Vojenský lékař John Paul Stapp se 10. prosince 1954 rozjel na raketových saních rychlostí přes tisíc kilometrů za hodinu. Při zastavení přežil krátkodobé zpomalení 46,2 g, ale utrpěl zranění. Jeho pokus ukázal, proč vedle rychlosti záleží na průběhu brzdění a na tom, jak je tělo zachyceno.
Na základně Holloman v Novém Mexiku seděl lékař na otevřené plošině před svazkem raketových motorů. Nešlo o soutěžní jízdu pro trofej. Americké letectvo potřebovalo porozumět tomu, co se děje s člověkem při prudkém zpomalení, například po opuštění rychle letícího letadla. Oficiální historie výzkumné laboratoře AFRL popisuje Stappův program jako výzkum s přímým dopadem na záchranné systémy a upevnění pilotů v sedadlech.
Devět motorů a brzda z vody
Sonic Wind I byly saně vedené po kolejích, nikoli automobil s koly. Podle popisu Národního muzea letectví a kosmonautiky Smithsonian je pohánělo devět raket na tuhé palivo. Nahoře měly sedadlo napodobující místo pilota a na konci dráhy je zastavovalo vodní brzdicí zařízení. Rakety zajistily rychlost, voda připravila druhou, pro lékaře podstatnou část zkoušky.
Stephan Tournay / Wikimedia / CC BY-SA 4.0 / zmenšeno
Stapp při prosincové jízdě dosáhl 632 mil za hodinu, tedy přibližně 1 017 km/h. Muzeum vesmírné historie v Novém Mexiku uvádí zastavení za 1,4 sekundy a zatížení 46,2 g. AFRL potvrzuje datum, rychlost i hodnotu přetížení. Šlo o skutečně absolvovaný pokus, ne o výpočet toho, co by člověk snad mohl vydržet.
Současně to nebyla zkouška celé katapultáže z letadla. Třeba při záchraně pilota F-106 se uplatnilo vystřelovací sedadlo i následný sestup na padáku. Saně umožňovaly samostatně zkoumat prudké změny rychlosti a proud vzduchu. Výsledek jedné jízdy proto nelze zaměnit za záruku bezpečnosti každého opuštění letounu.
46,2 g nebylo průměrné brzdění
Písmeno g zde vyjadřuje násobek tíhového zrychlení, přibližně 9,81 metru za sekundu na druhou. Hodnota 46,2 g odpovídá zpomalení asi 453 m/s². Neříká, jak rychle saně právě jely, a sama ani nepopisuje celý brzdicí děj. Pro ten je potřeba znát, jak se zpomalení měnilo v čase.
Rozdíl ukáže jednoduchý redakční přepočet. Rychlost 632 mil za hodinu je přibližně 283 m/s. Pokud ji vydělíme uváděnými 1,4 sekundy do zastavení, vyjde průměrné zpomalení přibližně 202 m/s², tedy 20,6 g. To je výrazně méně než rekordních 46,2 g. Rekordní hodnota tudíž neplatila rovnoměrně po celou dobu brzdění. Rozlišujeme špičku zatížení a průměr za celý interval.
Výpočet není rekonstrukcí naměřené křivky. Používá zaokrouhlenou dobu z muzejního přehledu a neprozradí, jak dlouho trvalo maximum ani jak rychle nastoupilo. Právě tyto informace by byly potřeba pro podrobný rozbor zatížení. Samotné dvě cifry, rychlost a nejvyšší počet g, na něj nestačí.
Stejná rychlost, pětkrát jiné zpomalení
Pro běžnou představu si vezměme model zastavení z 50 km/h, tedy zhruba 13,9 m/s. Při rovnoměrném zastavení za půl sekundy vychází zpomalení přibližně 2,8 g. Za desetinu sekundy už asi 14,2 g. Počáteční rychlost je stejná, pětkrát kratší čas však znamená pětkrát větší průměrné zpomalení.
To je pouze fyzikální model, nikoli předpověď zranění nebo popis konkrétní autonehody. Nezahrnuje deformace, pohyb jednotlivých částí těla ani nerovnoměrný průběh sil. V letectví ostatně existovaly i jiné pokusy, jak zvládnout náraz, například pružná paluba pro přistání Sea Vampiru. U ní měly tlumení dosednutí a zastavení dopředného pohybu vlastní, odlišné úkoly.
Sedadlo musí zachytit víc než trup
Člověk ovšem není pevný náklad přišroubovaný k plošině. Odborný přehled NASA od A. Martina Eibanda z roku 1959 porovnával výsledky pokusů podle směru zrychlení, rychlosti jeho nástupu, trvání a způsobu podepření těla. Za klíčovou proměnnou označil dostatečné zachycení trupu i končetin. Nestačí tedy, že nepraskne samotná sedačka.
Přehled také rozlišuje síly působící podél páteře a napříč tělem. Závěry vycházejí z tehdejších lidských i zvířecích experimentů a neudávají univerzální mez pro každého člověka. Také současná pravidla NASA pro zrychlení a dynamická zatížení posuzují velikost, směr a dobu působení společně a předpokládají odpovídající zádržný systém. Jejich konkrétní limity patří do podmínek kosmických letů.
Northrop Aircraft Inc / Wikimedia / CC0
Stappovo přežití navíc neznamenalo jízdu bez následků. Muzejní životopis popisuje po rekordním zastavení krvácení v očích a dočasnou ztrátu zraku. Z tohoto jednotlivého případu se nedá udělat rada, že dobře připoutaný člověk bezpečně snese 46,2 g. Doložené je, že tento muž takový krátký brzdicí děj přežil a zaplatil za něj zraněním.
Stapp později prosazoval bezpečnostní pásy i v automobilech. Smithsonian spojuje jeho výzkum se zlepšováním pilotních sedadel a automobilových pásů. Praktickým dědictvím saní tak nejsou jen čísla v tabulce rekordů. Je jím požadavek zkoumat společně průběh zastavení, sedadlo a zachycení člověka, který v něm sedí.
