Джон Пол Стапп: Пионер исследований перегрузок и безопасности человека.

Введение

Американский ученый

Джон Пол Стапп (11 июля 1910 – 13 ноября 1999) был американским офицером ВВС США, авиационным хирургом, врачом, биофизиком и пионером в изучении влияния ускорений на организм человека. Он был коллегой и современником Чака Йегера и стал известен как "самый быстрый человек на Земле". Его работа над проектом Manhigh заложила основу для многих разработок американской космической программы. Его первое задание включало серию полетов, в ходе которых он испытывал различные системы подачи кислорода в негерметичных самолетах на высоте 40 000 футов (12,2 км). Одной из основных проблем при полетах на большой высоте была опасность декомпрессионной болезни, или "кессонной болезни". Работа Стаппа решила эту проблему, а также многие другие, что позволило создать следующее поколение высотных самолетов и разработать технику десантирования HALO. В марте 1947 года он был назначен в проект по исследованию замедления. В 1967 году ВВС США направили Стаппа в Национальное управление безопасностью дорожного движения для проведения исследований в области автомобильной безопасности. В 1970 году он вышел в отставку из ВВС США в звании полковника.

Работа над эффектами ускорения

Уже в 1945 году специалисты осознали необходимость всестороннего и контролируемого изучения влияния перегрузок при замедлении на человеческий организм. Это привело к разработке основополагающих концепций, которые могли быть применены для повышения безопасности пассажиров самолетов при авариях. Начальным этапом программы, разработанной Аэромедицинской лабораторией Центра разработки авиации Райта, стала разработка оборудования и измерительных приборов. Это было сделано для имитации авиакатастроф и изучения прочности сидений и систем крепления. Также стало возможным моделирование переносимости человеком перегрузок при имитируемых авиакатастрофах. Первый запуск ракетных саней состоялся 30 апреля 1947 года с балластом. Сани сошли с рельсов. Первый запуск с участием человека состоялся в декабре того же года. Измерительное оборудование на первых запусках находилось в стадии разработки, и лишь к августу 1948 года оно было достаточно точным для начала регистрации данных. К августу 1948 года было выполнено шестнадцать запусков с участием людей, все – в положении спиной вперед. Запуски лицом вперед начались в августе 1949 года. Большинство ранних испытаний проводились для сравнения стандартных авиационных ремней безопасности с серией модифицированных систем. Целью было определить, какая система обеспечивает наилучшую защиту пилота. К 8 июня 1951 года на санях-тормозах было выполнено 74 запуска с участием людей, 19 – с испытуемыми, расположенными спиной вперед, и 55 – лицом вперед. Стапп, один из наиболее частых добровольцев, дважды получил перелом правой кисти во время запусков, также сломал ребра, потерял пломбы из зубов и развил кровоизлияние в сетчатку глаза, вызвавшее временную потерю зрения; в одном из запусков он выдержал перегрузки до 38g. Исследования Стаппа, проведенные на санях-тормозах, оказали глубокое влияние как на гражданскую, так и на военную авиацию. Например, концепция сидений, обращенных назад, известная и ранее, получила мощный импульс благодаря программе исследований аварий. Было доказано, что это положение является наиболее безопасным для пассажиров самолетов и требует минимальной поддержки со стороны ремней безопасности. Стапп достиг скорости, превышающей рекорд скорости на суше, и стал самым быстрым человеком на Земле. Стапп полагал, что предел переносимости человеком перегрузок еще не достигнут в ходе испытаний. Он считал, что этот предел значительно выше, чем предполагалось. Он говорил: "Я почувствовал ощущение в глазах, похожее на удаление зуба без анестезии", но его выживание без серьезных травм способствовало разработке дальнейших технологий безопасности, включая катапультируемое кресло. Стапп также разработал усовершенствованную версию плечевых и поясных ремней безопасности в качестве дополнительной меры предосторожности. Новая высокопрочная система выдерживала перегрузки в 45,4g (445 м/с²), по сравнению с 17g (167 м/с²), которые была способна выдержать старая комбинация. По сути, новая пилотская система безопасности включала в себя дополнительный перевернутый V-образный ремень, пересекающий бедра пилота, к стандартному поясному и плечевому ремням. Ножные, плечевые ремни и поясной ремень крепились в одной точке, и давление равномерно распределялось по более прочным участкам тела, а не на солнечное сплетение, как это было в старой системе.

As early as 1945, service personnel realized the need for a comprehensive and controlled series of studies into the effects of deceleration on the human body. This led to fundamental concepts that could be applied to better safeguard aircraft occupants during a crash. The initial phase of the program, as set up by the Aero Medical Laboratory of the Wright Air Development Center, was to develop equipment and instrumentation. This was so aircraft crashes might be simulated, and to study the strength factors of seats and harnesses. Human tolerance to the deceleration encountered in simulated aircraft crashes could also be simulated. The first run on the rocket sled took place on 30 April 1947 with ballast. The sled ran off the tracks. The first human run took place the following December. Instrumentation on all the early runs was in the developmental stage, and it was not until August 1948 that it was adequate to begin recording. By August 1948, sixteen human runs had completed, all in the backward facing position. Forward facing runs started in August 1949. Most of the earlier tests ran to compare the standard Air Force harnesses with a series of modified harnesses. This was to determine which type gave the best protection to the pilot. By June 8, 1951, 74 human runs had been made on the decelerator, 19 with the subjects in the backward position, and 55 in the forward position. Stapp, one of the most frequent volunteers on the runs, sustained a fracture of his right wrist during the runs on two separate occasions, also broke ribs, lost fillings from his teeth and developed bleeding into his retinas that caused temporary vision loss; in one run he survived forces up to 38 g.

Stapp's research on the decelerator had profound implications for both civilian and military aviation. For instance, the backward facing seat concept, which was known before, was given great impetus by the crash research program. It proved beyond a doubt that this position was the safest for aircraft passengers and required little harness support, Stapp reached a speed of , which broke the land speed record and made him the fastest man on Earth. Stapp believed that the tolerance of humans to acceleration had not yet been reached in tests. He believed it is much greater than thought possible. He said "I felt a sensation in the eyes, somewhat like the extraction of a molar without anesthetic," but his survival without any permanent injuries supported the development of further safety technologies including the ejection seat. Also developed by Stapp as an added safety measure was an improved version of the currently used shoulder strap and lap belt. The new high strength harness withstood 45.4 g (445 m/s²), compared to the 17 g (167 m/s²), which was the limit that could be tolerated with the old combination. Basically, the new pilot harness added an inverted "V" strap crossing the pilot's thighs added to the standard lap belt and shoulder straps. The leg and shoulder straps and the lap belt all fastened together at one point, and pressure was distributed evenly over the stronger body surfaces, rather than on the solar plexus, as was the case with the old harness.

Эксперименты с ветром

Стапп также участвовал в экспериментах с воздушными потоками, в ходе которых он летал на реактивных самолетах на высоких скоростях, чтобы выяснить, безопасно ли пилоту оставаться в самолете, если фонарь кабины случайно сорвет. Стапп оставался в своем самолете на скорости с открытым фонарем и не получил никаких травм от воздушных потоков. Среди этих экспериментов был один из первых высотных прыжков с парашютом, выполненный лично Стаппом. Он также руководил исследовательскими программами в области человеческого фактора при покидании самолета.

Закон Стаппа

Штапп был страстным коллекционером афоризмов и поговорок, вел журнал для их записи, и эта практика распространилась на всю его рабочую группу. В 1992 году он опубликовал сборник этих высказываний. Стаппа считают популяризатором и автором окончательной формулировки принципа, известного как закон Мерфи: "Всё, что может пойти не так, пойдёт не так". Стаппу приписывают создание закона Стаппа (или ироничного парадокса Стаппа) в ходе работы над проектом. Он гласит: "Всеобщая склонность к некомпетентности делает любое человеческое достижение невероятным чудом".

Награды

В 1957 году он был удостоен медали Горгаса от Ассоциации военных хирургов США (AMSUS). В 1973 году Стапп был награжден медалью Эллиотта Крессона Института Франклина. В 1979 году Стапп был введен в Международный зал славы космонавтики. Музей космической истории штата Нью-Мексико, где располагается Международный зал славы космонавтики, включает в себя аэрокосмический парк имени Джона П. Стаппа, в котором экспонируется Sonic Wind No. 1 – ракетосани, на которой совершал заезды Стапп. В 1985 году Стапп был введен в Национальный зал славы авиации за вклад в обеспечение авиационной безопасности. В 1991 году Стапп был удостоен Национальной медали в области технологий "за исследования влияния механических сил на живые ткани, приведшие к разработкам в области технологий защиты при авариях". В 2012 году, спустя 13 лет после его смерти, Стапп был награжден премией "Пионеры космоса и ракетной техники" Военно-воздушных сил. Эта награда присуждается за значительный вклад в историю космических и ракетных программ ВВС.

Поздние годы

За несколько лет до своей смерти Стапп занимал должность президента Исследовательского института Нью-Мексико, расположенного в Аламогордо, штат Нью-Мексико, и был председателем ежегодной конференции по исследованию автомобильных столкновений имени Стаппа. На этой конференции изучаются автомобильные аварии и разрабатываются способы повышения безопасности автомобилей. Помимо этого, Стапп являлся почетным председателем Фонда Стаппа, который поддерживается компанией General Motors и предоставляет стипендии студентам, обучающимся на автомобильных инженеров. Стапп скончался у себя дома в Аламогордо в возрасте 89 лет.