13.2.1.1 Torso protection

Gegenwärtig wird die ballistische Resistenz von Körperpanzern mit verschiedenen Arten von Testpuppen untersucht. Wenn eine Handfeuerwaffenkugel auf eine Körperpanzerung trifft, wird sie in einem „Netz“ aus sehr starken Fasern aufgefangen. Diese Fasern absorbieren und verteilen die Aufprallenergie, die vom Geschoss auf die Weste übertragen wird, so dass sich das Geschoss verformt oder „aufpilzt“. Jede weitere Materialschicht in der Weste absorbiert zusätzliche Energie, bis das Geschoss aufgehalten wurde. Da die Fasern sowohl in der einzelnen Schicht als auch mit anderen Materialschichten in der Weste zusammenwirken, ist ein großer Bereich des Kleidungsstücks daran beteiligt, das Durchdringen des Geschosses zu verhindern. Dies trägt auch dazu bei, die Kräfte zu zerstreuen, die nicht-penetrierende Verletzungen innerer Organe verursachen können.

Bis vor kurzem konzentrierten sich die wichtigsten Entwicklungen bei der persönlichen Schutzausrüstung für den Torso des Soldaten auf den Schutz gegen ballistische und Splitterbedrohungen. Die jüngsten Entwicklungen und die Verbreitung von Explosionswaffen, deren primärer Verletzungsmechanismus der Explosionsüberdruck ist, wurden jedoch als eine erhebliche Bedrohung für Soldaten erkannt. Die Organe, die durch die Auswirkungen von Explosionsüberdruck verwundbar sind, sind hauptsächlich solche, die Luft enthalten, wie die Lunge, das Gehör und der Magen-Darm-Trakt. Das MABIL von Defense Research and Development Canada (DRDC) wurde entwickelt, um die Entwicklung effizienter persönlicher Schutzsysteme gegen Explosionsbelastungen zu unterstützen. Das MABIL-Surrogat ist eine Nachbildung des menschlichen Torsos und wird zur Messung primärer Explosionsverletzungen verwendet. Das neue Beckenschutzsystem schützt den Beckenbereich des Soldaten, indem es das Eindringen von Schmutz und feinen Trümmern sowie von Munitionssplittern und größeren Trümmern reduziert.

Die Testpuppe umfasst auch medizinische Forschungsergebnisse, die genauere Messungen zur Vorhersage von Verletzungen des Skeletts der Insassen bei Explosionsereignissen unter dem Körper ermöglichen. In einer Explosionssituation, insbesondere bei einer Explosion unter dem Fahrzeug, erzeugt die Kraft eine Druckwelle, und Soldaten, die sich im Weg dieser Energie befinden, sind dem Risiko von Kopf-, Rücken-, Lenden- und Beckenverletzungen ausgesetzt. Die US-Armee hat ihre erste Explosionstestpuppe vorgestellt. Die Puppe soll dazu beitragen, neue Fahrzeuge zu entwickeln, die so widerstandsfähig sind, dass sie eine Sprengung überstehen. Die Puppe ist mit Dutzenden von Hightech-Sensoren ausgestattet und soll dazu dienen, Panzer und andere Fahrzeuge zu entwickeln, die Bomben überleben können.

Eine Druckwelle ist eine Überdruckwelle, die sich in der Luft mit Überschallgeschwindigkeit ausbreitet und in der Regel durch die Detonation eines Sprengstoffs entsteht. Explosionswellen zeichnen sich durch einen Spitzenüberdruck und eine positive Phasendauer aus, die zu Verletzungen der Luft enthaltenden Organe wie der Lunge, des Gehörs und des Magen-Darm-Trakts führen. Derzeit gibt es verschiedene Techniken zur Bewertung der qualitativen und quantitativen Leistung neuartiger Schutzausrüstungen gegen Explosionswaffen. Zur Bewertung von Verletzungen durch Explosionsdruck auf Rumpf und Kopf wird MABIL verwendet (Bouamoul, Williams, & Levesque, 2007), eine Darstellung des menschlichen Rumpfes, die vom DRDC Valcartier entwickelt wurde (Anctil et al., 2004). Eine vollständige Beschreibung des MABIL-Surrogats findet sich bei Anctil et al. (2004), und Abb. 13.1 zeigt den vollständigen Prototyp der DRDC-MABIL-Puppe, die am Hals und an den Hüften abgestützt ist.

Abbildung 13.1. DRDC MABIL-Surrogat (Bouamoul et al., 2007).

Quelle: Anctil, B., Keown, M., Williams, K., Manseau, J., Dionne, J. P., Jetté, F. X., Makris, A. (2004). Entwicklung einer Schaufensterpuppe zur Bewertung von Explosionsunfähigkeit und -tödlichkeit. In Symposium über persönliche Panzerungssysteme, Niederlande (S. 332-344). Copyright Her Majesty the Queen in Right of Canada, as represented by the Minister of National Defence 2005.

Dieses MABIL-Torso-Surrogat ist aus viskoelastischem Shore A 70 (PU70) Polyurethan (Cooper, 1996) hergestellt. In der Studie wurde ein vereinfachtes Finite-Elemente-Modell (FE) von MABIL zur Untersuchung und Vorhersage der Reaktion auf Explosionsüberdruck entwickelt und validiert. Das numerische Modell bestand aus einem vereinfachten dreidimensionalen Schnitt der MABIL-Puppe, der auf Höhe des mittleren Brustbeins aufgenommen wurde und verschiedenen Explosionen ausgesetzt war. Im Allgemeinen waren die numerische Brustwandbeschleunigung und -geschwindigkeit höher als die experimentellen Werte. Das Verhältnis zwischen der numerischen und der experimentellen Brustwandgeschwindigkeit war jedoch über den gesamten Bereich der untersuchten Explosionsbelastungen gleich. In der Studie wurde auch die mechanische Reaktion des MABIL FE-Modells anhand der experimentellen Ergebnisse der MABIL-Membran des DRDC validiert. Obwohl die numerischen Ergebnisse von den experimentellen abwichen, war das Verhältnis zwischen den experimentellen und den numerischen Ergebnissen für die verschiedenen Explosionsszenarien konstant, was darauf hindeutet, dass das verwendete konstitutive Modell die Steifigkeit des für die Konstruktion des Surrogats verwendeten Polyurethans nicht ausreichend vorhersagt. Das DRDC MABIL FE-Antwortverhalten bei einer Explosion wurde auch mit dem menschlichen FE-Torsomodell verglichen, und in allen Fällen war die Antwort des MABIL FE-Modells höher als die des menschlichen FE-Torsomodells.

Die Bedrohung durch Selbstmordattentäter nimmt in den Vereinigten Staaten zu, und daher muss ein sicherer Abstand zwischen dem Selbstmordattentäter und den Ersthelfern festgelegt werden. In einer Studie von Dempsey (2010) wurden tödliche oder verletzende Messungen wie Explosionsüberdruck, Splitterpenetration, Ganzkörperbeschleunigung, stumpfes Trauma durch Druckbelastung und das Einschlagen des Schildes in die Einsatzkräfte in unterschiedlichen Abständen zu den Sprengladungen durchgeführt.

Die Daten des Ironman wurden anschließend analysiert, um die Wahrscheinlichkeit der Todesfälle von Polizeibeamten in verschiedenen Entfernungen zu Sprengladungen unterschiedlicher Größe zu bestimmen. Diese Analysen wurden verdichtet, um vorläufige Kriterien für den Sicherheitsabstand zu ermitteln. Um den minimalen Sicherheitsabstand zwischen Vollzugspersonal und Selbstmordattentätern zu bestimmen, wurden verschiedene tödliche Einwirkungen auf simuliertes Vollzugspersonal während der Detonation einer Sprengladung (mit und ohne Schrapnell), die von einem Attentäter getragen wurde, gemessen. Die Ironman-Puppen wurden dort platziert, wo die Bedrohung durch die Explosion eines von einer Person getragenen improvisierten Sprengsatzes (PBIED) am größten wäre. Zwölf Tests und ein Kalibrierungstest wurden für diese erste Untersuchung durchgeführt. Ein Ironman erlebte die Explosionsumgebung, während er einen ballistischen Minuteman III-A-Schutzschild trug, während ein anderer Ironman die gleiche Situation ohne Schutzschild erlebte. Bei dem Schild handelt es sich um ein faltbares ballistisches Schild, das von Patriot 3 ausschließlich für den Schutz von Handfeuerwaffen hergestellt wird. Der Ironman lieferte Daten zur Letalität/Verletzung, um den sicheren Abstand mit und ohne Schutzschild zu bestimmen. Bei den Tests wurden beide Ironman-Systeme im gleichen Abstand von der Sprengladung und immer im Abstand von 12 Zoll (Schulter an Schulter) aufgestellt. Die Ergebnisse der ersten Testreihen deuten darauf hin, dass mit der getesteten Variable kein „sicherer“ Abstand ermittelt werden konnte. Bei einem Abstand von 60 Fuß waren alle gemessenen Verletzungen gering, mit Ausnahme der Schrapnellpenetration. In den begrenzten Tests schien die getestete ballistische Ausrüstung vom Typ III die meisten PBIED-Splitter auf diese Entfernung zu stoppen. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass die Schrapnellgeschwindigkeiten bei 60 Fuß immer noch hoch sind und die Wahrscheinlichkeit hoher Verletzungen besteht, wenn ein ungeschützter Bereich getroffen wird.

In einem Leitfaden für den EOD 9-Anzug wurde der Anzug mit Hilfe von HYBRID II-Modellauto-Crashtestpuppen gegen Sprengkörper bewertet (EOD 9 Bomb suit, 2010). Vor dem Test wurden die Testpuppen auf einer speziell entwickelten Positionierungsvorrichtung platziert und mit Hilfe eines verankerten Stahlrohrs mit kleinem Durchmesser, das unter jede Achselhöhle geschoben wurde, in ihrer Position gehalten. Die Versuchspersonen können leicht zurückfallen, wenn sie von einer Explosionskraft getroffen werden, wie es in der Natur vorkommt. Die Versuchspersonen wurden mit Druckwandlern ausgestattet, um den Explosionsüberdruck zu messen, der unter dem EOD 9-Anzug am Brustbein übertragen wurde. Es wurden zwei Explosionsbedingungen verwendet. Bei der ersten kniete die Versuchsperson vor einer kugelförmigen 0,567 kg C4-Ladung in 0,70 m Höhe und 0,60 m Abstand, während bei der zweiten eine 10 kg C4-Ladung in einer quadratischen zylindrischen Form in 1 m Höhe und 3 m horizontalem Abstand platziert war. Die Ergebnisse zeigen, dass die EOD 9 Anzüge eine 96%ige Reduzierung des Spitzenüberdrucks im Brustkorb bewirken, wenn die kleine Sprengladung in geringem Abstand angebracht ist, während die durchschnittliche Reduzierung des Überdrucks im Brustkorb mindestens 87% betrug, wenn die größere Sprengladung in 3 m Abstand angebracht war.

Humphrey, See und Faulkner (2008) entwickelten eine Methodik zur Bewertung der Letalität und der Kollateralschäden für das FLM-Programm (Focused Letality Munition), eine neue, nicht fragmentierende, präzisionsgelenkte Waffe, deren Mechanismen der Schadenswirkung sich von den hauptsächlichen Fragmentierungseffekten herkömmlicher Waffen unterscheiden. Medizinische und militärische Unterlagen wurden gesichtet, um Letalitätskriterien für vier FLM-Schadensmechanismen abzuleiten und Richtlinien für Kombinationswirkungen aufzustellen. Die Kriterien wurden erfolgreich angewandt, um den militärischen Nutzen von FLM zu bewerten, und es wurde eine vorläufige Validierung der Verfahren durchgeführt. Das FLM-Programm wurde durchgeführt, um den militärischen Nutzen einer präzisionsgelenkten Waffe mit fokussierter Letalität zu bewerten. Die FLM-Waffe wurde speziell für die Verfolgung hochwertiger Ziele entwickelt, während gleichzeitig die Kollateralschäden außerhalb des Zielgebiets minimiert wurden. Die FLM-Waffe kombiniert zwei Technologien, um im Vergleich zum derzeitigen Stahlhülsengefechtskopf, der eine Fragmentierungswirkung von 2000 Fuß oder mehr hat, einen lokalisierten Tötungsmechanismus zu bieten. Erstens wird bei der Mehrphasensprengstofftechnologie eine Wolframfüllung verwendet, um das Gewicht des Sprengstoffs zu erhöhen und die Nahfeldsprengung im Vergleich zu herkömmlichen Sprengstofffüllungen zu verbessern. Zweitens besteht die Hülle, die die Wolframfüllung umgibt, aus Kohlenstofffasern, die zum Zerbrechen weniger Energie benötigen als eine vergleichbare Stahlhülle. Bei der Detonation zerbricht der Verbundstoff in kleine, nichtmetallische Fasern, wodurch die Splitterwirkung des Gefechtskopfes minimiert wird.

Ballistische Schutzwesten aus Materialien wie Kevlar oder Keramik sind schwer und steif, was die Arbeitsleistung des Soldaten beeinträchtigt. Um den Tragekomfort und die Arbeitsleistung von ballistischen Westen zu verbessern, muss die Druckverteilung erweitert werden und Körperbereiche mit hoher Druckbelastung müssen entlastet werden. Wettenschwiler, Annaheim, Stampfli und Rossi (2012) untersuchten an einem anatomischen Modell (Manikin), das mit Drucksensoren ausgestattet war, die Belastung von ballistischen Westen bei hoher Beanspruchung von Körperteilen. Da das Manikin in der Lage ist, vertikale Bewegungen und Frequenzen auszuführen, die Marschgeschwindigkeiten von bis zu 6 km/h entsprechen, ermöglicht das Modell statische (stehend) und dynamische Messungen (marschierend). Die Belastung von Schulter, Hüfte und Brust wurde bei statischen und dynamischen Experimenten (Marschieren mit 4,5 km/h auf einem Laufband) gemessen, und es wurde festgestellt, dass die Belastung der ballistischen Westen bei dynamischen Tests im Vergleich zu statischen Tests leicht erhöht war. Unterschiede zwischen den verschiedenen Körperteilen wurden nicht festgestellt.