アームストロング限界

アームストロング限界またはアームストロング線は、その高度を超えると大気圧が十分に低くなり、水が人体の常温で沸騰する高度の尺度である。この限界以下の圧力にさらされると、急速な意識喪失につながり、続いて心血管機能と神経機能の一連の変化が起こり、60～90秒以内に圧力が回復しないと最終的に死に至る。^[1]地球上では、限界は海抜約18～19km（11～12マイル、59,000～62,000フィート）であり、^{[1] [2]}これを超えると大気圧が0.0618気圧（6.3 kPa、47 mmHg、または約1 psi）を下回る。米国標準大気モデルでは、アームストロング限界を高度63,000フィート（19,202 m）に設定している。

この用語は、この現象を最初に認識したアメリカ空軍のハリー・ジョージ・アームストロング将軍にちなんで名付けられました。 ^[3]

アームストロング限界以上では、被験者が全身圧力服を着用していない場合、唾液、涙、尿、肺胞を濡らす液体などの露出した体液は沸騰して蒸発してしまうが、血管血（循環器系内の血液）は沸騰しない。NASAの技術報告書「圧力スーツ着用者における急速（爆発的）減圧緊急事態」では、人間が真空に近い状態に短時間偶発的にさらされた場合について論じており、「被験者は後に、舌の上の唾液が沸騰し始めたのが最後の意識の記憶だったと報告した」と記している。^[7]

公称体温 37 °C (99 °F) では、水の蒸気圧は 6.3 キロパスカル (47 mmHg) です。つまり、周囲圧力 6.3 キロパスカル (47 mmHg) では、水の沸点は 37 °C (99 °F) です。アームストロング限界の 6.3 kPa の圧力は、標準海面気圧 101.3 キロパスカル (760 mmHg) の約 1/16 です。高度が高いと、噴火による水蒸気が窒素ガスの減圧気泡に加わり、体組織が膨張しますが、組織と皮膚は蒸気化した水の内部圧力で破裂しないほど丈夫です。特定の高度における標準気圧を計算する公式はさまざまであり、特定の日に特定の高度で実際に測定される正確な気圧もさまざまですが、一般的な公式^{[引用が必要]}によれば、6.3 kPa は通常、高度 19,000 m (62,000 フィート) で見つかります。

アームストロング限界よりはるかに低い高度でも、人間は通常、低酸素症を避けるために酸素補給を必要とする。ほとんどの人にとって、これは通常、高度 4,500 メートル (15,000 フィート) を超えると必要となる。民間ジェット旅客機は、客室高度が 2,400 メートル (8,000フィート) 以下であれば客室の与圧を維持しなければならない。米国の一般航空機 (航空会社以外、政府機関以外による飛行)に関する規制では、飛行機が客室高度 3,800 メートル (12,500 フィート) を超える高度で 30 分以上飛行する場合、最低限必要な乗務員は酸素補給を受ける必要があるが、乗客は酸素補給を受ける必要がない。飛行機が客室高度 4,300 メートル (14,000 フィート) を超える高度で飛行する場合は、最低限必要な乗務員は酸素補給を受けなければならず、客室高度 4,500 メートル (15,000 フィート) を超える場合は乗客にも酸素補給が提供されなければならない。^[8] スカイダイバーはジャンプする前に高度に短時間しか滞在しないため、通常は4,500メートル（15,000フィート）を超えることはありません。^[9]

アームストロング限界は、客観的かつ厳密に定義された自然現象、すなわち体温の水の蒸気圧に関連する高度を表します。1940年代後半、アームストロング限界は、人間の生理学のやや主観的な観察や、低高度で経験する低酸素症の時間依存的影響を超えた、高度に対する新しい基本的で厳格な限界を表しました。低酸素症を避けるため、長い間、アームストロング限界よりはるかに低い高度では与圧服が着用されていました。1936年、イギリス空軍のフランシス・スウェインは、与圧服を着用してブリストル タイプ 138を操縦し、15,230 m (49,970 ft) に到達しました。^[10] 2年後、イタリア軍将校のマリオ・ペッツィは、体温の水が沸騰する高度よりはるかに低い高度であったにもかかわらず 、与圧服を着用してカプロニ Ca.161bis複葉機に乗り、17,083 m (56,047 ft) の高度記録を樹立しました。

体調が良く経験豊富なパイロットが、与圧されていない客室内で航空機を安全に操縦するためには、通常、高度約 15,000 メートル (49,000 フィート) で与圧服が必要となる。^[11]海抜 11,900 メートル (39,000 フィート) を超える高度の与圧されていないコックピットでは、純酸素を呼吸した場合でも、生理的反応として低酸素症が起こり、酸素レベルが不十分なために混乱が生じ、最終的には意識を失う。空気には 20.95% の酸素が含まれている。高度 11,900 メートル (39,000 フィート) で密閉されていないフェイスマスクを通して純酸素を呼吸すると、海抜約 3,600 メートル (11,800 フィート) で通常の空気を呼吸するときと同じ酸素分圧を呼吸していることになる^[要出典]。高度が上がるにつれて、生理的に十分な酸素分圧を維持するために、酸素は加圧された密閉マスクを通して供給されなければならない。使用者が胸部の動きを制限する加圧服または対圧衣類を着用していない場合、高圧の空気により肺が損傷する可能性があります。

アメリカのF-22やF-35などの現代の軍用機は、どちらも運用高度が18,000メートル（59,000フィート）以上であり、パイロットは高高度対応のGスーツである「カウンタープレッシャーガーメント」を着用する。コックピットの圧力が失われた場合、酸素システムは正圧モードに切り替わり、特別に密閉されたマスクに大気圧以上の酸素を送り、カウンタープレッシャーガーメントを比例的に膨張させる。このガーメントは、パイロットが安全な高度まで降下するまで、パイロットの胸部の外側への膨張に対抗して肺の気圧外傷を防ぐ。 ^[12]

• 圧力服技術の進歩: 圧力服技術の最近の進歩により、高高度パイロットや宇宙飛行士の安全性と快適性が向上しました。現代のスーツは、内部圧力を維持しながら、より高い可動性と温度調節を可能にするように設計されています。この進化は、アームストロング限界付近またはそれ以上で動作する可能性のあるミッションにとって非常に重要です^[13]
• 高度訓練における人工知能：高高度飛行に備えるパイロットのために、人工知能を活用した新しい訓練プログラムが開発されている。これらのプログラムは、アームストロング限界を超える条件を含むさまざまな高度シナリオをシミュレートし、パイロットが実際に曝露することなく潜在的な生理学的影響を管理する方法を体験し、学ぶことを可能にする^[14]

• 高山病 – 高地での低酸素状態に急激にさらされることによって起こる病状
• デスゾーン – 標高約8,000メートル（26,000フィート）以上の地域
• 減圧（高度）  – 海抜上昇による周囲の圧力の低下
• 減圧症 – 周囲の圧力の低下によって生じる障害
• 高地が人間に与える影響
• 宇宙飛行が人体に与える影響 – 宇宙飛行に関連する医学的問題
• カルマン線 – 宇宙の端の従来の定義
• エブルリズム – 環境圧力の低下により体液中に蒸気泡が形成される

• 「第 1 章: 飛行の生理学」。米国海軍航空医官マニュアル(PDF)。
• 「高度 100 万フィートでのエブルリズム: 急速/爆発的減圧を生き延びる」。2000 年 9 月 19 日のオリジナルからアーカイブ。
• 「気圧と海抜高度」。エンジニアリング ツールボックス。2016 年 11 月 9 日のオリジナルからアーカイブ。