A TOTO VÍTE? Kdo v tom chce bezpečně lítat, vezme si kalhoty „speed jeans“

Otázka Co jsou „speed jeans“?

Stručná odpověď Speed jeans jsou v slangu amerických pilotů anti-g kalhoty, které pomáhají pilotům lépe snášet velká přetížení od manévrů letadla.

Jakkoli vypadaly dřevěné, plátnem potažené dvojplošníky křehce, s působením přetížení a z toho vyplývajícími fyzickými obtížemi se setkávali piloti stíhacích letadel již za první světové války. Z jejího konce jsou zdokumentované případy, kdy piloti hlásili malátnost, krátkodobou ztrátu (barevnosti) vidění nebo dokonce ztrátu vědomí. Většinou se jednalo o vybírání střemhlavého letu po úniku zpod palby nepřátelského stíhacího letounu nebo po ostřelování pozemních cílů.

Již v roce 1918 prováděl francouzský profesor medicíny Dr. Paul Garsaux pokusy se psy přivázanými k rotujícímu kolu a vystavoval je přetížení. Zjistil, že odstředivá síla může způsobit dezorientaci a ztrátu vědomí. Výsledky jeho pokusů zůstaly nepovšimnuty, protože země Dohody měly jiné starosti. Navíc piloti symptomy často zatajovali, protože netušili, co se s nimi děje, a považovali to buď za vlastní slabost, nebo zásah nadpřirozených „snových“ sil.

V poválečném období byla spousta nadbytečných letadel a málo práce. Piloti si vydělávali provozováním leteckých cirkusů a leteckých soutěží. Mezi atraktivní patřil závod kolem pylonů. Jedním z pilotů, kteří tuto soutěž létali, byl doktor LtCdr. John Poppen od USN (US Navy). Ten sám na sobě pozoroval příznaky přetížení. Zúžení zorného pole, dočasnou ztrátu zraku a malátnost. Začal se problému věnovat natolik, že mu USN na pokusy vyčlenila Curtiss JN-4H Jenny.

Další „hvězda“, která hlásila problémy, byl Lt. Russel Maughan od Army Air Service, vítěz Pulitzer Trophy Race. A symptomy neminuly ani dalšího poručíka létajícího závody kolem pylonů, Jamese Harolda „Jimmi“ Doolittla, pozdějšího generála, velitele slavného náletu na Tokio a nositele CMOH (Congressional Medal of Honor). To stačilo na to, aby se problému v USA začaly věnovat vědecké instituce, například Technologický institut v Massachussets. Ale podobné výzkumy probíhaly ve větší či menší míře i jinde na světě.

Mezitím technika pokročila. Ještě stále se prakticky bez výjimky používaly dvojplošníky, nyní již převážně s kovovou kostrou a kovovým potahem kolem motoru. Ale výkony motorů se zdvojnásobily a rychlost téměř ztrojnásobila. Navíc získávala na popularitě nová kategorie střemhlavých bombardérů. Přesnost jejich náletů byla ohromující, ale vybírání střemhlavého letu bylo problematické právě kvůli přetížení. Již v roce 1928 Ira F. Peak konstatoval, že limitem je pilot, nikoli letadlo, takže nemá smysl stavět drak pevnější, než je odolnost pilota. Letecké složky měly obavy, že nová výkonnější letadla nebude možné naplno využívat.

V té době vědci již pochopili, že za vším bude krev. Ostatně krevní oběh není nic jiného než jednoduchý hydraulický systém s nepříliš výkonným, zato velmi trvanlivým čerpadlem. Působení přetížení na 5 až 6 litrů krve, které má dospělý člověk v krevním řečišti, znamená, že výtlačná výška se dostane velmi rychle mimo možnosti „čerpadla“. Jinými slovy, mozek se nedokrvuje, což vede ke zmíněným příznakům.

V roce 1932 prováděli LtCdr. Poppen a jeho kolega Dr. Cecil Drinker pokusy se psy. Nejprve v laboratoři a potom na palubě letadel. Testovali na nich obleky, nafukované ruční pumpičkou, které obepínaly nohy a břicho pokusného zvířete. Konstrukce „oblečků“ nebyla úplně propracovaná, protože na jednu stranu pomáhaly proti přetížení, na druhou komplikovaly dýchání.

První centrifugy

Asi nejdále se dostal Dr. Harry George Armstrong, který nechal v roce 1936 postavit v lékařském ústavu amerického leteckého sboru první centrifugu schopnou unést člověka. Centrifuga byla poměrně primitivní, ale měla nastavitelnou sedačku, aby adept mohl sedět hlavou k ose, od osy otáčení, případně bokem. Umožňovala dosažení až 20 G. Piloti samozřejmě tak vysokým násobkům vystavováni nebyli.

Dr. Armstrong zjistil, že tolerance jednotlivých pilotů je zcela individuální záležitost. Záleží na jejich fyzických předpokladech, psychické pohodě, fyzické kondici a přípravě. Průběh symptomů závisí nejen na velikosti, ale i na délce působení přetížení a návrat „do normálu“ může trvat až 20 sekund. Zjistil, že obecně lidské tělo snese bez přípravy přetížení kolem 4 až 5 G.

Dále zjistil, že menší podsadití hoši mají vyšší odolnost než hubení čahouni. Podstatná byla výška v sedu, která byla později limitujícím faktorem, aby pilot vůbec uzavřel překryt kokpitu, nebo se vešel do limitu pro vystřelovací sedačky. Vypracoval několik doporučení, jak zvýšit odolnost, například zatínáním svalů na nohách a na břiše nebo předklonem, aby se snížila výška hlavy nad srdcem.

Postupně se zjistilo, že vliv má „posez“ pilota. Když měl nohy výše, natažené prakticky před sebe, vydržel více, než když seděl jako na židli s nohama pod sebou. Tato úprava byla aplikována na řadě letadel již na začátku druhé světové války. Například britské Spitfiry měly pedály směrového řízení s dvěma příčkami. Spodní pro běžný let a horní pro souboje. Ale byly i další cesty.

První prostředek pro omezení vlivu přetížení nebyl určen pro stíhače, jak se obecně traduje, ale pro osádky střemhlavých bombardérů. Jeho autorem byl zmíněný doktor Lt. Cdr. John Poppen. Návrh předložil v květnu 1935 a nazval jej „acceleration belt“ (akcelerační opasek). Pevný textilní pás obepínal letcovo břicho a obsahoval vzduchový vak, který se dal nafouknout z tlakové lahve nebo od kompresoru. Stlačením břicha se mělo omezit odrkrvení hlavy.

Pás měl několik omezení. Bylo ho nutné nafouknout před vstupem do akce. To bylo možné v případě střemhlavých bombardérů, ale již hůře v případě stíhačů, kteří málokdy věděli, co se kdy a kde „semele“. Pokud byl pás nafouknutý, značně omezoval pilota v pohybu, což bylo opět akceptovatelné v bombardéru, ale nikoli v těsném kokpitu stíhačky. Nebylo to ideální řešení, ale byl to krok správným směrem. Mimochodem Poppenův pás si zahrál v barevném(!) filmu Dive bomber s Erollem Flynnem, Fredem MacMurrayem a USS Enterprise (CV-6) v hlavních rolích, což byl takový „Top Gun“ z roku 1941.

První anti-g oblek vyrobil kanadský vědec doktor Wilbur Rounding Franks z Univerzity v Torontu. Za výzkum působení přetížení na člověka získal Řád Britského impéria OBE (Order of British Empire), Řád záslužné legie LOM (Legion of Merit) a je uveden v kanadské síni letecké slávy. Kromě toho se podílel na objevu inzulínu a léčbě rakoviny. Zahynul při zřícení letounu Lockheed Hudson Mk.III v lednu 1986 u Musgrave Harbour.

Na zkoumání vlivu přetížení prosadil Wilbur Franks stavbu první kanadské centrifugy (dobově označované jako urychlovač – accelerator), schopné unést člověka. Proti Armstrongově centrifuze to bylo „Hi-tech“ zařízení. Na konci otočného ramene byla nastavitelná kapsle, imitující kokpit s řídicí pákou. Pilot dostával povely, na které musel reagovat. V kapsli byla filmová kamera snímající chování pilota a g-metr za jeho hlavou. Aby bylo možné provádět opakovaná měření za stejných podmínek, ovládaly chod centrifugy speciální kotouče. Jejich tvar určoval velikost a dobu přetížení i jeho průběh. Do roku 1945 bylo provedeno kolem 13 000 testů. Centrifuga fungovala do roku 1987 a její kapsle je dnes vystavena v leteckém muzeu v Ottawě.

Jak dostat vanu do kokpitu?

Wilbur Franks simuloval chování krve při přetížení na prezervativech naplněných vodou, jež při větším přetížení praskaly. Vyřešil to tak, že je umístil do větší a pevnější nádoby s vodou ... a fungovalo to. Analogicky odvodil, že pokud by pilot seděl po krk ve vaně s vodou, hydrostatický tlak v hloubce kolem jednoho metru by mu stlačil dolní končetiny a omezil průtok krve. Větší procento krve by zůstalo v pilotově horní části těla, snížilo by se odkrvení mozku a stoupla by jeho odolnost proti přetížení. Stačilo vymyslet, jak dostat do kokpitu vanu.

Naštěstí to celé mohlo fungovat i s mnohem menším množstvím vody. Hydrostatický tlak je závislý jen na výšce vodního sloupce, nikoli na objemu vody. Jinými slovy potápěč na dně 5m studny je vystaven stejnému tlaku jako v 5m hloubce v Orlické přehradě. Bylo vyřešeno.

Wilbur Franks se svým týmem navrhl přiléhavou kombinézu z neelastického materiálu, vybavenou na vnitřní straně několika propojenými vaky, naplněnými vodou. Pokud byl pilot vystaven kladnému přetížení, byla voda vytlačena směrem dolů a začala stlačovat jeho dolní končetiny, včetně cév. Tím byl omezen průtok krve. Při výrobě svých „oblečků“ spolupracoval Dr. Franks s gumárenskou firmou Dunlop, která měla s výrobou nepropustných nádrží a vaků bohaté zkušenosti.

Tehdy vědci pracovali poněkud jinak než dnes. První anti-g oblek testoval na kočce. Druhý testoval sám na sobě. Při testu letěl poprvé v životě letadlem. Původní provedení anti-g obleku byla kombinéza obepínající celé tělo až ke krku. Dr. Franks však zjistil, že v oděvu se dá pohybovat, a na rozdíl od pilota, který byl na pokraji ztráty vědomí, byl celkem v pohodě, ale jak sám napsal: „... v letadle, při přetížení, jsem měl pocit, že mě roztrhne vedví.“ Postupně dospěl k tomu, že použitelný oblek nesmí sahat nad prsa (úroveň srdce) a musí nechat trup pilota z větší části volný. Po několika pokusech se ustálila konečná podoba na kalhotách s vysokým pasem, sahajícím pod hrudní koš.

Oblek FFS (Franks Flying Suit) se vyráběl v sedmi velikostech. Oblékal se na spodní prádlo. Nohavice i pas byly na boku vybavené šněrováním, které pozemní personál „utáhl“ na postavu konkrétního pilota tak, aby mu anti-g oblek přiléhal, ale neškrtil jej. Obě nohavice byly ve stehně rozdělené napříč, aby se šněrováním dala upravit délka a poloha výřezu pro koleno. Zbývající délka nad kotníkem nebyla z hlediska funkce podstatná. Pro rychlé oblečení nebo relax v hotovosti měly kalhoty zip na vnitřní straně nohavic a v pase.

Letecká kombinéza se oblékala přes oblek. FFS se plnil těsně před vzletem zhruba 5 litry vody pomocí dvou ventilů. Podle propagačního filmu, v létě ideálně studenou, v zimě teplou vodou, což měla být jedna z předností. Ve výsledku měla voda brzy teplotu okolí, takže to bylo jedno. Film dokonce propagoval, že voda je pitná, což by mohlo pilotovi zachránit život při sestřelení nad mořem nebo pouští.

První kombinézou testovanou v boji byla FFS Mk.III, používaná piloty britského námořního letectva FAA (Fleet Air Arm) na letounech Supermarine Seafire v únoru 1942 během operace Torch (vylodění v Africe). Piloti příliš nadšeni nebyli. Naplněný oblek vážil zhruba 9 kg. Během operace Torch létali v podmínkách vzdušné nadvlády, kdy byli přetížení vystaveni málokdy. Obleků FFS Mk.III bylo vyrobeno asi 800 a nabízely zvýšení odolnosti asi o 1,5 G. Do konce války byly vyvinuté modely FFS Mk.IV až Mk.VII. Ty již byly plněné vzduchem a zvyšovaly odolnost asi o 2,5 G. Byly praktičtější v tom, že se mohly navlékat i přes kombinézu a měly velké výřezy na kolena a hýždě pilota, což zajišťovalo mnohem větší volnost pohybu.

Na druhé straně barikády a světa

Pokusy s přetížením byly prováděné i v Německu a Japonsku. Japonská řešení se omezila na používání břišních pásů stahovaných šňůrami ještě na zemi, podobně jako dámské korzety. V Německu postavili první centrifugu doktoři Siegfried Ruff a Hubertus Strughold v roce 1935. Jejich výzkum byl zaměřen primárně na zvýšení odolnosti pilotů bombardérů Ju 87 Stuka (první vzlet v září 1935) při vybírání střemhlavého letu. Vyvinuli oblek podobný kombinéze Dr. Frankse. Jeho použití však vyhodnotili jako nevyhovující a další vývoj skončil v záplavě jiných „důležitějších“ vojenských programů. Spojenci u žádného ze zajatých německých pilotů žádnou verzi anti-g obleku nenašli. Pro Ju 87 byl vyvinutý automat na vybírání střemhlavého letu.

Dalším ze spojeneckých průkopníků byl australský lékař a profesor fyziologie, specialista na kardiovaskulární systém Frank Cotton z univerzity v Sydney. V roce 1931 popsal novou metodu, jak určit těžiště lidského těla, což mu umožnilo lépe pochopit „přesuny hmot“ působením vnějších sil. Během Bitvy o Británii si profesor Cotton uvědomil, že pokud by se mu podařilo vymyslet způsob, jak zvýšit odolnost pilotů proti přetížení, měli by proti nepříteli nezanedbatelnou výhodu. Na rozdíl od Dr. Frankse použil k plnění vaků plyn, konkrétně CO₂ z tlakové lahve. Oblek testoval na centrifuze australského letectva RAAF (Royal Australian Air Force) v Sydney.

Praktické testy prováděli piloti RAAF Lt. Robert Thompson a F/L Ken Robertson na letounu Hawker Hurricane. Oblek označený C.A.A.G (Cotton Aerodynamic Anti-G) fungoval zjevně spolehlivě, protože pilotům se podařilo dosáhnout až +10G bez ztráty vědomí, což „chudák“ Hurricane odnesl neopravitelným poškozením geometrie draku. C.A.A.G. měl jednu důležitou inovaci – automatický ventil, který oblek nafoukl při překročení 1,5 G. Oblek byl jako první operačně testován 452. perutí v Darwinu v červenci 1943.

Australané se na anti-g oblek dívali jinak než Britové. Na ukořistěném A6M Zero se podařilo ověřit, že Spitfire ho dokáže vymanévrovat, ale limitem je odolnost pilota. Frank Cotton oblek postupně zjednodušil. Zrušil progresivní plnění od kotníků směrem k břichu a počet polštářů snížil z 16 u verze Mk.I na pět.

Když se toho chytí Američané

Jako v řadě jiných případů mají největší zásluhy na masovém zavedení anti-g obleků do operační služby Američané. Dr. Franks i Dr. Cotton prezentovali své vynálezy jak ve Velké Británii, tak v USA. Americká firma Berger Brother oba obleky zkombinovala. U svého modelu G-1 využila nafukování vzduchem a oblek odlehčila výřezy tak, že vážil akceptovatelných zhruba 5 kg. Oblékal se přes kombinézu, což bylo díky dlouhým zipům rychlé. Oblek měl 17 vaků ve 3 zónách a nafukoval se progresivně od kotníků směrem vzhůru, vzduchem od kompresoru. Oblek G-1 testovali v roce 1944 piloti F6F Hellcat z letadlové lodi USS Bunker Hill (CV-17). Potvrdili předchozí mínění pilotů. Funguje to, ale je to nepohodlné. Další model G-2 byl ještě jednodušší. Měl jen 5 vaků a vážil kolem 3 kg.

Před „výmyslem“ dotací bývala hnací silou konkurence. A tou byla v USA firma Davida Clarka. Ten přinesl zásadní inovaci v podobě automatického regulačního ventilu, který podle nárůstu přetížení oblek „přifukoval“ nebo vypouštěl, což do té doby museli piloti dělat ručně. S prvním modelem v konkurenci Berger Brother neuspěl, ale nevzdal to. Jeho vylepšená verze zvyšovala odolnost až o 3G. Nafukovala se najednou, takže byla lehčí a levnější. Opět neuspěl. Nakonec oblek vylepšil o držák mapy na stehně, kapsy na nůž a pomůcky pro přežití. Tentokrát byl úspěšný. Americké letectvo nakonec oba typy (Berger/Clark) sloučilo v jeden G-3, který s drobnými odchylkami vyráběly obě firmy.

Před koncem války již americké letectvo anti-g obleky, respektive kalhoty používalo běžně. Verze G-1 byla zavedena do výzbroje v červnu 1944, verze G-2 v srpnu téhož roku. Do Evropy bylo odesláno na 3 500 kusů G-2, část dostala na otestování RAF. Verze G-3 se dostala do omezeného používání také v srpnu 1944 a v listopadu byla plně akceptována. Jen do konce roku putovalo so Evropy 4 100 kusů G-3. Používali je piloti 8. a 9. letecké armády, pilotující P-38 Lightning, P-47 Thunderbolt a P-51 Mustang, a s nimi někteří piloti RAF.

S příchodem proudových letounů již byly anti-g kalhoty standardním a neodmyslitelným vybavením. Během války v Koreji poskytovaly spojeneckým pilotům cennou výhodu nad piloty MiGů-15, kteří podobnou vymoženost neměli. Z období korejského konfliktu pochází označení „speed jeans“, používané především piloty F-86 Sabre. Koncepce a konstrukce anti-g obleků byla daná před koncem druhé světové války a používá se prakticky beze změny dodnes.