Gスーツ

Gスーツ、または耐Gスーツは、高レベルの加速力（g）にさらされる飛行士や宇宙飛行士が着用するフライトスーツです。加速時に下半身に血液が溜まり、脳に血液が届かなくなることで起こるブラックアウトやg-LOC（g誘発性意識喪失）を防ぐために設計されています。^[1]ブラックアウトとg-LOCは、多くの致命的な航空機事故を引き起こしています。^[2]

血液が体の下部に溜まると、脳への血液が不足します。脳への血流不足により、まずグレーアウト（視界が暗くなる、ブラウンアウトとも呼ばれる）が発生し、次にトンネル視野、最終的には完全に視界が失われる「ブラックアウト」が発生し、最後に重力による意識喪失、つまり「重力による意識喪失」が起こります。航空機のパイロットにとって重力による意識喪失の危険性は、重力が緩和されても感覚が完全に回復するまでに一定期間、方向感覚が失われるため、さらに大きくなります。重力スーツは重力閾値をそれほど上げませんが、過度の身体的疲労なしに高い重力をより長く持続することを可能にします。一般的な人の安静時の重力耐性は、人によって異なりますが、3～5 g です。重力スーツは通常、その限界に 1 g の耐性を追加します。パイロットは、下半身の血液のたまりを減らすために、腹部の筋肉を緊張させて血管を引き締める「G 緊張操作」を今でも練習する必要があります。G スーツを着用していても、高い G は快適ではありません。古い戦闘機では6 G は高いレベルと考えられていましたが、現代の戦闘機では構造上 9 G 以上に耐えることができます^{[引用が必要] 。そのため、近接}空中戦闘で高い機動性を維持するには、パイロットが重要な要素となります^{[引用が必要]}。

Gスーツは特殊な衣服で、通常はぴったりとしたズボンの形をしており、飛行士や宇宙飛行士が着用するフライトスーツの下または上に（デザインによって異なる）フィットする。ズボンには膨張可能な袋が取り付けられており、航空機または宇宙船のG感知バルブを介して加圧されると、腹部と脚をしっかりと圧迫し、急加速時に脳からの血液の流出を制限する。さらに、現代の非常に高いGの航空機では、肺にわずかな圧力を加えることで（陽圧呼吸） 、抗Gスーツの効果を高め、高Gへの抵抗力も高めている。抗Gスーツと陽圧呼吸の効果はシミュレーターで簡単に再現できるが、遠心分離機などの装置で人工的に生成できるのは継続的なGのみである。^[3]

様々なデザインのGスーツが開発されてきた。最初は下半身と脚の周りに水を満たした袋が使われた。後のデザインでは、圧力をかけた空気を使って袋を膨らませるようになった。これらのGスーツは液体入りのものより軽量で、今でも広く使われている。しかし、スイスのライフサポートシステムAG社とドイツのオートフルーク社が協力して、ユーロファイタータイフーン機で使用するための新しいリベルスーツを設計した。このスーツは媒体を液体に戻して性能を向上させた。リベルスーツはアメリカ空軍による採用が検討されている。^[4]

1917年にはすでに、重力によるパイロットの意識喪失（G-LOC）の事例が記録されており、「空中失神」と呼ばれていた。^{[5] [6]}

1920年代のシュナイダートロフィーレースに参加したイギリス空軍の高速飛行パイロットに要求された急旋回が失明を引き起こすという認識から、視力の一部喪失のみで「グレーアウト」に制限するために4Gに制限されました。^[7]

1931年、シドニー大学の生理学教授フランク・コットンは、人体の重心を決定する新しい方法を説明した。これにより、加速時の体内の質量の変位を記述することが可能になった。 ^{[8]コットンは、1940年}のバトル・オブ・ブリテンの際に反重力スーツの必要性を認識していた。パイロットの死亡の30%は、ブラックアウトを含む事故によるものと推定されていた。特にスーパーマリンのスピットファイアは、急旋回が可能で、高い重力加速度を発生させ、射撃や敵の攻撃を避けるために急降下するとブラックアウトを引き起こした。^[9]

1930年代後半に高速単葉戦闘機が開発されると、戦闘中の加速力はより激しくなった。^{[6] [10]} 1940年には早くも一部の航空機にラダーペダルの上にフットレストが付いており、戦闘中にパイロットの足を上げることで高速旋回の悪影響を最小限に抑える試みがなされていた。このような機動ではラダーを大きく振る必要はなかったが、敵の旋回半径内に切り込むことは必要だった。^[要出典]

ウィルバー・R・フランクスは1938年に水を満たしたシステムを提案し、政府からの資金援助がない中で、私費で自分に合ったサイズの試作品を製作したが、適切な航空機が入手できなかったため、作業は制限された。1940年に英国は彼の研究を支援するためにスーパーマリン スピットファイアを提供した。^[7]最初のGスーツ^[11]は、 1941年にトロント大学バンティング・アンド・ベスト医療研究所のフランクス率いるチームによって開発された。^{[12]このスーツは}ダンロップ社 によって製造され、1942年に北アフリカ侵攻のトーチ作戦^[13]中にスーパーマリン シーファイアに乗った第807飛行隊 艦隊航空隊（FAA）のパイロットによって初めて実戦使用された。これらの装置は脚の周りに水を満たした袋を使用し、2つのマーク（バージョン）が開発された。

• フランクス マーク I スーツは、イギリス空軍の ホーカー ハリケーンおよびスーパーマリン スピットファイアのパイロットによって使用されました。
• フランクス マーク II スーツは、アメリカ陸軍航空隊とカナダ王立空軍のパイロットによって使用されました。

パイロットが航空機のストレス限界を超えることや、敵に存在がバレる可能性が懸念されたため、イギリス空軍によるこのスーツの採用は制限された。^[7]

オーストラリアのシドニー大学のフランク・コットン教授は、最初の成功したガス作動式耐Gスーツを設計しました。^[14]研究は1940年後半に開始され、伸縮性のない素材で外側を覆われたゴム袋を備えたスーツが設計されました。飛行中にG力が増加すると、袋が自動的に膨らみます。このスーツはシドニー医科大学で開発されました。コットンは、厳しい戦時警備の下、シドニー大学のアンダーソン・スチュアート・ビルで最初の人間遠心分離機を建設しました。志願した若い飛行士たちは、足を遠心​​分離機に固定され、高G力にさらされ、意識を失うまで監視されました。全員が意識を失いました。1942年2月19日、日本軍がダーウィンを大爆撃した日に、コットンのスーツは連合国の戦争責任者によって承認されました。アメリカはすぐにコットンの設計に基づいたスーツの製造命令を出しました。^[15]コットンスーツは後にハリケーン、キティホーク、スピットファイアで飛行テストされ、約2Gの保護を提供しました。これはイギリス空軍生理学研究所で検査され、イギリス空軍は1944年にすでに採用されていたフランクGスーツとコットン耐Gスーツの競争試験を実施しました。フランクスーツは自己完結型で、生産契約が用意されていましたが、両方を同時に開発する能力が不十分だったため、イギリス空軍はそれを引き受けることができませんでしたが、イギリス空軍に引き受けるよう推奨しました。^[7] イギリス空軍は、「コットンスーツが最高の保護を提供するのは間違いない」と結論付けました。コットンスーツのガス膨張式ブラダーの使用は、現代の耐Gスーツでもまだ使用されています。^[14]

米国では、メイヨー クリニックの極秘研究室で働いていた生理学者のアール H. ウッド、エドワード バルデス、チャールズ コード、エドワード H. ランバートの各博士が、高 G 時に失神や意識不明を引き起こす特定の生理学的影響の定義に貢献しました。高 G の生理学的影響に関する新たな理解に基づき、彼らはコットンとフランクスの研究から派生した、より実用的な G スーツを開発した。このスーツはコットン スーツのように膨張を利用した。コットン教授の設計は興味深いものでしたが、彼は血流よりも重心に重点を置いていました。この後者の点が、戦闘時に着用できる実用的な耐 G スーツを作る鍵となりました。^[12] このスーツは、第二次世界大戦の終わり頃に米国のパイロットによって着用されました。^{[11] [16] [17] [18] [19]}

研究者らは、高性能飛行が軍のパイロットに与える影響について調査するためにメイヨー・クリニックで結成されたチームの一員であり、飛行の生理学的影響とその緩和方法を研究した。彼らは大型の遠心分離機を使ってパイロットを回転させ、特殊な器具で頭部と心臓の血圧を観察した。血圧の低下を防ぐため、チームはパイロットのふくらはぎ、太もも、腹部を膨らませるエアブラダースーツを設計した。^{[20]メイヨーの研究者らが行った主な貢献は、脈動する水で満たされたブラダーから脈動しない空気で満たされたブラダーへの移行を可能にし、目と脳の灌流を維持するためには}静脈還流ではなく動脈圧の維持が必要であることを示したことであった。^[21] GPSスーツのプロトタイプは「動脈閉塞スーツ」（AOS）またはクラーク・ウッドスーツと呼ばれ、ウッドとデイブ・クラーク（メイヨーのチームのために初期のスーツを製造したデイブ・クラーク社の社長）にちなんで名付けられました。^[22]

彼らの努力は、1943年後半に最初の米軍設計であるGPS（傾斜圧力スーツ）タイプの戦闘機パイロット用G-1耐重力スーツのリリースでようやく最高潮に達した。^[23]チームはその後、1944年以降もさらに高度なモデルの開発に取り組んだ。^[23]

使用するのは不快で気が散るが、その後の研究では、Gスーツを着用した軍の戦闘機パイロットは、着用しなかったパイロットよりも多くの生存者と敵を倒したことが明らかになった。^[19]

現代の G スーツは、米国空軍規格 CSU-13B/P および米国海軍規格 CSU 15 A/P に準拠しています。

第二次世界大戦中、ドイツのヘンシェル Hs 132 (飛行せず) と米国のノースロップ XP-79 (最初の動力飛行で墜落) ジェット機は、脚部の血液のたまりを最小限に抑えるために伏せ姿勢をとっていた。 ^{[24] 1945 年以降、イギリスは}大幅に改造されたグロスター ミーティア F8ジェット戦闘機と、ピストン エンジンの練習機であるリードとシグリスト RS3 「ボブスレー」で伏せ姿勢の飛行を実験した。しかし、伏せ操縦に関連するその他の困難と、通常の着席姿勢で実用的な G スーツの開発により、これらの実験は中止された。

同様のコンセプトとして、仰向けコックピットも存在します。

空中ベースのGスーツは、1950年代以降、すべての国のNATO航空機で非常に一般的に使用され、現在でも一般的に使用されています。^{[引用が必要]}

マクドネル・ダグラス F-15 イーグル、ジェネラル・ダイナミクス F-16 ファイティング・ファルコン、ボーイング F/A-18 スーパーホーネット、ユーロファイター・タイフーン、ダッソー・ラファールなどの後期ジェット機は、長時間にわたり高重力負荷に耐えられるため、より肉体的に厳しいものとなっている。最新の重力スーツと耐重力負荷技術を組み合わせることで、訓練を受けたパイロットは、現在では最大 9 重力加速度に耐え、意識を失うことがないことが期待されている。^[要出典]

宇宙飛行士は飛行士と同様のGスーツを着用しますが、微小重力の影響により異なる課題に直面します。飛行士のGスーツは、高加速度の影響を最小限に抑えるために下肢に均一な圧力をかけますが、カナダ宇宙庁^[25]の研究によると、上半身への血流を増やすために「ミルキングアクション」を使用する宇宙飛行士用スーツには利点がある可能性があります。 ^[要出典]

レッドブル エアレース ワールド チャンピオンシップのパイロットは、2009 年シーズンから G レース スーツと呼ばれる G スーツを着用しています。G レース スーツは、液体 (水) で満たされ、自律的で航空機から独立して機能する全身 G 保護システムです。パイロットごとにカスタマイズされ、ひもで微調整できます。^{[引用が必要]}

G レーススーツには、液体で満たされた密閉されたチューブである、いわゆる「流体筋肉」が 4 つあります。各流体筋肉は肩から足首まで伸びています。2 つの流体筋肉 (それぞれ約 1 リットルの液体で満たされ、合計で 1 着の G レーススーツあたり約 4 リットル (1.1 米ガロン)) が G レーススーツの前面に垂直に配線され、2 つの流体筋肉が G レーススーツの背面に垂直に配線されています。スーツの総重量は平均 6.5 キログラム (14 ポンド) で、生地はトワロンとノーメックスの特別な混合素材で作られています。カウンター プレッシャー効果は、標準的な空気圧式の膨張式 G スーツで完全なシステム保護に達するまでに最大 2 秒の遅延があるのに対し、時間遅延なしで瞬時に発生します。レース パイロットは、筋肉の緊張と呼吸法によって G レーススーツをインタラクティブに使用して、心拍出量を改善し、G 保護を改善します。^[26]

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• シドニー大学 – 生理学部の歴史
• リベルGマルチプラス