نیروی جی چیست و خلبانان جت های جنگنده تا چه عددی را می توانند تحمل کنند؟

بالاترین نیروی جی (g-force) که یک خلبان جت جنگنده می تواند از آن جان سالم به در ببرد چند است؟ پاسخ پیچیده است، و شاید «جان سالم به در ببرد» بهترین عبارت نباشد – شاید «هوشیار بماند» اصطلاح بهتری باشد. یک سوال مرتبط تر این است: خلبانان جت های جنگنده چه نیروهای جی را تجربه می کنند؟ برای درک چگونگی طراحی جت های جنگنده در ارتباط با نیروی جی، باید بدانیم که نیروهای جی با بدن چه می کنند.

نیروی جی چیست؟

نیروی G یا نیروی گرانشی اصطلاحی است که برای توضیح شتاب‌های پایدار که باعث درک وزن می‌شوند استفاده می‌شود. یک جسم در حال استراحت در روی زمین ۱ جی را تجربه می کند. نیروی g اندازه گیری کشش گرانشی زمین است، بنابراین ۱ جی کشش طبیعی زمین است. اجسامی که بی وزنی را تجربه می کنند (زمانی که در یک مسیر اینرسی در حال سقوط آزاد هستند) در معنای محاوره ای «جی صفر» هستند.

سرعت هواپیما (به خودی خود) مهم نیست – زیرا هواپیمای راکتی سرنشین دار X-15 به سرعت مافوق صوت بیش از ۶ ماخ رسید. مسئله شتاب و کاهش شتاب است.

نیروهای جی

• ۱ جی: گرانش زمین در حالت استراحت
• ۴ تا ۶ جی: چیزی که بیشتر خلبانان قادر به تحمل آن هستند
• ۸ جی: حداکثر آنچه را که بازیگران فیلم Top Gun Maverick تحمل کردند
• ۹ جی: نیرویی که اکثر جت های جنگنده انجام می دهند
• ۱۲ جی: حداکثر نیروی جی که F-15EX در مواقع اضطراری قادر به تحمل آن است
• ۱۵ تا ۲۰ جی: در هنگام خروج اضطراری (ایجکت) احساس می شود

این تغییر ناگهانی در اینرسی (تمایل ماده به حفظ وضع حرکتی خود یعنی ماده ی ساکن می خواهد ساکن بماند و ماده ی در حرکت می خواهد در همان جهت قبلی حرکت کند مگر آنکه تحت تاثیر نیروی دیگری قرار گیرد) است که معمولاً افراد را در تصادفات می کشد (به همین دلیل است که اتومبیل ها با مناطق تخریب پذیر طراحی شده اند تا به جذب بخشی از این انرژی کمک کنند).

مقدار نیروی جی که افراد و خلبانان جنگنده می توانند تحمل کنند

اکثر افراد می توانند بین ۴ تا ۶ جی را تحمل کنند. خلبانان جنگنده با آموزش و لباس‌های مخصوص می‌توانند نیروهای جی در حدود ۹ جی را برای یک یا دو ثانیه تحمل کنند. با این حال، بدن انسان نمی تواند این نیروها را برای مدت طولانی تحمل کند – حتی نیروهای ۶ جی پایدار نیز کشنده هستند (شتاب بالا خون را از داخل سر به سمت بیرون می کشد). فضانوردان در هنگام بلند شدن سفینه حدود ۳ جی را تحمل می کنند.

بسته به مبدأ، نیروهای جی از جلو به عقب، پهلو به پهلو، سر تا پا و غیره احساس می‌شوند. اساساً بدن انسان مانند یک بطری بزرگ آب است که خون در حال تلاطم در درون آن است.

در سطح دریا و در حالت استراحت (یا ۱ جی)، افراد برای پمپاژ خون کافی از پا به قلب و سپس به مغز به ۲۲ میلی متر جیوه فشار خون نیاز دارند. در ۲ جی، افراد به دو برابر فشار، در ۳ جی سه برابر، و به همین ترتیب اعداد بالاتر نیاز دارند. اکثر مردم هنگام تجربه نیروهای ۴ یا ۵ جی بیهوش می شوند. در این مرحله، قلب انسان معمولاً قادر به ایجاد فشار کافی نیست که منجر به تجمع خون در اندام تحتانی (بسته به مقدار آموزش و سازگاری فرد) می شود. سپس اکسیژن کافی به مغز نمی رسد و مغز توانایی انجام وظایف خود را ندارد.

خلبانان جنگنده تحمل خود را در برابر نیروهای جی از دو طریق افزایش می دهند. یکی این که آنها با استفاده از سانتریفیوژها (که نیروهای جی مصنوعی ایجاد می کنند) برای مقابله با این نیرو تمرین می کنند و تکنیک های تنفس تخصصی و تنش عضلانی را یاد می گیرند. دیگر این که لباس مخصوص ضد جی می پوشند. این یونیفرم ها با استفاده از محفظه های هوا برای منقبض کردن پاها و شکم در طول مانورهای با جی بالا عمل می کنند تا به فشار خون در نیمه بالایی بدن کمک کنند.

نیروی جی منفی بدتر هستند

با این حال، تحمل انسان در برابر نیروهای g منفی بسیار کمتر از نیروهای g مثبت است (این زمانی است که فشار از سر به پا معکوس می شود). در ۲ یا ۳ جی، بیشتر افراد با هجوم خون به سر، هوشیاری خود را از دست می دهند.

هواپیماهای جنگنده چه توانایی هایی دارند؟

خلبان عامل محدود کننده در طراحی نیروهای جی در یک جت جنگنده است. اکثر جت های جنگنده برای تحمل ۹ جی طراحی شده اند، اگرچه برخی از آنها ممکن است از نظر فیزیکی فراتر از آن نیز بروند. به عنوان مثال، سیستم های کنترل پرواز F-15EX Eagle II جدید برای حداکثر ۱۲ جی تنظیم شده است.

F-15QA و برادرش F-15EX ، حتی می‌توانند سیستم‌های کنترل پرواز خود را تا فراتر از محدوده ۹ جی و تا ۱۲ جی در شرایط اضطراری نیز تنظیم کنند.

هواپیماهای نمایشی اغلب می توانند در برابر نیروهای ۱۰ تا ۱۲ جی نیز مقاومت کنند. با این حال، خلبانان نمایشی که برای عموم مردم نمایش می دهند، به ندرت مانورهای بیش از ۴ جی را انجام می دهند.

تاپ گان: ماوریک

در فیلم Top Gun Maverick، خلبانان در برابر نیروهای تا ۹ جی قرار می گیرند

بر اساس مقاله‌ای که در مجله PEOPLE منتشر شده است، بازیگران در واقع در معرض نیروهای جی بالا قرار می‌گرفتند- کارگردان جوزف کوزینسکی گفته است که بازیگران باید نیروی تا ۱,۶۰۰ پوند یا ۸ جی را تحمل می کردند. تام کروز تجربه خود در مورد نیروی جی را «حضور در آنجا از نظر فیزیکی طاقت‌فرسا، تاب آوردن بالا رفتن نیروهای جی، خسته‌کننده» توصیف کرده است. گرگ تارزان دیویس (بازیگر نقش ستوان جاوی “کایوت” ماچادو) گفته است: “شما نمی توانید نیروی جی را جعل کنید که چهره شما را به هم می ریزد.”

با این حال، ۹ جی بالاترین مقدار نیروی جی نیست که خلبانان باید تحمل کنند. خلبانان جت های جنگنده هنگام ایجکت نیروی جی ۱۵ تا ۲۵ را تجربه می کنند. این مقدار نیروی جی را نمی توان برای مدت طولانی تحمل کرد و ممکن است باعث آسیب به ستون فقرات شوند. برخی کشورها میزان ترومای ستون فقرات در تجربه چنین نیروهای جی را حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد گزارش کرده اند. برخی از این ها شکستگی های ستون فقرات هستند، اما بیشتر، این آسیب ها به فشرده شده بخش قفسه سینه مربوط می شوند.

یونیفرم های بهتری برای خلبانان زن طراحی شده است

در سال ۲۰۲۰، نیروی هوایی ایالات متحده آزمایش نسخه اصلاح شده لباس ضد جاذبه با فناوری پیشرفته را برای خلبانان جنگنده زن و سایر انواع بدن گزارش کرد. این لباس از سال ۲۰۰۱ استفاده شده است، اما در درجه اول برای تیپ های بدن مردانه استاندارد ساخته شده بود. این لباس‌ها برای خلبان‌های کوتاه‌قد یا خلبان‌هایی با تیپ‌های بدنی کوچک‌تر یا خاص تر بهینه‌سازی نشده‌اند.

نیروی هوایی ایالات متحده هنگامی که از کاپیتان بریتنی تریمبل (یک خلبان آموزشی F-16 Fighting Falcon) در مورد تجربه اش از آزمایش لباس اصلاح شده پرسید، چنین نقل قول کرده است: «در حالی که زنان بیشتری برای انجام مأموریت با جت های جنگنده سریع به کار گرفته می شوند، فکر می کنم نیروی هوایی در حال حرکت در مسیر درست است». این تغییرات شامل پنل های توری پهن در کمر، ران و ساق پا می شود و به خلبانان زن امکان می دهد این لباس را به راحتی برای تناسبات مختلف بدن تنظیم کنند.