G-voimat ovat haasteena lentäjien terveydessä

Moderni lentokone on suunniteltu kestämään rajuakin käsittelyä. Varsinkin sotilaskoneet kestävät melkein mitä tahansa ilmassa suoritettavia liikkeitä. Kestävyyttä tarkasteltaessa heikoin lenkki onkin lentäjä itse. Ihmisen fysiologia kestää vain rajatusti normaalista poikkeavaa kiihtyvyyttä, kuten äkillisiä käännöksiä suurella vauhdilla. Tämä asia asettaakin rajat sille, miten lentäminen voidaan suorittaa.

Jokainen modernissa suihkukoneessa matkustanut on tuntenut, kuinka koneen kiihdyttäessä ja lentoon lähdettäessä vartalo ikään kuin painautuu istuimen selkänojaa vasten. Toinen esimerkki on, kun huvipuistojen vuoristoradoissa saattaa välillä tuntea lähes painottomuutta ja välillä taas painautua tiukasti istuinta vasten. Kyseisissä tapauksissa ihmisen vartaloon vaikuttavat niin kutsutut G-voimat, joten kyseessä on siis kiihtyvyyden mittayksikkö. Yksi G tarkoittaa maan painovoiman aikaansaamaa putoamiskiihtyvyyttä, joka on noin 9,81 metriä sekunnin neliössä.

Missä G-voimaa ilmenee?

G-voima vaikuttaa siis joka puolella, ei vain lentokoneessa. Kun ihminen on täysin paikoillaan, kohdistuu häneen G-voima, joka on arvoltaan +1. Tämän voiman aiheuttaa painovoima, ja sen suunta on päästä varpaisiin. Se voi olla myös negatiivinen, joten sitä merkitään silloin miinusmerkillä, esimerkiksi arvolla -1G.

Suomalaisissa huvipuistoissa on laitteita, joissa saavutetaan jopa neljän G:n kiihtyvyyksiä. Kilpa-autoilussa saatetaan saavuttaa jopa yli 5G:n voimia. Huvipuistojen G-voimille altistutaan vain hetkeksi, joten se koetaan lähinnä vain hauskana. Kilpa-autoilussa taas vaaditaan jo hyvää lihaskuntoa ja varusteita kuormituksen kestämiseksi. Ajajien kypärät saattavat olla tuettuja tai jopa johonkin joustavasti kiinnitettyjä kaarteissa koettavien G-voimien niskalle aiheuttaman rasituksen pienentämiseksi. Toisaalta fysiikan lait asettavat rajan autoilun resursseille. Vaikka ajoneuvosta löytyy kapasiteettia suurempaankin kaarrenopeuteen, se ei enää kestä ajoradalla.

Todellisena ongelmana G-voima on lentotoiminnassa. Tehokkaat, moninkertaisella äänennopeudella kiitävät hävittäjäkoneet kestävät rajuakin käsittelyä tarvittaessa. Lentäjä saattaa altistua lähes 10G:n voimille, joita ihmiskeho ei enää kestä ilman avustavia laitteita, kuten niin kutsuttua G-pukua. Hävittäjälentäjät joutuvatkin ennen lentäjäksi pääsemistään kokeeseen, jossa testataan heidän kykynsä kestää G-voimia.

G -voiman fysiologisia vaikutuksia

Miksi G-voimat saattavat olla vahingollisia? Mitä kehossa oikeastaan tapahtuu, kun ihminen altistuu G-voimille? Kuten sanottu, paikallaan olevaan kappaleeseen, vaikka ihmiseen, vaikuttaa perustasolla +1G voima. Lennettäessä jyrkkää kaarrosta saattaa tämä voima olla viisinkertainen, jolloin sitä kuvataan arvolla +5G.

Negatiivisia G-arvoja syntyy, kun konetta ohjataan voimakkaasti syöksyyn tai selkälennossa ollessa. Negatiivinen G-voima vaikuttaa päinvastaiseen suuntaan kuin positiivinen, joten se pyrkii pakottamaan esimerkiksi verenkiertoa jaloista päätä kohti. Ihminen sietääkin negatiivisia G-voimia huomattavasti heikommin kuin positiivisia. Jo -2G:tä voi aiheuttaa tajunnan menetyksen, jota kutsutaan nimellä red out.

Mikä arvo on ihmiselle liikaa?

Ihminen kestää ilman mitään apuvälineitä noin +5G:n voiman. Tämä kestävyys edellyttää henkilöltä hyvää fyysistä kuntoa ja harjoittelua. Jo +4G:n arvo saattaa aiheuttaa tajuttomuuden. Tätä ilmiötä kutsutaan nimellä G-LOC. Tämä tila ei suinkaan tule suoraan, vaan ennen sitä koetaan yleensä värinäön heikkenemistä ja näkökentän kaventumista reunoilta. Tämän jälkeen saattaa näkökyky hämärtyä kokonaan, mikäli rasitus edelleen jatkuu. Tätä tilannetta kutsutaan nimellä black out. Jos rasitus jatkuu edelleen, voi seurata G-LOC. Siitä palautuminen saattaa kestää noin puoli minuuttia, ja se on nykyaikaisilla lentokoneilla varsinkin taistelutilanteessa lennettynä todella pitkä aika.

Tällaisten tilanteen välttämiseksi lentäjät harjoittelevat erilaisia vastaliikkeitä, joilla pyritään estämään veren pakkautumista jalkoihin sekä siitä johtuvaa pään ja aivojen verenkierron heikkenemistä. Käytössä on myös erilaisia G-pukuja, jotka edesauttavat G-voimista selviytymistä. Pukua käyttämällä treenattu lentäjä kestääkin lähes +10G:n hetkellisiä voimia menettämättä toimintakykyään.

G-voimat aiheuttavat myös suurta rasitusta lentäjän niskalle. Kypärän paino moninkertaistuu G-voimien vaikutuksesta ja rasittaa niskaa. Koska lentäjä harvemmin voi istua päätään liikuttamatta koneen ohjaamossa, rasittaa paineen alaisena suoritettu pään liike niskaa entisestään. Lentäjän selkä joutuu myös kuormituksen alaiseksi.

Suurin G-voima, josta ihminen on selvinnyt hengissä, on arvoltaan +46,2 G. Yhdysvaltalainen John Stapp teki rakettikelkalla kiihtyvyyskokeen, jossa selvitettiin, kuinka suuresta kiihtyvyydestä ihminen voi selvitä hengissä. Koe suoritettiin rakettikelkalla 1100 metrin radalla. Kelkka kiihtyi 1,5 sekunnissa 1017 km/h nopeuteen, ja se pysäytettiin käyttämällä apuna vesijarruja. Jarrutus takaisin nollaan kesti 1,4 sekuntia. Hän menetti kokeessa näkökykynsä 45 minuutiksi ja katkaisi muutaman kylkiluun. Lisäksi hänen silmistään vuoti verta. Uskomatonta kyllä, hän pystyi itse nousemaan pois kelkasta.

Haitat voivat jäädä pysyvästi vartaloon

Vaikka G-voimat ja niiden kestäminen ovat haasteellista, ainoita niiden todetusti pysyviä haittavaikutuksia ovat niskan ja kaularangan sekä selkärangan kuormituksesta aiheutuneet vaivat, joihin osasyinä ovat kypärän paino ja sen moninkertaistuminen G-voimien vaikutuksesta. Lisäksi koneiden ohjaamojen ergonomia ei aina ole paras mahdollinen, jotta se antaisi tukea rasitusta vastaan. Pään kääntäminen G-voimien alaisena rasittaa kaularankaa. Lentäjien koulutuksessa onkin kiinnitetty huomiota tähän asiaan. Ylävartalo tulisi myöskin suunnata katseen suuntaan, ei ainoastaan pää. Tällä tavalla vartalo tukee niskalihaksia ja sitä kautta kaularankaa.

Hävittäjäkoneella lentäminen on kuin urheilusuoritus, sillä siihen tulisi valmistautua ennakolta. Lentäjät ylläpitävätkin hyvää fyysistä kuntoa, ja esimerkiksi voimaharjoitusten on havaittu vähentävän niskan ja kaulan kuormitusta lennon aikana. Lennon jälkeen tulisi siitä palautua myös kuin urheilusuorituksesta.