潛水起源緊密根植于人類進(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，專門給國(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呼吸管呼吸空氣，隨潛水深度增加靜水壓繼續(xù)增大，通過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)備來解決這個(gè)問題。最初，因?yàn)椴焕斫馑�下壓力的問題，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，底部開口于海底。潛水鐘是在1500到1800年間發(fā)展起來的，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，出現(xiàn)用水面繩索懸吊的潛水鐘，潛水鐘本身沒有動(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)用最早見于1531年。此后數(shù)百年過程中，人類開始逐步有規(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)能觀察周圍環(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(huì)出問題。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，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�？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(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)問題】

【沉箱病】（減壓病）

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(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(yè)者遇到生理問題的數(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，逐漸有人專門設(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)沉箱工人無法避免減壓病，有時(shí)，超過120 ft潛水作業(yè)的潛水員甚至?xí)�失去知覺。當(dāng)時(shí)的流行看法是，120 ft是人類潛水的深度極限，只要超過這個(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)上述問題的部分原因是潛水員沒有給頭盔適當(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自生理因素，而是來自人工泵的空氣供應(yīng)能力。

 

【氮麻醉】

當(dāng)潛水員開始進(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始出現(xiàn)。潛水員會(huì)有喝醉酒樣的感覺，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�具有麻醉作��，并隨壓力的增加而越來越強(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(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。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)通過電話線進(jìn)行的電話通訊系統(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)定位銷使頭盔與胸盤固定相連。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潛水裝具沒再有更大改進(jìn)。現(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。