小火箭出品
本文作者：邢強博士
本文共2741字， 21圖。 預計閱讀時間：10分鐘。
西元2018年4月17日上午10點43分， 美國西南航空公司一架載有144名乘客和5名機組人員的波音737-700客機的左側發動機在空中突然發生爆炸事故。
高速飛出的發動機碎片擊碎了該機左側的一塊舷窗。
空氣從破碎的舷窗快速泄出， 致使機艙內迅速失壓。 一名乘客被巨大的壓力差吸附在破碎舷窗處。
英勇的機長在5分鐘之內將飛機的飛行高度從1萬米迅速降低至3900米， 駕駛只剩1台發動機提供動力的飛機於當日上午11時20分迫降成功。
雖然那位差點被吸出飛機的乘客在大家的奮力救助下，
這次事故造成1人死亡， 7人受傷， 是自2009年的美國3407號航班空難發生以來， 時隔9年， 美國再次發生有人員喪生的航空事故。
在民航客機起飛前， 空乘人員通常會站在過道的顯眼位置， 向大家演示在緊急情況下救生衣穿戴方法和氧氣面罩的使用方法。
在現實生活或者影視作品中， 大家能看到飛機在突遇客艙失壓等緊急情況的時候， 金黃色的氧氣面罩從乘客頭頂的天花板上突然落下。
那麼問題來了， 艙內失壓的時候， 為什麼要趕緊戴上氧氣面罩？為乘客在緊急情況下提供的氧氣是從什麼地方來的呢？
嚴酷
大氣壓力和空氣的含氧量是隨高度的增加而逐漸減小的。
小火箭風格：
在海拔1000米處， 大氣壓力為海平面處的88.1%， 含氧量為海平面處的92.4%。 在海拔3000米處， 大氣壓力進一步減小為海平面處的51.4%， 含氧量則減少為海平面的61.8%。
長期在平原地區生活的人剛剛來到海拔3000米以上的高原時， 會出現頭痛、失眠、疲倦、呼吸困難等症狀， 這就是因人體暴露在低壓低氧環境而產生的高原反應。
早期的客機飛行高度比較低， 乘客還沒有對低壓低氧的環境表現出明顯的異常， 優雅得很。
但是， 為了避開低空複雜而混亂的氣流， 後來設計的客機開始越飛越高， 於是低壓低氧的問題變得不容忽視了。
1938年首飛的波音307客機率先採用了客艙增壓系統， 使得該機在6000米的高度上巡航時，
密封且增壓的客艙給乘客創造了一個舒適安全的乘坐環境， 也使民航客機在設計時不必考慮乘客對艙外環境的適應能力， 從而能在更高的天空選擇效率最高的方式進行巡航飛行。
現代大型民航客機採用噴氣式發動機， 其巡航高度通常在9000米至12500米之間， 而客艙內則始終保持著相當於海拔2000米到2100米高度的大氣壓力和適宜的氧氣濃度。 （最低氣壓不得低於海拔2438米， 是的， 波音307客機創造的艙內壓力的事實標準沿用到了今天。 ）
另外， 有的客機為了讓乘客有更舒適的乘坐體驗， 客艙內的氣壓更高。 比如波音787的艙內壓力為海拔1830米， 與我國的春城雲南省昆明市相當。
考驗
但是， 無論客機設計得有多好， 終歸還是有個萬一。 於是， 艙內的氣壓和氧氣系統就會面臨嚴峻的考驗了！
一旦客艙出現破損或洩漏， 那麼艙內氣壓和氧氣就有降低的危險。
在6700米高空出現這種狀況後， 機組人員和乘客只能保持5分鐘的清醒意識；在10000米高空， 這個時間縮短為1分鐘左右；而在14000米的高空， 留給人的時間則只有12至15秒。
可見， 應急的氧氣供應在民航客機上是很有必要的。
早期民航客機上對客艙進行應急供氧的氧氣來源是傳統的高壓氧氣瓶。 但是， 在使用過程中， 人們逐漸發現了氧氣瓶的一些缺點。
它們供應氧氣給機組人員的時候表現得還不錯， 但是客艙的座位很多， 要把氧氣送到每名乘客那裡，
為防止管路洩漏， 需要定期檢查管路， 還要記得對洩漏的氧氣進行補充。 笨重的氧氣瓶、複雜的氧氣管路和繁瑣的維護保養程式， 這些與現代民航客機的設計理念顯然是背道而馳的。
而即使是非常先進的戰鬥機， 其氧氣系統也始終有著各種各樣的可靠性方面的問題。 涉及到的事情， 小火箭在此不再贅述。
這是小火箭好友提供的美國海軍航空母艦上的工作人員為艦載機準備氧氣瓶的場景。
上圖這位小哥兒正在準備把這個綠色氧氣罐子安裝到F/A-18C大黃蜂艦載戰鬥機上。
如果每一位元乘客的應急供氧系統都要像艦載戰鬥機這樣準備的話， 我們在機場候機排隊的時間那可就得大大延長了。
有沒有一種裝置可以簡單高效地產生氧氣同時還不需要進行太多維護呢？答案是肯定的。
氧燭
工程師們通過大量試驗，發掘出了氯酸鈉這種化學物質。氯酸鈉被加熱到260℃的時候開始熔化，進一步加熱到460℃時，就會分解，產生氯化鈉和氧氣。
這個反應本身是大量放熱的，因此，一旦氯酸鈉被點燃，就會自己不斷重複熔化與分解的過程，很像蠟燭的燃燒。把氯酸鈉製成圓柱體狀，便能通過點燃其中一端的方式來持續供氧了。
從分子式上看，氯酸鈉含氧量為45%，而氯酸鈉的密度為2.35克/立方釐米 , 因此，通過簡單計算，小火箭給出：體積為1升的氯酸鈉藥柱在燃盡後，理論上可以產生798升的氧氣。相當不錯。
從實測的試驗資料來看，1升的氯酸鈉藥柱耗盡後，平均可以產生氧氣784升，這樣的供氧量大約為同體積高壓氧氣瓶的3倍。
有關氯酸鹽和高氯酸鹽，詳見小火箭的固體火箭發動機系列文章中的《聊聊固體火箭發動機的推進劑》一文。
但是，這樣的藥柱要想登上民航客機取代氧氣瓶還需要跨過兩道門檻。
第一道檻是氯酸鈉的分解溫度很高，這就使得通過點燃藥柱來產生的氧氣溫度過高。況且，在緊急情況下立刻產生460℃的高溫也是不太容易的。
其解決方案就是往藥柱裡摻入一些起催化作用的添加劑。
常用的添加劑有鎂粉、鐵粉、鈦粉、錳粉等金屬粉末。它們能讓氯酸鈉的分解溫度降到280℃，同時讓反應變得持續和穩定。
第二道檻是氯酸鈉分解後的產物中混有一些氯氣。這種在二戰期間曾被廣泛用作毒氣戰的氣體對人的呼吸系統有較強的傷害。而且就算濃度很低不至於影響健康，那種濃郁的化學實驗室氣味也足以讓一些乘客感到不適了。
後來，人通過向藥柱中添加3%至5%的過氧化鋇、氧化鎂等化合物來吸收氯氣的方法解決了這個問題。
降低了分解溫度並減少了氯氣生成的藥柱被封裝在不銹鋼罐子裡，加上點火裝置和過濾系統，成為了“氧燭”。
有試驗表明，氧燭在適宜的環境中存放20年後，其產氧量仍不會減少。這種含氧多、重量輕而又很可靠的設計逐漸替代了氧氣瓶，在民航客機中默默守護著旅客安全。
每當氧氣面罩落下，乘客拉動面罩之後，忠實的氧燭都能夠提供至少12分鐘的不間斷氧氣供應。
飛機在萬米高空失壓，這根小藥柱可以救你一命。這種燒出來的氧氣，還是蠻有趣的也是很有用的。而最新的氧燭系統，已經開始在新型的野戰裝備中嶄露頭角了。
版權聲明：
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有沒有一種裝置可以簡單高效地產生氧氣同時還不需要進行太多維護呢？答案是肯定的。
氧燭
工程師們通過大量試驗，發掘出了氯酸鈉這種化學物質。氯酸鈉被加熱到260℃的時候開始熔化，進一步加熱到460℃時，就會分解，產生氯化鈉和氧氣。
這個反應本身是大量放熱的，因此，一旦氯酸鈉被點燃，就會自己不斷重複熔化與分解的過程，很像蠟燭的燃燒。把氯酸鈉製成圓柱體狀，便能通過點燃其中一端的方式來持續供氧了。
從分子式上看，氯酸鈉含氧量為45%，而氯酸鈉的密度為2.35克/立方釐米 , 因此，通過簡單計算，小火箭給出：體積為1升的氯酸鈉藥柱在燃盡後，理論上可以產生798升的氧氣。相當不錯。
從實測的試驗資料來看，1升的氯酸鈉藥柱耗盡後，平均可以產生氧氣784升，這樣的供氧量大約為同體積高壓氧氣瓶的3倍。
有關氯酸鹽和高氯酸鹽，詳見小火箭的固體火箭發動機系列文章中的《聊聊固體火箭發動機的推進劑》一文。
但是，這樣的藥柱要想登上民航客機取代氧氣瓶還需要跨過兩道門檻。
第一道檻是氯酸鈉的分解溫度很高，這就使得通過點燃藥柱來產生的氧氣溫度過高。況且，在緊急情況下立刻產生460℃的高溫也是不太容易的。
其解決方案就是往藥柱裡摻入一些起催化作用的添加劑。
常用的添加劑有鎂粉、鐵粉、鈦粉、錳粉等金屬粉末。它們能讓氯酸鈉的分解溫度降到280℃，同時讓反應變得持續和穩定。
第二道檻是氯酸鈉分解後的產物中混有一些氯氣。這種在二戰期間曾被廣泛用作毒氣戰的氣體對人的呼吸系統有較強的傷害。而且就算濃度很低不至於影響健康，那種濃郁的化學實驗室氣味也足以讓一些乘客感到不適了。
後來，人通過向藥柱中添加3%至5%的過氧化鋇、氧化鎂等化合物來吸收氯氣的方法解決了這個問題。
降低了分解溫度並減少了氯氣生成的藥柱被封裝在不銹鋼罐子裡，加上點火裝置和過濾系統，成為了“氧燭”。
有試驗表明，氧燭在適宜的環境中存放20年後，其產氧量仍不會減少。這種含氧多、重量輕而又很可靠的設計逐漸替代了氧氣瓶，在民航客機中默默守護著旅客安全。
每當氧氣面罩落下，乘客拉動面罩之後，忠實的氧燭都能夠提供至少12分鐘的不間斷氧氣供應。
飛機在萬米高空失壓，這根小藥柱可以救你一命。這種燒出來的氧氣，還是蠻有趣的也是很有用的。而最新的氧燭系統，已經開始在新型的野戰裝備中嶄露頭角了。
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