi)始影響沉箱作業(yè)人員。沉箱作業(yè)者返回水面后，經(jīng)常感到頭暈、呼吸困難、關(guān)節(jié)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(yè)者經(jīng)常注意到，這些患者在工作過(guò)程中卻比較正常，但他們常錯(cuò)誤地將這些表現(xiàn)歸因于換班過(guò)程休息過(guò)多。

隨著沉箱工作向更多工程的延伸，深度（壓力）越來(lái)越大，作業(yè)者遇到生理問(wèn)題的數(shù)量和嚴(yán)重程度都迅速增加，死亡個(gè)例也頻繁出現(xiàn)。從邏輯上，這種病可稱(chēng)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(gè)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(dòng)最主要的危險(xiǎn)因素。盡管人類(lèi)從事潛水活動(dòng)已有數(shù)千年歷史，但沉箱發(fā)明前，很少有人在水下較大氣壓下長(zhǎng)時(shí)間工作。帕斯里等雖然發(fā)現(xiàn)有人得了這些疾病，但沒(méi)有考慮潛水本身的原因，而是考慮消化不良、風(fēng)濕或關(guān)節(jié)炎等其他原因。

 

【減壓病的原因】

減壓病的病因最早由法國(guó)生理學(xué)家Paul Bert在1878年首次描述的。在探討壓力對(duì)人體生理作用時(shí)，Bert認(rèn)為，呼吸高壓空氣促使氮?dú)膺M(jìn)入人體血液和組織內(nèi)。只要外界壓力存在，氣體就持續(xù)溶于溶液中。當(dāng)外界壓力快速下降時(shí)，就像工人離開(kāi)沉箱時(shí)一樣，氮立刻恢復(fù)氣態(tài)以至于不能以正常的方式離開(kāi)人體。在人體全身形成氣泡，引起與氣泡相關(guān)的全身癥狀。如果氣泡阻斷了重要器官的血流，就可能發(fā)生癱瘓甚至死亡。

 

【減壓病的防治】

按照Paul Bert的建議，為預(yù)防減壓病，沉箱工人應(yīng)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(fā)現(xiàn)，當(dāng)癥狀一出現(xiàn)就恢復(fù)沉箱壓力，患者的癥狀就會(huì)減輕。

后來(lái)，逐漸有人專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了加壓艙放在沉箱作業(yè)地點(diǎn)，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(jù)個(gè)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(fā)病率和死亡率，這是第一個(gè)成功應(yīng)用加壓艙預(yù)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(shù)沉箱工人無(wú)法避免減壓病，有時(shí)，超過(guò)120 ft潛水作業(yè)的潛水員甚至?xí)ブX(jué)。當(dāng)時(shí)的流行看法是，120 ft是人類(lèi)潛水的深度極限，只要超過(guò)這個(gè)深度，減壓病就會(huì)反復(fù)出現(xiàn)，潛水員就不能有效工作。

 

【通風(fēng)不足】

在1905到1907年間，英國(guó)生理學(xué)家Haldane對(duì)皇家海軍潛水員進(jìn)行了系列實(shí)驗(yàn)。他發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)上述問(wèn)題的部分原因是潛水員沒(méi)有給頭盔適當(dāng)通風(fēng)，引起頭盔內(nèi)CO2高度積聚。為解決這個(gè)問(wèn)題，他提出標(biāo)準(zhǔn)流動(dòng)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(fēng)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(jìn)行這方面的研究和改進(jìn)，Haldane的減壓理論仍是指導(dǎo)潛水員減壓出水方法的理論基礎(chǔ)。

由于Haldane的貢獻(xiàn)，空氣潛水的實(shí)際作業(yè)深度已達(dá)200 ft以深。而且此限制并不是來(lái)自生理因素，而是來(lái)自人工泵的空氣供應(yīng)能力。

 

【氮麻醉】

當(dāng)潛水員開(kāi)始進(jìn)行更大深度的潛水作業(yè)時(shí)，另一種不明原因的疾病開(kāi)始出現(xiàn)。潛水員會(huì)有喝醉酒樣的感覺(jué)，有時(shí)感到欣快，經(jīng)常忘記潛水作業(yè)的目的。20世紀(jì)30年代，發(fā)現(xiàn)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?yàn)榈哂新樽碜饔茫㈦S壓力的增加而越來(lái)越強(qiáng)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(fā)展起來(lái)用于大深度潛水。

 

【盔甲潛水服】

盔甲潛水服是由一些幾乎無(wú)任何潛水經(jīng)驗(yàn)的人發(fā)明的，它可使?jié)撍畣T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(méi)有任何不良影響。前面提到的萊斯布里奇1715年設(shè)計(jì)的桶狀潛水服，本質(zhì)上就屬于盔甲潛水服，只是潛水深度較小。

 

大多數(shù)盔甲潛水服都存在實(shí)際操作上的問(wèn)題。如太笨重、操作太復(fù)雜、不能應(yīng)對(duì)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(jì)30年代，這些潛水服設(shè)計(jì)最大潛水深度是700 ft，但實(shí)際使用中從未實(shí)現(xiàn)過(guò)。最近在盔甲潛水服領(lǐng)域的進(jìn)展比較迅速，現(xiàn)在一般被稱(chēng)為常壓潛水服，已證實(shí)能夠完成水下2000 ft的潛水任務(wù)。

 

【馬克-5潛水裝具】

1905年，美國(guó)海軍裝備建設(shè)維修局設(shè)計(jì)制造了馬克-5潛水頭盔，它解決了潛水中遇到的多種問(wèn)題。這套潛水裝具的設(shè)計(jì)適用于進(jìn)行廣泛的，惡劣環(huán)境的潛水作業(yè)，并盡最大可能給潛水員提供身體的防護(hù)和靈活性。

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

1916年，又對(duì)馬克-5潛水頭盔進(jìn)行了一些改進(jìn)，增加了一個(gè)通過(guò)電話(huà)線(xiàn)進(jìn)行的電話(huà)通訊系統(tǒng)和一個(gè)控制閥，控制閥使?jié)撍畣T能根據(jù)需要調(diào)節(jié)供氣壓力。頭盔左邊增加了一個(gè)輔助減壓閥，叫做spitcock，增加一個(gè)定位銷(xiāo)使頭盔與胸盤(pán)固定相連。1927年，排氣閥與通訊系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)，并減輕了頭盔重量，使?jié)撍畣T舒適度進(jìn)一步得到提高。

1927年后，馬克-5潛水裝具沒(méi)再有更大改進(jìn)�，F(xiàn)在它基本保持了20世紀(jì)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(shí)期失事潛艇的救助打撈作業(yè)，二戰(zhàn)時(shí)期幾乎所有打撈作業(yè)都要使用它。馬克-5潛水頭盔曾是美國(guó)海軍的標(biāo)準(zhǔn)潛水裝具，直到1980年2月馬克-12水面供氣式潛水系統(tǒng)（SSDS）出現(xiàn)后，才停止使用。1993年12月馬克-12又被馬克-21取代。