G -suit , или анти- g костюм , — это летный костюм, который носят летчики и астронавты , которые подвергаются воздействию высоких уровней ускорения ( g ). Он предназначен для предотвращения потери сознания и потери сознания из-за перегрузки , вызванной скоплением крови в нижней части тела при ускорении, что приводит к отсутствию притока крови к мозгу. [1] Потеря сознания и потеря сознания из-за перегрузки стали причиной ряда фатальных авиакатастроф. [2]
Если кровь скапливается в нижних частях тела, мозг будет лишен крови. Этот недостаток притока крови к мозгу сначала вызывает серость ( затемнение зрения, также называемое браунаутом), затем туннельное зрение и в конечном итоге полную потерю зрения «блэкаут», за которым следует потеря сознания, вызванная перегрузками, или «g-LOC». Опасность g-LOC для пилотов самолетов увеличивается, потому что при ослаблении перегрузки наступает период дезориентации, прежде чем полностью восстанавливается ощущение. Перегрузочный костюм не так сильно увеличивает порог перегрузки, но позволяет дольше выдерживать высокую перегрузку без чрезмерного физического утомления. Переносимость перегрузки в состоянии покоя у типичного человека составляет от 3 до 5 g в зависимости от человека. Перегрузочный костюм обычно добавляет 1 g переносимости к этому пределу. Пилотам по-прежнему необходимо практиковать «маневр перегрузки», который заключается в напряжении мышц живота для сужения кровеносных сосудов с целью уменьшения скопления крови в нижней части тела. Высокая перегрузка некомфортна, даже в противоперегрузочном костюме. В старых истребителях перегрузка в 6 g считалась высокой, но в современных истребителях перегрузка в 9 g и более может быть выдержана структурно [ требуется ссылка ], что делает пилота критическим фактором в поддержании высокой маневренности в ближнем воздушном бою . [ требуется ссылка ]
G-костюм — это специальная одежда, которая обычно имеет форму плотно облегающих брюк , которые надеваются либо под, либо поверх (в зависимости от конструкции) летного костюма, который носит летчик или астронавт. Брюки снабжены надувными камерами, которые при нагнетании давления через клапан , чувствительный к перегрузкам в самолете или космическом корабле, плотно прижимаются к животу и ногам, тем самым ограничивая отток крови от мозга в периоды сильного ускорения. Кроме того, в некоторых современных самолетах с очень высокой перегрузкой эффект костюма Anti-G усиливается небольшим давлением, приложенным к легким ( дыхание с положительным давлением ), что также повышает устойчивость к высокой перегрузке. Эффект костюмов Anti-G и дыхания с положительным давлением легко воспроизвести на симуляторе, хотя в таких устройствах, как центрифуги, можно искусственно создать только непрерывную перегрузку . [3]
Были разработаны различные конструкции костюмов для защиты от перегрузок. Сначала они использовали наполненные водой пузыри вокруг нижней части тела и ног. Более поздние конструкции использовали воздух под давлением для надувания пузырей. Эти костюмы для защиты от перегрузок были легче версий, заполненных жидкостью, и до сих пор широко используются. Однако швейцарская компания Life Support Systems AG и немецкая Autoflug объединились для разработки нового костюма Libelle для использования с самолетом Eurofighter Typhoon , который возвращается к жидкости в качестве среды и улучшает характеристики. Костюм Libelle рассматривается для принятия ВВС США . [4]
Еще в 1917 году были зафиксированы случаи потери сознания пилотами из-за перегрузки (G-LOC), которые назывались «обмороками в воздухе». [5] [6]
Признание того, что крутые повороты, необходимые пилотам скоростных самолетов Королевских ВВС , участвовавшим в гонках на Кубок Шнайдера 1920-х годов , вызывали потерю сознания, привело к ограничению использования 4G, чтобы ограничить их «серой потерей зрения» лишь с частичной потерей зрения. [7]
В 1931 году профессор физиологии Фрэнк Коттон из Сиднейского университета описал новый способ определения центра тяжести человеческого тела. Это позволило описать смещение массы внутри тела под действием ускорения. [8] Коттон осознал необходимость антигравитационного костюма во время битвы за Британию в 1940 году . Было подсчитано, что 30% смертей пилотов были вызваны несчастными случаями, включая потерю сознания. В частности, истребители Supermarine Spitfire были способны совершать быстрые повороты, создающие высокие перегрузки, вызывающие потерю сознания при пикировании для стрельбы или избегания огня противника. [9]
С развитием более скоростных истребителей-монопланов в конце 1930-х годов силы ускорения во время боя стали более серьезными. [6] [10] Еще в 1940 году некоторые самолеты имели подставки для ног над педалями руля направления, чтобы ступни и ноги пилота могли быть подняты во время боя в попытке минимизировать негативные эффекты поворотов на высокой скорости. Большие отклонения руля направления часто не были необходимы во время таких маневров, но возможность врезаться в радиус поворота противника была. [ необходима цитата ]
В 1938 году Уилбур Р. Фрэнкс предложил систему, заполненную водой, и в отсутствие государственного финансирования он построил прототип — размером с себя — с частным финансированием, но его работа была ограничена доступностью подходящего самолета. В 1940 году Великобритания предоставила Supermarine Spitfire для помощи в его исследованиях. [7] Первые противоперегрузочные костюмы [11] были разработаны группой под руководством Фрэнкса в Медицинском институте Бантинга и Беста при Университете Торонто в 1941 году. [12] Костюмы были изготовлены компанией Dunlop и впервые использованы в 1942 году пилотами 807-й эскадрильи ВВС флота (FAA), летавшими на Supermarine Seafire во время вторжения в Северную Африку в рамках операции «Факел » [13] . Эти устройства использовали наполненные водой пузыри вокруг ног; были разработаны две версии Marks :
Использование костюма Королевскими ВВС было ограничено, поскольку существовали опасения, что пилоты превысят пределы нагрузки своих самолетов и смогут раскрыть его существование противнику. [7]
Профессор Фрэнк Коттон из Сиднейского университета, Австралия , разработал первый успешный противоперегрузочный костюм, работающий на газе. [14] Исследования начались в конце 1940 года, и был разработан костюм с резиновыми мешками, покрытыми снаружи нерастяжимым материалом. Мешки автоматически надувались, когда силы G увеличивались во время полета. Костюм был разработан в Сиднейской медицинской школе. Коттон построил первую человеческую центрифугу в здании Андерсона Стюарта в Сиднейском университете в условиях строгой безопасности военного времени. Добровольцы, молодые летчики, были привязаны за ноги к центрифуге и подвергались воздействию высокой силы перегрузки и находились под наблюдением до тех пор, пока не наступала потеря сознания. Все потеряли сознание. 19 февраля 1942 года, в день крупной японской бомбардировки Дарвина , костюм Коттона был одобрен военными лидерами союзников. Вскоре американцы отдали приказ на изготовление костюма на основе конструкции Коттона. [15] Костюм Cotton позже был испытан в полете на Hurricane, Kittyhawk и Spitfire и обеспечивал защиту около 2G. Он был исследован физиологической лабораторией RAF, а Королевские ВВС провели конкурентные испытания костюма Cotton Anti-G с костюмом Frank G-Suit, который уже был принят на вооружение в 1944 году. Костюм Franks был автономным, контракты на производство были подготовлены, и не было достаточных мощностей для разработки обоих одновременно, поэтому RAF не смогли взять его на себя, но рекомендовали RAAF сделать это. [7] Королевские ВВС пришли к выводу, что: «Нет сомнений, что костюм Cotton дает наилучшую защиту». Использование костюма Cotton надувных камер с газом все еще используется в современных костюмах Anti-G. [14]
В Соединенных Штатах физиологи доктора Эрл Х. Вуд , Эдвард Балдес, Чарльз Код и Эдвард Х. Ламберт , работая в сверхсекретной исследовательской лаборатории в клинике Майо , помогли определить конкретные физиологические эффекты, вызывающие потерю сознания и потерю сознания во время высоких перегрузок. Основываясь на своем новом понимании физиологических эффектов высоких перегрузок, они разработали более практичный костюм с перегрузкой, созданный на основе работы Коттона и Фрэнкса. Этот костюм использовал надувание, как и костюм Коттона. Хотя дизайн профессора Коттона был интригующим, он был больше сосредоточен на центре тяжести, чем на кровотоке. Этот последний момент был ключом к созданию практичного костюма с защитой от перегрузок, который можно было бы носить в бою. [12] Этот костюм носили американские пилоты к концу Второй мировой войны. [11] [16] [17] [18] [19]
Исследователи были частью команды, собранной в клинике Майо, которая исследовала влияние высокопроизводительного полета на военных летчиков, изучая физиологические эффекты полета и способы их смягчения. Они использовали большую центрифугу , чтобы кружить гонщиков и наблюдать за их кровяным давлением на уровне головы и сердца с помощью специальных инструментов. Чтобы предотвратить падение кровяного давления, команда разработала костюм с воздушным пузырем, который надувал икры, бедра и живот пилота. [20] Основной вклад, позволивший перейти от пульсирующих наполненных водой пузырей к непульсирующим наполненным воздухом пузырям, сделанный исследователями Майо, заключался в том, чтобы показать, что для поддержания перфузии глаз и мозга требуется поддержание артериального давления, а не венозного возврата . [21] Прототипы костюмов GPS были известны как «артериальный окклюзионный костюм» (AOS) или костюм Кларка-Вуда, названный в честь Вуда и Дэйва Кларка (главы компании Дэйва Кларка, которая изготовила первые костюмы для команды в Майо) [22]
Их усилия в конце концов увенчались выпуском первой военной разработки США в конце 1943 года: противоперегрузочного костюма G-1 типа GPS (Gradient Pressure Suit) для летчиков-истребителей. [23] Впоследствии команда работала над разработкой дальнейших, более совершенных моделей в 1944 году и позже. [23]
Хотя использование противоперегрузочных костюмов было неудобным и отвлекающим, более поздние исследования показали, что военные летчики-истребители, которые носили противоперегрузочные костюмы, выживали и побеждали своих противников в большем количестве, чем те, кто этого не делал. [19]
Современные противоперегрузочные костюмы соответствуют стандарту ВВС США CSU-13B/P и стандарту ВМС США CSU 15 A/P.
Во время Второй мировой войны немецкий Henschel Hs 132 (никогда не летал) и американский Northrop XP-79 (разбился в первом же полете с двигателем) имели положения для пилотирования лежа, чтобы минимизировать скопление крови в ногах. [24] После 1945 года британцы экспериментировали с положениями для пилотирования лежа на сильно модифицированном реактивном истребителе Gloster Meteor F8 и поршневом учебном самолете Reid and Sigrist RS3 "Bobsleigh". Однако другие трудности, связанные с пилотированием лежа и разработкой практичных костюмов для перегрузки для обычных положений сидя, прекратили эти эксперименты.
Существует похожая концепция — кабина в горизонтальном положении .
Воздушные противоперегрузочные костюмы были широко распространены в самолетах НАТО всех стран с 1950-х годов и до сих пор широко используются. [ необходима цитата ]
Более поздние реактивные самолеты, такие как McDonnell Douglas F-15 Eagle , General Dynamics F-16 Fighting Falcon , Boeing F/A-18 Super Hornet , Eurofighter Typhoon и Dassault Rafale, могут выдерживать высокие перегрузки в течение более длительного времени, и поэтому требуют больших физических усилий. Используя современный костюм для перегрузки в сочетании с методами борьбы с перегрузками , от подготовленного пилота теперь ожидается, что он сможет выдерживать перегрузки до девяти g без потери сознания. [ требуется цитата ]
Астронавты носят перегрузочные костюмы, похожие на летные, но сталкиваются с другими проблемами из-за эффектов микрогравитации . Летные перегрузочные костюмы оказывают равномерное давление на голени, чтобы минимизировать эффекты высокого ускорения, но исследования Канадского космического агентства [25] показывают, что может быть полезно иметь костюм для астронавтов , который использует «доящее действие» для увеличения притока крови к верхней части тела. [ необходима цитата ]
Пилоты чемпионата мира Red Bull Air Race носят костюм-перегрузку под названием g-Race Suit с сезона 2009 года. Костюм-перегрузку представляет собой заполненную жидкостью (водой), автономную и независимую от самолета систему защиты всего тела от перегрузок. Он изготавливается индивидуально для каждого пилота и может быть точно отрегулирован с помощью шнуровки. [ необходима цитата ]
Костюм g-race содержит четыре так называемых «жидкостных мышцы», которые представляют собой герметичные, заполненные жидкостью трубки. Каждая жидкостная мышца простирается от плеча до лодыжки. Две жидкостные мышцы — каждая заполнена примерно 1 литром жидкости, в общей сложности около 4 литров (1,1 галлона США) на костюм g-race — направлены вертикально на передней стороне костюма g-race и две направлены вертикально на задней стороне костюма g-race. Костюм весит в среднем 6,5 килограммов (14 фунтов) в общей сложности, а его ткань изготовлена из специальной смеси Twaron и Nomex . Эффект противодавления происходит мгновенно, без какой-либо задержки по сравнению с задержкой до двух секунд перед достижением полной защиты системы в стандартных пневматических, надувных костюмах g-race. Пилот гонки использует костюм g-race интерактивно, напрягая мышцы и дыша, чтобы достичь улучшенного сердечного выброса и, таким образом, улучшенной защиты от перегрузок. [26]
