четверг, 26 декабря 2013 г.

Основоположник исследований перегрузок полковник J.P. Stapp

                                                                             
              Оригиналы статей, фото и видео взяты с http://story.d3000.futuware.ru/comments/453156/ , http://oavto.com.ua/articles/samyj_bystryj_chelovek_na_zemle , и др.


"Синяки вокруг глаз и кровоизлияния в глаза, треснувшие рёбра и поломанные кости были частой платой Стэппа за его нелёгкий труд, однако его всегда поддерживала мысль о том, что каждый его эксперимент может спасти множество жизней. Кстати, от этих опытов пользу получили не только военные пилоты: на основании их результатов Национальная Комиссия по Безопасности Дорожного Движения сделала обязательным использование ремней безопасности, а позже – подушек безопасности в автомобилях."

  Джон Пол Стэпп (John Paul Stapp, 1910–1999) – знаменитый американский исследователь перегрузок, в первую очередь т.н. отрицательных, возникающих при торможении.


1-го июня 1951 года полковник ВВС США Стэпп  сел на платформу, установленную в начале 610-метрового рельсового пути для разгона и торможения. Через несколько секунд ракетный ускоритель промчал его почти до конца пути – до точки, где начиналось торможение. На короткое мгновение на Стэппа навалилась перегрузка, в 48 раз более сильная, нежели обычная земная гравитация, или, другими словами, 48g. При этом скорость возрастания нагрузки составила около 500g в секунду.
Исполнявший роль добровольца в им самим же организованных экспериментах, полковник стал известен, как «самый быстрый человек на планете» после того, как 10 декабря 1954 года он решился на тяжелейший эксперимент с разгоном и торможением на трассе длиной 839 метров на базе ВВС Холломэн в США. Менее чем за одну десятую долю секунды ракетные ускорители разогнали платформу до 19 g, она достигла скорости 1018 км/ч, едва не преодолев звуковой барьер, а затем полностью остановилась всего за 1,4 секунды, обеспечив отрицательное ускорение в 40 g. На мгновение, 76 килограммов живого веса Стэппа превратились в три тонны.
В течение восьми минут после эксперимента полковник мог видеть лишь красную пелену перед глазами, которые почти вылезли из орбит, и некоторое время даже не могли нормально закрываться. Ещё в течение 20 минут Стэпп всё видел раздвоенным, так как его глаза не могли восстановить синхронизацию движений.
Какой же ненормальный мог так жестоко сам над собой издеваться, спросите вы, и зачем всё это было нужно?

 Джон Пол Стэпп
Доктор Джон Пол Стэпп родился 11 июля 1910 года в Бразильском городе Бахайя. Начальное образование он получил в школе города Браунвуд, Техас, США, а затем перевёлся в Академию Сан Маркос в одноимённом городе того же штата Техас. В 1931 году Стэпп получил степень бакалавра в Байлорском Университете, а в следующем году там же получил степень мегистра искусств. Докторскую он защитил в Техасском Университете в 1940-м, а затем в 1944 году окончил медицинский факультет Университета штата Миннесота. После этого, проработав год в госпитале Святой Марии, Джон Стэпп вступил в ВВС США.
В 1946 доктора Стэппа перевели в Медицинскую Лабораторию ВВС в качестве одного из руководителей перспективных проектов и медицинского консультанта отдела биофизики. Его первым заданием было проведение серии полётов для испытаний различных систем снабжения пилотов кислородом в негерметичных самолётах на высоте около 12 км. Это задание и привело его в конечном итоге к славе: в марте 1947 года Стэпп был переведён в проект по изучению эффектов отрицательных перегрузок при резком торможении.

 Проект по изучению эффектов торможения
Ещё в 1945 году группа военных экспертов выступила с заявлением о необходимости проведения серьёзных исследований, направленных на разработку средств защиты пилотов и пассажиров терпящих бедствие самолётов. На начальной стадии работ, как следовало из задания, составленного Медицинской Лабораторией при Центре Развития ВВС, было необходимо разработать оборудование для следующих целей: 1. Имитации авиакатастроф;2. Оценке факторов защиты, предоставляемой сиденьями и привязными ремнями; 3. Измерения способности человеческого организма сопротивляться перегрузкам при катастрофах.
Исследовательская программа изучения выживания при авиакатастрофах поначалу проводилась в самой Медицинской Лаборатории ВВС, однако затем была переведена на авиабазу Мурок, ныне база ВВС Эдвардс. Там имелась 610-метровая прямая железнодорожная трасса, построенная когда-то для изучения ракет Фау-1. Та программа была к тому времени закончена, и трасса была передана проекту по изучению эффектов отрицательных перегрузок при торможении, дабы сэкономить на постройке трассы.
Исследовательская группа планировала использовать в работе специальный «замедлитель», состоявший из 680-килограммовой колёсной платформы, поставленной на ту самую железнодорожную трассу, проведённую поверх прочной бетонной основы, а также специальной механической тормозной системы, возможно, одной из самых мощных из когда-либо созданных. Она тормозила платформу до полной остановки на протяжении 13,7 метра. Четыре специальных стабилизатора обеспечивали устойчивость платформы на рельсах, позволяя ей беспрепятственно двигаться по прямой. Позади платформы были установлены мощные ракетные ускорители.
Феноменальная тормозная сила обеспечивалась 45-ю комплектами тормозов, каждый из которых состоял из пары тормозных колодок, установленных под платформой, и зажимавших между собой, как в клещи, специальные тормозные полосы, укреплённые промеж рельсов. Изменяя количество задействованных тормозных элементов, а также число ракетных ускорителей, можно было добиваться практически любой динамики ускорения и торможения.
Первый эксперимент на этом устройстве состоялся 30 апреля 1947 года с использованием только лишь одного балласта вместо живого испытуемого. Эта мера предосторожности пришлась как нельзя кстати – после разгона платформа слетела с рельсов. Первый эксперимент с участием человека провели лишь в декабре. С тех пор эксперименты проводились регулярно, и Джон Пол Стэпп зачастую занимал кресло на платформе.
К маю следующего, 1948 года, он прокатился по трассе 16 раз и испытал на себе максимальную отрицательную перегрузку при торможении в 35 g.
Каковы были ощущения испытуемого при торможении? Стэпп докладывал: «Ощущение было такое, будто глаза вырывают у меня из глазниц. После, я поднимал свои веки пальцами, но ничего не видел. Меня положили на носилки, и через минуту-другую я начал видеть голубые искорки... минут через восемь я увидел, как один из медиков машет у меня перед лицом пятернёй, и я смог сосчитать пальцы. К этому моменту я уже понял, что отслоения сетчатки на этот раз не произошло, и я не ослеп.»
Большинство ранних экспериментов поводились в целях сравнения стандартных привязных ремней, применявшихся ВВС, и некоторых новых конструкций ремней. Исследования имели целью улучшить защиту пилотов.

Что такое «g» ?
Все объекты на нашей планете притягиваются в направлении центра земли с ускорением 9,8 метра в секунду за секунду. Это означает, что в первую секунду падающий объект набирает скорость 9,8 метра в секунду (35,3 км/час), и затем ускоряется ещё на ту же величину каждую последующую секунду. Мы ощущаем это как гравитацию, и потому ускорение в 9,8 метра в секунду за секунду обозначают, как одну единицу гравитации, или просто 1 g.
Возможно, самые сильные ускорения мы испытываем при езде в автомобилях. Обычная машина при экстренном торможении заставит вас испытать направленное вперёд относительно вас ускорение около 1 g. Даже мощная машина, на первой передаче и с педалью в пол, редко достигает ускорения 0,7 g. На самом крутом вираже латеральное ускорение не превышает 1 g.
В увеселительных парках на различных аттракционах ускорение на короткое время может достигнуть 4,5 g. Перегрузки на специальных центрифугах для тренировок лётчиков могут доходить до 15 g.
Так что, как видите, ускорения, которые довелось переживать доктору Стэппу, были просто феноменальными. 

Всё быстрее и быстрее
 В 1953 году исследования были переведены на базу ВВС Холломэн, где основным их предметом стала возможность покинуть самолёт на высокой скорости.
Проблем с тем, чтобы дать возможность пилоту покинуть высокоскоростной реактивный самолёт, была масса. Во-первых, пилот, катапультирующийся из самолёта на околозвуковой или даже сверхзвуковой скорости, неизбежно испытает на себе ту силу, которая физически необходима для того, чтобы вытолкнуть его из самолёта. Сразу после этого его ждет жестокий удар о встречный поток воздуха и быстрая потеря скорости, вероятно, сопровождающаяся быстрым беспорядочным вращением. Каждая из этих сил по отдельности сама по себе может оказаться смертельной, чего уж говорить об их сочетании. На то время, когда исследования начались, системы спасения были совершенно недостаточно эффективны для самолётов, которые уже преодолевали звуковой бартер и поднимались на высоту до 15 км.

Во время экспериментов с быстрым торможением на базе Эдвардс в Калифорнии, полковнику Стэппу уже довелось испытывать на себе до 46 g при нарастании ускорения со скоростью 500 g в секунду. Этот эксперимент, а также ещё один с его коллегой, испытавшем на себе 38 g при нарастании 1370 g в секунду, приводили к шоковому состоянию у испытуемых, которое затем проходило без постоянных негативных последствий. Однако при этих опытах время приложения нагрузки было очень коротким – от 0,15 до 0,45 секунды. Эксперименты с резким торможением, при котором испытуемые были бы подвержены встречному ветру с высокой скоростью, не проводились, не говоря уже об опытах с вращением.
На базе Холломэн тоже была прямая рельсовая трасса, построенная в 1949 году для испытаний ракетных снарядов. Длина её составляла 1083 метра, а торможение осуществлялось водяной тормозной системой, а не механикой, как на базе Эдвардс. Водяные тормоза позволяли достичь ещё большей тормозной силы, чем расширяли возможности для экспериментирования, в том числе и в плане продления времени приложения перегрузок.
19-го марта 1954 года полковника Стэппа приготовили к первому эксперименту на новом месте. Помимо испытания самого нового оборудования для экспериментов с добровольцами, задачей первой «поездки» Стэппа по новой трассе была «оценка реакции человеческого организма на ускорение около 15 g при торможении в течение около 0,6 секунды, что примерно вдвое превышает продолжительность перегрузок, достигавшуюся на базе Эдвардс».
Эксперимент оказался, в общем, удачным. Платформа с полковником достигла пиковой скорости 188 метров в секунду (677 км/ч) и ускорения до 22 g, при этом отрицательные эффекты для здоровья были исключительно временными.
Другие эксперименты исследовали эффекты резких порывов сильного ветра. На платформе впереди Стэппа установили двери, которые резко открывались на полной скорости. Во время этих тестов. Полковник подвергался давлению встречного потока воздуха почти до 0,3 кг на квадратный сантиметр при скорости более 800 км/ч. Проводились также опыты, при которых пассажирское кресло на платформе вращалось при движении, и одновременно имитировались неожиданные удары встречного ветра; в этих опытах Стэппа и его коллег зачастую подменяли шимпанзе.

Самый быстрый человек на Земле

Самый запоминающийся эксперимент полковника Стэппа пришёлся на 10 декабря 1954 года. В нём испытуемый подвергался одновременно резкому торможению, и встречному ветру, однако вместо дверей, которые открывались в нужный момент, с платформы просто сняли всё, что защищало бы «пилота» от встречного воздушного потока. На полковнике был просто шлем, полностью закрывающий голову, а его руки и ноги были надёжно закреплены – по реальным происшествиям с лётчиками уже было известно, что мощный воздушный поток может причинять увечья конечностям.
При разгоне платформа достигла скорости 288 м/с, или более 1000 км/ч. Этого было вполне достаточно, чтобы она обогнала самолёт, который производил киносъёмку сверху. Давление встречного потока воздуха составило около 1 кг на квадратный сантиметр. Торможение от максимальной скорости заняло 1,4 секунды. Скорость нарастания ускорения составила 600 g в секунду, при этом пиковая перегрузка составила 40 g. Период относительно равномерного торможения составил чуть более секунды, а перегрузка в течение этого времени находилась на уровне 25 g. Полковник Стэпп испытал примерно то же, что должен испытать водитель автомобиля, въезжающий в бетонную стену на скорости около двухсот км/ч.
Как того и ожидалось, полковник перенёс этот эксперимент тяжелее, чем остальные, негативное воздействие на его организм было более длительным. Кроме обычных синяков от привязных ремней и точечных кровоподтёков от ударов песчинок о тело, у него оказались куда более серьёзные проблемы со зрением, чем ранее. По его собственным словам, после начала торможения он видел перед собой лишь пелену, переливающуюся, как рыбная чешуя, а затем его «ощущения в глазах были примерно такие же, как при удалении коренного зуба без анестезии».
Однако и на этот раз обошлось без постоянного повреждения зрения: полковник отделался большими синяками вокруг глаз, а зрение вернулось к нему полностью через восемь с половиной минут.
Сам Стэпп рассказывал: «Я не испытывал искажений зрения и ощущения ретинальных спазмов, как на базе Эдвардс в 1951 году после эксперимента, когда у меня случилось кровоизлияние в сетчатку. У меня был забит нос и околоносовые синусы, я слегка кашлял от повышенного выделения слизи в глотке, трахее и бронхах и, конечно же, у меня горели места, натёртые привязными ремнями, однако в то же время я чувствовал облегчение от того, что эксперимент завершён, и я всё же сохранил зрение».



Тот опыт, поставленный 10 декабря, и закрепил за Стэппом репутацию «самого быстрого человека на Земле». Его портрет был напечатан на обложке журнала Time. Через некоторое время пронесся слух о том, что полиция Аламогордо, штат Нью Мексико, оштрафовала Стэппа за превышение скорости. Однако судья, рассматривавший обжалование штрафа, умудрился устроить так, что якобы на самом деле оштрафован должен быть некто иной, а потом даже покрыл сумму штрафа сам из собственного кармана.

И всё же он выжил...



Синяки вокруг глаз и кровоизлияния в глаза, треснувшие рёбра и поломанные кости были частой платой Стэппа за его нелёгкий труд, однако его всегда поддерживала мысль о том, что каждый его эксперимент может спасти множество жизней. Кстати, от этих опытов пользу получили не только военные пилоты: на основании их результатов Национальная Комиссия по Безопасности Дорожного Движения сделала обязательным использование ремней безопасности, а позже – подушек безопасности в автомобилях.
«В наши дни любой, кто летает на самолёте или ездит на автомобиле, находится в большей безопасности благодаря работе полковника Стэппа, - говорит Джим Янг, главный историк испытательного центра ВВС, - хоть он и ни разу сам не пилотировал самолёт, всё равно он навсегда вошёл в историю аэрокосмических исследований настоящим героем».
Доктор Стэпп дожил до старости и умер в мире и спокойствии у себя дома в Аламогордо, Нью Мексико, в 1999 году. Ему было 89 лет.
www.cardriver.ru

Оригиналы материалов находятся на  сайтах  http://oavto.com.ua  и   http://story.d3000.futuware.ru .


Комментариев нет :

Отправить комментарий