Die Welt der Kraft- und Überlebenstests ist eine Welt, in der Menschen und Eisen herrschen. Das Testlabor im Ohio Transportation Research Center ist eine Echohalle von der Größe eines guten Hangars. Es gibt fast keinen Platz zum Sitzen und die verfügbaren Sitze sind aus blankem Metall ohne Polsterung. Der Raum ist fast leer - nur ein Stoßprüfschlitten in der Mitte und ein paar Ingenieure mit Schutzbrille, die ständig mit Kaffeetassen in den Händen auf und ab gehen. Fast das gesamte Farbschema des Raums besteht aus orangefarbenen und roten Flecken - dies sind Warnschilder und Notlichter.
Unser Verstorbener sieht fast zu Hause aus. Er trägt eine himmelblaue Unterhose (nennen wir ihn "Thema F") und kein Hemd - als würde er sich in seiner eigenen Wohnung entspannen. Er sieht sehr entspannt aus - wie es ein echter Verstorbener hätte tun sollen. Er lehnte sich in seinem Stuhl zurück, die schlaffen Hände in den Hüften. Wenn unser F am Leben wäre, wäre er jetzt ziemlich nervös. Nach ein paar Stunden drückt die Druckluft den kräftigen Kolben mit der Zartheit eines Eichenblocks direkt unter den Sitz, an dem das F festgeschnallt ist. Gleichzeitig können die Tester sowohl die Aufprallkraft als auch die Position des Stuhls anpassen, je nachdem, worauf ein bestimmtes Experiment abzielt. Heute arbeiten Ingenieure für die NASA mit der neuen Orion-Landekapsel und simulieren, wie sie vom Weltraum in den Ozean fallen würde. Herr F. spielt in diesem Experiment die Rolle eines Astronauten.
Bei Wiedereintrittsfahrzeugen ist jede Landung ein Festigkeitstest. Im Gegensatz zum Space Shuttle, das durch den Orion mit seiner Booster-Rakete ersetzt werden soll, hat diese Wiedereintrittskapsel keine Flügel oder Fahrwerke. Es kommt nicht aus dem Weltraum - es fällt einfach. (Wenn Präsident Obama den Abschluss des Constellation-Programms erreicht, besteht der einzige Zweck der Orion-Kapsel darin, einfach zu Boden zu fallen und als Rettungsboot für die Notevakuierung der ISS-Besatzung verwendet zu werden.) Diese Kapsel ist mit Triebwerken ausgestattet, die den Kurs korrigieren oder den Ausgang verlangsamen können Umlaufbahn reicht ihre Kraft jedoch nicht aus, um die Landung zu mildern. Wenn die Kapsel in die obere Atmosphäre gelangt,Sein breiter und flacher Boden verlangsamt die sich allmählich verdickende Luft. Ein großer Luftwiderstand sollte den Fall der Kapsel auf diese Geschwindigkeiten verlangsamen, wenn der Fallschirm geöffnet werden kann, ohne befürchten zu müssen, dass er bricht.
Eine humanoide Testpuppe auf der Wright-Patterson Air Force Base. Es befindet sich in einem Schlagprüfschlitten, der die Form des Orion-Kapselsitzes nachahmt.
Danach steigt die Kapsel sanft in den Ozean ab und fällt relativ sanft ins Wasser. Der Aufprall wird wie ein kleiner Verkehrsunfall sein - von 2 bis 3 g, maximal 7 g.
Um diesen letzten Schlag zu mildern, wurde die Landung auf dem Wasser gewählt, aber auch hier gibt es Schwierigkeiten. Der Ozean ist unvorhersehbar. Was ist, wenn die Kapsel zum Zeitpunkt der Landung einen Seitenaufprall von einer hohen Welle erhält? Es stellt sich heraus, dass seine Passagiere nicht nur vor Überlastungen geschützt werden müssen, die mit einem direkten vertikalen Sturz verbunden sind, sondern auch vor Seitenaufprallen und sogar vor dem Umkippen.
Aber egal welchen Trick der Ozean wirft, wir müssen sicher sein, dass die Kapselbesatzung sicher und gesund bleibt. Dazu werden hier im Forschungszentrum auf dem Schlitten eines Percussion-Prüfstands in Stühlen des Orion-Schiffes immer wieder spezielle Dummies gerollt. In letzter Zeit wurden in diesen Experimenten auch echte Leichen verwendet. Die mit Hilfe spezialisierter Dummies erhaltenen Informationen sind unzureichend. Ihr starres Design ist sehr nützlich für die Analyse von Frontal- oder Seitenaufprallen, weshalb sie bei Autoherstellern so beliebt sind. Um jedoch beurteilen zu können, wie sich der Aufprall zum Zeitpunkt der Landung auf das Knochenskelett oder die Weichteile einer Person auswirken kann, ist es für Forscher äußerst wünschenswert, Experimente an echten menschlichen Körpern durchzuführen. Sie finden sich unter denen, die für die Bedürfnisse der Wissenschaft gespendet wurden. Die hier beschriebenen Studien sind das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen drei Organisationen: einer Testeinrichtung, der NASA, und dem Trauma Biomechanics Research Laboratory der Ohio State University (OSU).
Unfälle bei NASCAR-Rennen wie das von Carl Edwards am 26. April 2009 können ein gutes Beispiel dafür sein, was Astronauten erwartet, wenn die Orion-Kapsel hart landet.
Werbevideo:
Die Lebenden und die Toten
Bei der Arbeit mit den Toten fühlen sich die NASA-Mitarbeiter etwas unbehaglich. Sie verwenden das Wort "Leiche" nicht in ihren Dokumenten. Stattdessen wurde ein Euphemismus in Umlauf gebracht - „posthumer menschlicher Gegenstand“. Leichen landen dort, wo ihre Besitzer nie davon geträumt haben - auf den Schiffen Challenger, Columbia, Apollo1. Junge Leute sehen das jedoch viel einfacher. Hier sind zwei Schüler neben Fach F, die sich unterhalten und kichern, während sie lange Drähte von Wägezellen lösen, die direkt in den Knochen von Fach F montiert sind. In ihren Augen befindet sich diese Leiche in einer Art Zwischenbereich des Lebens. Dies ist keine Person mehr, sondern auch nicht nur ein Stück lebloses Gewebe. Sie sprechen von ihm als etwas Belebtem, aber sie behandeln ihn nicht als etwas, das Schmerzen erfahren kann.
Subjekt F sitzt jetzt in einem hohen Metallstuhl neben den Stoßkolbenschienen. Yun-Seok Kang, ein Doktorand an der OSU, steht hinter ihm und verwendet einen Inbusschlüssel, um eine elektronische Einheit in Armbanduhrgröße direkt in seinen offenen Rücken zu stecken. Zusammen mit dynamischen Spannungssensoren messen diese Geräte die Kräfte, die beim Aufprall auf den Körper wirken. Kangs Handschuhe glänzen mit Fett. Es gibt viele von ihm hier, weil ihm die Finger rutschen, Kangs Arbeit läuft nicht gut. Er hat über eine halbe Stunde herumgespielt. Gleichzeitig bleibt der Tote unendlich ruhig.
Es ist also notwendig, sich auf unvorhersehbare Schläge aus jeder Richtung vorzubereiten - diese Situation hat eine gute Analogie - einen Unfall bei einem Autorennen. Im April 2009 stürzte der NASCAR-Rennfahrer Carl Edwards mit 320 km / h gegen ein anderes Auto. Sein Apparat flog in die Luft und krachte wie eine Münze, die zum Glück geworfen wurde, gegen die Wand. Danach stieg Edwards, als wäre nichts passiert, aus dem Auto und humpelte ohne Probleme von der Szene weg. Wie ist das möglich? Um einen Artikel aus dem Stapp Car Crash Journal zu zitieren: "Es geht um den richtig dimensionierten und eng umwickelten Kokon für den Piloten." Achten wir auf die Wortwahl - es heißt nicht "Sitz", sondern "Kokon". Die Aufgabe, eine Person vor unvorhersehbaren Schlägen zu retten, unterscheidet sich nicht wesentlich von der Aufgabe, eine zerbrechliche Vase zu packen und auf eine lange Reise zu zählen. Sie können nicht vorhersagen, auf welcher Seite der Lader Ihre Vase in den Rücken werfen wird.deshalb muss es von allen Seiten geschützt werden. In Rennwagen werden die Sitze für jeden Piloten maßgeschneidert. Es wird mit einem Hüftgurt, zwei Schultergurten und einem Brustgurt (zwischen den Beinen) befestigt. Das HANS-System (Head and Neck Support) verhindert, dass der Kopf nach vorne ruckelt, und vertikale Stützrollen an den Seiten des Sitzes verhindern, dass Kopf und Rücken nach links oder rechts ruckeln.
Die NASA hat kürzlich die Verwendung von Rennwagensitzen als Referenz für die Orion-Kapsel aufgegeben. Erstens fahren die Fahrer immer noch sitzend und nicht liegend. Für Astronauten, insbesondere diejenigen, die bereits einige Zeit im Weltraum verbracht haben, ist dies nicht die beste Option. Die Liegeposition ist nicht nur weniger gefährlich, sondern versichert auch gegen Bewusstlosigkeit. Wenn wir aufstehen, ziehen sich die Venen in unseren Beinen zusammen und verhindern, dass das gesamte Blut nach unten fließt. Wenn ein Astronaut mehrere Wochen in der Schwerelosigkeit verbringt, wird dieser Abwehrmechanismus einfach ausgeschaltet. Hier gibt es jedoch ein anderes Problem. "Wir haben den Sitz des Rennwagens auf den Rücken gelegt, die Testperson hineingelegt und ihn gebeten, alleine aufzustehen", sagt Dustin Homert, NASA-Experte für das Überleben der Besatzung. "Der Typ fühlte sich wie eine Schildkröte auf dem Rücken."
Es gab auch Bedenken, dass das komplizierte Sicherheitsgurtsystem, das bei Rennen wie NASCAR verwendet wird, das Freigabeverfahren erheblich verzögern könnte und der Astronaut die Orion-Kapsel nicht rechtzeitig verlassen könnte. Um dieses Problem zu lösen, führten Homert und Kollegen mehrere Experimente mit Standard-Autotestpuppen durch, bei denen nur Kopfbänder verwendet wurden. Homert schlug vor, dass ich fotografiere, wie sich diese Mannequins in gewöhnlichen Kleidern aus dem Supermarkt verhalten. Arme Schaufensterpuppen! Homert blättert in Zeitlupe durch das Video und erklärt: „Hier bleibt der Kopf an Ort und Stelle und der ganze Körper bewegt sich vorwärts. Wir hatten bereits Angst, dass der Dummy komplett verwöhnt wird. Als Kompromiss wurde eine Variante mit vereinfachten Schultergurten gewählt.
Und hier ist eine weitere Herausforderung für den Astronauten. An seinem Raumanzug sind ein paar Schläuche angebracht - Luftkanäle, Armaturen, Kabel, Schalter und Stecker. Es ist darauf zu achten, dass die harten Teile des Raumanzugs bei einer harten Landung die Weichteile des Astronauten nicht beschädigen. Zu diesem Zweck wurde "Subjekt F" in eine Art Nachahmung eines Raumanzugs gekleidet - viele verschiedene Ringe wurden mit Klebeband an verschiedenen Stellen seines Halses, seiner Schultern und Hüften an ihn geklebt. Diese Ringe sollten die Flexibilität oder die in den Anzug eingenähten Nähte nachahmen. Ein weiteres Problem beunruhigt die Tester: Bei einer Landung auf der Seite kann einer der Ringe des Flexibilitätssystems des Raumanzugs (der dem Astronauten eine ausreichende Beweglichkeit bietet) an der seitlichen Stützrolle anliegen und ihn mit einer solchen Kraft in den Arm drücken, dass sogar ein Knochenbruch möglich ist.
Das Sitzen von Subjekt F in einem Stuhl, der auf einem Schlagschlitten montiert ist, ist nicht einfach. Stellen Sie sich vor, Sie bringen einen toten betrunkenen Freund in ein Taxi. Zwei Schüler unterstützen F an den Hüften und einer an der Rückseite. F liegt mit erhobenen gebeugten Beinen - eine Person liegt ungefähr genauso, wenn die Hinterbeine ihres Stuhls plötzlich gebrochen sind. Der Prozess wird von John Bolt, dem Trauma Biomechanics Laboratory der OSU, geleitet. Er ruft den Schülern zu: "Eins, zwei, drei!" Der Kolbenschieber ist auf die rechte Seite von "Subjekt F" gerichtet, dh über die normale Bewegung. Dies ist die gefährlichste aller Richtungen.
Wenn der ungesicherte Kopf von einer Seite zur anderen schwingt, baumelt das Gehirn im Schädel. Diese sehr empfindliche Substanz wird während eines solchen Schlags periodisch zusammengedrückt und gedehnt. Ein schwerer Nebeneffekt kann zu Hirnverletzungen, Blutungen, Ödemen und letztendlich zu Koma und Tod führen.
Ähnliche Dinge passieren dem Herzen. Ein Herz voller Blut kann dreihundert Gramm wiegen. Es gibt viel Platz und bei einem Seitenaufprall kann es frei von einer Seite zur anderen schwingen und die Aorta ziehen. Wenn ein schweres Herz zu stark an der Aorta zieht, können sie sich voneinander entfernen. "Bruch der Aorta" - das ist Homerts Urteil.
Und jetzt ist "Thema F" fertig. Wir gingen nach oben, um zu beobachten, was vom Bedienfeld aus geschah. Ein Meer von Lichtern flammte auf und es gab ein lautes Seufzen. Nichts zu dramatisch. Da hier die Druckluft die ganze Arbeit erledigt, ist der Aufprallschlittentest überraschend leise und ohne Crashgeräusche. Außerdem geht alles so schnell, dass Sie mit Ihrem Auge kaum etwas bemerken. Der gesamte Prozess wird mit extrem hoher Bildrate gefilmt. Dann kann dies alles in Zeitlupe sorgfältig untersucht werden.
Wir klammerten uns an den Bildschirm. Der Arm von Subjekt F wird unter den Schultergurt gehoben - genau dort, wo der zusätzliche Brustgurt entfernt wurde. Es scheint, als ob die Hand ein zusätzliches Gelenk hat und sich dort biegt, wo sich die Hand nicht biegen soll. "Das ist nicht gut", hört man einen Kommentar.
Proband F erhielt einen Treffer entsprechend 12-15 g. Dies ist genau die Linie, in der schwere Verletzungen fast unvermeidlich sind. Die Höhe des Schadens, den das Opfer erleidet, hängt nicht nur von der Schlagkraft ab, sondern auch vom Zeitpunkt der Exposition. Und die Beschleunigung selbst hängt auch von der Zeit ab, die zum Anhalten benötigt wird. Wenn beispielsweise ein Auto nach dem Aufprall auf eine Wand abrupt anhält, kann der Fahrer in Sekundenbruchteilen eine Überlastung von 100 g überwinden. Wenn dasselbe Auto eine zerknitterte Motorhaube hat (und heutzutage ist ein solches Sicherheitsmerkmal keine Seltenheit mehr), wird das Bremsen im Laufe der Zeit verlängert und die Spitzenlast erreicht beispielsweise nur zehn g. Diese Option lässt viele Überlebenschancen.
Die Schüler legen das Fach F auf eine Trage und laden es in einen Van. Im OSU Medical Center wird es gescannt und geröntgt. Ausdrucke, Röntgenbilder und dann Autopsieergebnisse zeigen alle durch den Aufprall verursachten Schäden und tragen zum allgemeinen Wissensbestand bei, der zukünftigen Astronauten hilft, das Schicksal von "Subjekt F" auf dem Stuhl ihres Raumfahrzeugs nicht zu wiederholen.
© 2010 Mary Roach. Auszug aus Packing for Mars: Die neugierige Wissenschaft vom Leben in der Leere, veröffentlicht am 2. August 2010 von WWNorton. Übersetzt von Andrey Rakin.
Mary Roach
