De wereld van krachttests en overleving is een wereld waarin mensen en ijzer heersen. Het testlaboratorium van het Ohio Transportation Research Center is een galmende hal ter grootte van een goede hangar. Er is bijna nergens om te zitten, en de beschikbare stoelen zijn van blank metaal zonder enige bekleding. De kamer is bijna leeg - alleen een bumptestslee in het midden geïnstalleerd, en een paar ingenieurs met een veiligheidsbril die constant op en neer ijsberen, koffiemokken in hun handen. Bijna het hele kleurenschema van de kamer bestaat uit oranje en rode vlekken - dit zijn waarschuwingsborden en noodverlichting.
Onze overledene lijkt bijna thuis. Hij draagt (laten we hem "onderwerp F" noemen) een hemelsblauwe onderbroek en geen shirt - alsof hij aan het relaxen is in zijn eigen appartement. Hij ziet er echt diep ontspannen uit - zoals een echte overledene zou moeten hebben. Hij viel languit in zijn stoel, zijn slappe handen op zijn heupen. Als onze F nog leefde, zou hij nu behoorlijk zenuwachtig zijn. Na een paar uur duwt de samengeperste lucht de forse zuiger, met de tederheid van een eikenhouten blok, recht onder de stoel waaraan de F is vastgemaakt. Tegelijkertijd kunnen de testers zowel de kracht van de impact als de positie van de stoel aanpassen, afhankelijk van waar een bepaald experiment op is gericht. Tegenwoordig werken ingenieurs voor NASA met de nieuwe Orion-landingscapsule, waarmee ze simuleren hoe deze vanuit de ruimte in de oceaan zou vallen. Meneer F speelt in dit experiment de rol van astronaut.
Bij terugkeervoertuigen is elke landing een krachttest. In tegenstelling tot de spaceshuttle, die vervangen gaat worden door de Orion met zijn booster-raket, heeft deze terugkeercapsule geen vleugels of landingsgestel. Het komt niet uit de ruimte - het valt gewoon. (Als president Obama erin slaagt het Constellation-programma af te sluiten, zou het enige doel van de Orion-capsule zijn om gewoon op de grond te vallen en als reddingsboot te worden gebruikt voor de noodevacuatie van de bemanning van het ISS.) hun baan is echter niet genoeg om de landing te verzachten. Wanneer de capsule de bovenste atmosfeer binnengaat,zijn brede en vlakke bodem zal de geleidelijk verdikkende lucht vertragen. Grote weerstand zou de val van de capsule moeten vertragen tot die snelheden wanneer het mogelijk zal zijn om de parachute te openen zonder bang te hoeven zijn dat deze zal breken.
Een humanoïde testpop op de luchtmachtbasis Wright-Patterson. Het zit in een impacttestslede die de vorm van de stoel in de Orion-capsule nabootst.
Daarna zakt de capsule soepel in de oceaan en valt relatief zachtjes in het water. De impact zal zijn als een klein verkeersongeval - van 2 tot 3 g, maximaal 7 g.
Om deze laatste klap te verzachten is gekozen voor de landing op het water, maar ook hier zijn er moeilijkheden. De oceaan is onvoorspelbaar. Wat als de capsule op het moment van de landing een zijwaartse botsing krijgt van een hoge golf? Het blijkt dat zijn passagiers niet alleen bescherming nodig hebben tegen overbelasting die gepaard gaat met een directe verticale val, maar ook tegen zijdelingse botsingen en zelfs tegen ondersteboven vallen.
Maar welke truc de oceaan ook uithaalt, we moeten er zeker van zijn dat de capsulebemanning veilig en gezond blijft. Hiervoor worden hier, in het onderzoekscentrum, speciale dummy's keer op keer gerold op de slee van een percussietestopstelling in stoelen van het Orion-schip. Onlangs zijn bij deze experimenten ook echte lijken gebruikt. De informatie verkregen met behulp van gespecialiseerde dummy's is onvoldoende. Hun rigide ontwerp is erg handig voor het analyseren van frontale of zijdelingse botsingen, en daarom zijn ze zo populair bij autofabrikanten. Maar om te evalueren hoe de impact op het moment van landen kan werken op het botskelet of de zachte weefsels van een persoon, is het zeer wenselijk dat onderzoekers experimenten uitvoeren op echte menselijke lichamen. Ze zijn te vinden onder degenen die zijn geschonken aan de behoeften van de wetenschap. De hier beschreven onderzoeken zijn het resultaat van een samenwerking tussen drie organisaties: een testfaciliteit, NASA, en het Trauma Biomechanics Research Laboratory van de Ohio State University (OSU).
Ongelukken bij NASCAR-races zoals die van Carl Edwards op 26 april 2009 zijn een goed voorbeeld van wat astronauten te wachten staat als de Orion-capsule hard landt.
Promotie video:
De levenden en de doden
Bij het werken met de doden voelen NASA-medewerkers zich een beetje ongemakkelijk. Ze gebruiken het woord "lijk" niet in hun documenten. In plaats daarvan werd een eufemisme in omloop gebracht - "postuum menselijk object". Dode lichamen komen terecht waar hun eigenaren nooit hadden kunnen dromen: op de schepen Challenger, Columbia, Apollo1. Jonge mensen kijken hier echter veel gemakkelijker naar. Hier zijn twee studenten naast proefpersoon F die chatten en grinniken terwijl ze lange draden ontwarren van weegcellen die precies in de botten van proefpersoon F zijn gemonteerd. In hun ogen bevindt dit lijk zich in een soort tussengebied van het leven. Dit is niet langer een persoon, maar ook niet zomaar een stukje levenloos weefsel. Er wordt over gesproken als iets levendigs, maar het wordt niet behandeld als iets dat pijn kan ervaren.
Proefpersoon F zit nu in een hoge metalen stoel naast de schokdemperrails. Yun-Seok Kang, een afgestudeerde student aan OSU, staat achter hem en gebruikt een inbussleutel om een elektronische eenheid ter grootte van een polshorloge recht in zijn open rug te passen. Samen met dynamische stresssensoren meten deze apparaten de krachten die bij een botsing op het lichaam inwerken. De handschoenen van Kang zijn glanzend van vet. Er zijn veel van hem hier, door zijn vingers glijden, gaat het werk van Kang niet goed. Hij is al meer dan een half uur aan het rommelen. Tegelijkertijd blijft de dode man oneindig kalm.
Het is dus noodzakelijk om je voor te bereiden op onvoorspelbare slagen vanuit elke richting - deze situatie heeft een goede analogie - een ongeval in een autorace. In april 2009 crashte NASCAR-racer Carl Edwards tegen een andere auto terwijl hij met 320 km / u vloog. Zijn apparaat vloog de lucht in en tuimelde, als een munt die voor geluk werd gegooid, tegen de muur. Daarna stapte Edwards, alsof er niets was gebeurd, uit de auto en strompelde zonder problemen weg van het toneel. Hoe is dit mogelijk? Om een artikel uit het Stapp Car Crash Journal te citeren: "Het draait allemaal om de juiste maat en strak omwikkelde cocon voor de piloot." Laten we aandacht besteden aan de woordkeuze - er staat niet "stoel", maar "cocon". De taak om een persoon te redden van onvoorspelbare slagen verschilt niet veel van de taak om een kwetsbare vaas in te pakken, rekening houdend met een lange reis. Je kunt niet voorspellen aan welke kant de lader je vaas naar achteren zal gooien,daarom moet het van alle kanten worden beschermd. Bij racewagens worden de stoelen voor elke piloot op maat gemaakt. Het wordt vastgemaakt met een heupband, twee schouderbanden en een borstband (gaat tussen de benen). Het HANS-systeem (Head and Neck Support) voorkomt dat het hoofd naar voren schuift, en verticale steunrollen aan de zijkanten van de stoel voorkomen dat het hoofd en de rug naar links of rechts schokken.
NASA heeft onlangs het gebruik van raceautostoelen als referentie voor de Orion-capsule afgeschaft. Ten eerste rijden de renners nog steeds zittend, niet liggend. Voor astronauten, vooral degenen die al enige tijd in de ruimte hebben doorgebracht, is dit niet de beste optie. De liggende positie is niet alleen minder gevaarlijk, maar verzekert ook tegen verlies van bewustzijn. Als we opstaan, worden de aderen in onze benen strakker en wordt voorkomen dat al het bloed naar beneden stroomt. Als een astronaut enkele weken zonder zwaartekracht doorbrengt, wordt dit verdedigingsmechanisme gewoon uitgeschakeld. Er is hier echter nog een ander probleem. "We hebben de stoel van de raceauto achterop gezet, de proefpersoon erin gezet en hem gevraagd om alleen te gaan staan", zegt Dustin Homert, NASA's survival-expert voor de bemanning. "De man voelde zich als een op zijn rug gekeerde schildpad."
Er waren ook zorgen dat het ingewikkelde veiligheidsgordelsysteem dat wordt gebruikt op races zoals NASCAR de vrijgaveprocedure aanzienlijk zou vertragen en dat de astronaut de Orion-capsule niet op tijd zou kunnen verlaten. Om dit probleem aan te pakken, hebben Homert en collega's verschillende experimenten uitgevoerd met standaard autotestdummy's met alleen hoofdsteunriemen. Homert stelde voor om foto's te maken van hoe deze etalagepoppen, gekleed in gewone kleding uit de supermarkt, zich gedragen. Arme mannequins! Homert bladert in slow motion door de video en legt uit: “Hier blijft het hoofd op zijn plaats en beweegt het hele lichaam naar voren. We waren al bang dat de pop helemaal verwend zou worden. Als compromis is gekozen voor een variant met vereenvoudigde schouderbanden.
En hier is nog een uitdaging waar de astronaut voor staat. Aan zijn ruimtepak zijn een aantal slangen bevestigd: luchtkanalen, fittingen, kabels, schakelaars en connectoren. Het is noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de harde delen van het ruimtepak de zachte weefsels van de astronaut niet beschadigen tijdens een harde landing. Hiervoor was "proefpersoon F" gekleed in een soort imitatie van een ruimtepak - veel verschillende ringen waren aan hem vastgelijmd met plakband op verschillende delen van zijn nek, schouders en heupen. Deze ringen waren bedoeld om de flexibiliteit of naden na te bootsen die in het pak zijn genaaid. En nog een punt van zorg baart de testers zorgen: in het geval dat ze op zijn kant landen, kan een van de ringen van het flexibiliteitssysteem van het ruimtepak (dat de astronaut voldoende mobiliteit geeft) tegen de laterale steunrol rusten en deze zal met zo'n kracht in de arm van de astronaut worden gedrukt dat zelfs een botbreuk mogelijk is.
Het is niet gemakkelijk om proefpersoon F in een stoel op een percussieslee te laten zitten. Stel je voor dat je een dood dronken vriend in een taxi krijgt. Twee leerlingen ondersteunen F op de heupen en één op de rug. F ligt met zijn gebogen benen omhoog, - een persoon ligt op ongeveer dezelfde manier als zijn stoel plotseling in zijn achterpoten breekt. Het proces wordt geleid door John Bolt, OSU's Trauma Biomechanics Laboratory. Hij roept naar de studenten: "Een, twee, drie!" De piston-duwer is gericht op de rechterkant van "subject F", dat wil zeggen, dwars over de normale beweging. Dit is de gevaarlijkste van alle richtingen.
Wanneer het onbeveiligde hoofd heen en weer zwaait, bengelt de hersenen in de schedel. Deze zeer delicate substantie ondergaat periodiek samendrukking en uitrekking tijdens zo'n slag. Een ernstige zijdelingse botsing kan leiden tot hersenletsel, bloeding, oedeem en uiteindelijk tot coma en overlijden.
Soortgelijke dingen gebeuren met het hart. Een hart vol bloed kan wel driehonderd gram wegen. Er is voldoende ruimte rondom, en bij een zijdelingse botsing kan het vrij heen en weer zwaaien en aan de aorta trekken. Als een zwaar hart te hard aan de aorta trekt, kunnen ze van elkaar wegtrekken. "Breuk van de aorta" - dit is het oordeel van Homert.
En nu is "onderwerp F" klaar. We gingen naar boven om te kijken wat er gebeurde vanaf het bedieningspaneel. Een zee van licht flitste op en er klonk een luide zucht. Niets te dramatisch. Omdat perslucht hier al het werk doet, is de impactsledetest verrassend stil, zonder crashgeluid. Bovendien gaat alles zo snel dat je met je oog nauwelijks iets merkt. Het hele proces wordt gefilmd met een ultrahoge framesnelheid. Dit alles kan vervolgens in slow motion zorgvuldig worden onderzocht.
We klampten ons vast aan het scherm. De arm van proefpersoon F wordt onder de schouderband opgetild - precies waar de extra borstband is verwijderd. Het lijkt alsof de hand een extra gewricht heeft en het buigt waar de hand niet mag buigen. "Dit is niet goed", klinkt er een commentaar.
Onderwerp F ontving een treffer die overeenkomt met 12-15 g. Dit is precies de lijn waar ernstig letsel bijna onvermijdelijk is. De hoeveelheid schade die het slachtoffer oploopt, hangt niet alleen af van de kracht van de slag, maar ook van het tijdstip van blootstelling. En de versnelling zelf hangt ook af van de tijd die nodig is om te stoppen. Als een auto bijvoorbeeld abrupt stopt nadat hij een muur heeft geraakt, kan de bestuurder in een fractie van een seconde een overbelasting van 100 g doorstaan. Als dezelfde auto een verkreukelde motorkap heeft (en tegenwoordig is zo'n veiligheidsvoorziening niet langer een zeldzaamheid), wordt het remmen in de loop van de tijd verlengd en zal de piekbelasting bijvoorbeeld slechts tien gram bedragen. Deze optie biedt veel kansen om te overleven.
Leerlingen plaatsen proefpersoon F op een brancard en laden in een busje. Bij OSU Medical Center wordt het gescand en geröntgend. Afdrukken, röntgenfoto's en vervolgens autopsieresultaten zullen alle schade laten zien die door de inslag is veroorzaakt, wat bijdraagt aan de algemene kennis die toekomstige astronauten zal helpen het lot van "subject F" niet te herhalen in de stoel van hun ruimtevaartuig.
© 2010 Mary Roach. Uittreksel uit Packing for Mars: The Curious Science Of Life in the Void, gepubliceerd op 2 augustus 2010 door WWNorton. Vertaald door Andrey Rakin.
Mary Roach