13.2.1.1 Vartalon suojaus
Vartalopanssarin ballistista kestävyyttä arvioidaan tällä hetkellä erityyppisillä nukkeilla. Kun käsiaseen luoti osuu panssarihaalariin, se jää kiinni erittäin vahvojen kuitujen ”verkkoon”. Nämä kuidut vaimentavat ja hajottavat luodista suojaliiviin siirtyvän iskuenergian, jolloin luoti epämuodostuu eli ”sienestyy”. Jokainen liivin peräkkäinen materiaalikerros vaimentaa lisäenergiaa, kunnes luoti on pysäytetty. Koska kuidut toimivat yhdessä sekä yksittäisessä kerroksessa että liivin muiden materiaalikerrosten kanssa, suuri osa vaatteesta osallistuu luodin läpäisyn estämiseen. Tämä auttaa myös haihduttamaan voimia, jotka voivat aiheuttaa ei-läpäiseviä vammoja sisäelimiin.
Aivan viime aikoihin saakka sotilaan ylävartaloa suojaavien henkilökohtaisten suojavarusteiden kehityksessä on keskitytty suojautumiseen ballistiikka- ja sirpaleuhkia vastaan. Viimeaikainen kehitys ja räjähdysaseiden yleistyminen, joiden ensisijainen vammamekanismi on räjähdyksen ylipaine, on kuitenkin tunnustettu merkittäväksi uhaksi sotilaille. Räjähdyksen ylipainevaikutuksille alttiita elimiä ovat pääasiassa ilmaa sisältävät elimet, kuten keuhkot, kuulojärjestelmä ja ruoansulatuskanava. Kanadan puolustusalan tutkimus- ja kehittämisohjelma (DRDC) MABIL on kehitetty auttamaan tehokkaiden henkilökohtaisten suojajärjestelmien kehittämisessä räjähdyskuormitusta vastaan. MABIL-sorrogaatti edustaa ihmisen vartaloa, ja sitä käytetään primaaristen räjähdysvammojen mittaamiseen. Uusi lantion suojausjärjestelmä suojaa sotilaan lantion aluetta vähentämällä lian ja hienojakoisten roskien tunkeutumista räjähdyksen vaikutuksesta sekä pirstoutuvilta ammuksilta ja suuremmilta roskilta.
Testinukke sisältää myös lääketieteellistä tutkimusta, jonka avulla saadaan tarkempia mittaustuloksia, joiden avulla voidaan ennustaa luurangon vammoja räjähdystapahtumien aikana. Räjähdystilanteessa, erityisesti ajoneuvon alla tapahtuvassa räjähdyksessä, voima synnyttää paineaallon, ja tämän energian tiellä olevat sotilaat ovat vaarassa saada pään, selän, lannerangan ja lantion vammoja. Yhdysvaltain armeija on julkistanut ensimmäisen räjähdystestinuken. Nukke auttaa suunnittelemaan uusia ajoneuvoja, jotka kestävät räjähtämisen. Nukke sisältää kymmeniä huipputeknisiä antureita, ja sitä tullaan käyttämään panssarivaunujen ja muiden pommituksista selviytyvien ajoneuvojen luomisessa.
Räjähdys synnyttää ylipaineaallon, joka kulkee ilmassa yliääninopeudella ja joka syntyy yleensä räjähteen räjähtäessä. Räjäytysaalloille on ominaista ylipaineen huippu ja positiivisen vaiheen kesto, joka aiheuttaa vammoja ilmaa sisältäviin elimiin, kuten keuhkoihin, kuulojärjestelmään ja ruoansulatuskanavaan. Tällä hetkellä on olemassa erilaisia tekniikoita, joilla voidaan arvioida uusien suojavarusteiden laadullista ja määrällistä suorituskykyä räjähdysaseita vastaan. Ylävartalon ja pään räjähdyskuormitusvammojen arvioimiseksi käytetään MABILia (Bouamoul, Williams, & Levesque, 2007), joka on ihmisen ylävartalon esitys ja jonka on kehittänyt DRDC Valcartier (Anctil et al., 2004). Täydellinen kuvaus MABIL-surrogaatista on Anctil et al. (2004), ja kuvassa 13.1 on esitetty täydellinen DRDC:n MABIL-nuken prototyyppi, joka on tuettu niskasta ja lantiosta.
Kuvassa 13.1. DRDC:n MABIL-nuken prototyyppi. DRDC MABIL -surrogaatti (Bouamoul ym., 2007).
Lähde: MABIL, 2007: (2004): Anctil, B., Keown, M., Williams, K., Manseau, J., Dionne, J. P., Jetté, F. X., Makris, A. (2004). Nuken kehittäminen räjähdyksen aiheuttaman toimintakyvyttömyyden ja tappavuuden arviointia varten. In Personal armour systems symposium, Alankomaat (s. 332-344). Copyright Her Majesty the Queen in Right of Canada, as represented by the Minister of National Defence 2005.
Tämä MABIL-torson korvike on valmistettu viskoelastisesta Shore A 70 (PU70) polyuretaanista (Cooper, 1996). Tutkimuksessa kehitettiin ja validoitiin MABILin yksinkertaistettu äärellisten elementtien (FE) malli, jolla tutkitaan ja ennustetaan vastetta räjähdyksen ylipaineelle. Numeerinen malli koostui yksinkertaistetusta kolmiulotteisesta leikkauksesta MABIL-nukesta, joka otettiin rintalastan puolivälistä ja johon kohdistettiin erilaisia räjähdyksiä. Yleisesti ottaen numeerinen rintakehän seinämän kiihtyvyys ja nopeus olivat suuremmat kuin kokeelliset tulokset. Numeerisen ja kokeellisen rintakehän seinämän nopeuden suhde oli kuitenkin sama kaikilla tutkituilla räjähdyskuormitusalueilla. Tutkimuksessa validoitiin myös MABILin FE-mallin mekaaninen vaste DRDC:n MABIL-kalvosta saatujen kokeellisten tulosten avulla. Vaikka numeeriset tulokset poikkesivat kokeellisista tuloksista, kokeellisten ja numeeristen tulosten välinen suhde eri räjähdysskenaarioissa oli vakio, mikä viittaa siihen, että käytetty konstitutiivinen malli aliarvioi sijaiskappaleen rakentamiseen käytetyn polyuretaanin jäykkyyden. DRDC:n MABILin FE-vastetta räjähdyksessä verrattiin myös ihmisen FE-vartalomalliin, ja kaikissa tapauksissa MABILin FE-mallin vaste oli korkeampi kuin ihmisen FE-vartalomallin.
Itsemurhapommittajien uhka kasvaa Yhdysvalloissa, ja sen vuoksi on johdettava turvallinen lähestymisetäisyys itsemurhapommittajan ja ensiapuhenkilöstön välillä. Dempseyn (2010) tutkimuksessa tehtiin tappavia tai vammoja aiheuttavia mittauksia, kuten räjähdyksen ylipaine, sirpaleiden tunkeutuminen, koko kehon kiihtyvyys, painekuormituksesta johtuva tylppä trauma ja lainvalvontahenkilöstöön ajettava kilpi eri etäisyyksillä räjähdyspanoksista. Kaikki nämä mittaukset tehtiin itsenäisillä räjähdyksen aiheuttaman tappavuuden nukkeilla, joita kutsuttiin Ironmaniksi.
Ironmanilta saadut tiedot analysoitiin sen jälkeen, jotta voitiin määrittää lainvalvontahenkilöstön tappavuuden/kuoleman todennäköisyys eri etäisyyksillä erikokoisista räjähdyspanoksista. Nämä analyysit tiivistettiin alustavien turvallisen etäisyyden kriteerien tutkimiseksi. Turvallisen vähimmäisetäisyyden määrittelemiseksi lainvalvontahenkilöstön ja itsemurhapommittajien välillä mitattiin erilaisia tappavia vaikutuksia simuloidulle lainvalvontahenkilöstölle pommittajan käyttämän räjähdyspanoksen räjähtäessä (sirpaleineen ja ilman). Ironman-nuket sijoitettiin sinne, missä vastanneet virkamiehet kohtaisivat suurimman uhan, joka aiheutuisi henkilöiden mukana kulkevan improvisoidun räjähteen (PBIED) räjähdyksestä. Tätä alustavaa tutkimusta varten tehtiin kaksitoista testiä ja yksi kalibrointitesti. Yksi rautamies koki räjähdysympäristön Minuteman III-A:n ballistinen kilpi kädessään, kun taas toinen rautamies koki saman ilman kilpeä. Suojakilpi on Patriot 3:n valmistama kokoontaitettava ballistinen suojakilpi, joka on tarkoitettu ainoastaan käsiaseiden suojaamiseen. Rautamies toimitti tappavuutta/vammoja koskevat tiedot turvallisen etäisyyden määrittämiseksi kilven kanssa ja ilman kilpeä. Testauksen aikana molemmat Ironman-järjestelmät sijaitsivat samalla etäisyydellä räjähdyspanoksesta ja aina 12 tuuman etäisyydellä toisistaan (olkapäästä olkapäähän). Ensimmäisten testisarjojen tulokset viittaavat siihen, että testatun muuttujan avulla ”turvallista” etäisyyttä ei voitu määrittää. 60 jalan etäisyydellä kaikki mitatut vammat olivat vähäisiä lukuun ottamatta sirpaleen tunkeutumista. Rajoitetuissa testeissä testatut tyypin III ballistiset suojavarusteet näyttivät pysäyttävän suurimman osan PBIED-sirpaleista tällä etäisyydellä. On kuitenkin huomautettava, että sirpaleiden nopeudet ovat edelleen suuria 60 ft:n etäisyydellä ja todennäköisyys suuriin vammoihin on suuri, jos suojaamattomaan alueeseen osuu.
EOD 9 -pukua koskevassa ohjeessa pukua on arvioitu räjähteitä vastaan HYBRID II -mallin autojen törmäystestinukkejen avulla (EOD 9 Bomb suit, 2010). Ennen testiä nuket asetettiin erityisesti suunnitellulle paikannuslaitteelle ja tuettiin paikalleen ankkuroidulla halkaisijaltaan pienellä teräsputkella, joka työnnettiin kummankin kainalon alle. Nämä nuket voivat pudota taaksepäin, kun räjähdysvoima osuu niihin, aivan kuten luonnollinen reaktio. Nukkeihin asennettiin paineanturi, jolla mitattiin rintalastan kohdalla sijaitsevan EOD 9 -puvun alta välittyvä räjähdyksen aiheuttama ylipaine. Käytettiin kahta räjähdysolosuhdetta. Ensimmäisessä räjähdysolosuhteissa nukke polvistui kohtaamaan 0,567 kg:n painoisen 0,70 m:n korkeudella 0,60 m:n etäisyydellä olevan pallomaisen 0,567 kg:n C4-räjähdyspanoksen, kun taas toisessa 10 kg:n C4-räjähdyspanos oli pakattu neliönmuotoiseen sylinterinmuotoiseen räjähdyspanokseen, joka oli sijoitettu 1 m:n korkeudelle ja 3 m:n etäisyydelle. Tulokset osoittavat, että EOD 9 -puvut vähentävät rintakehän ylipaineen huippua 96 prosenttia, kun pieni panos kohdataan lähietäisyydellä, kun taas keskimääräinen rintakehän ylipaineen vähennys oli vähintään 87 prosenttia, kun suurempi panos kohdataan 3 metrin etäisyydellä.
Humphrey, See ja Faulkner (2008) kehittivät menetelmän tappavuuden ja sivullisvahinkojen arvioimiseksi FLM-ohjelmaa (focused-lethality ammus) varten. FLM on uusi, ei-sirpaloituva, tarkkuusohjattu ase, jonka vahingonvaikutusmekanismit eroavat perinteisten aseiden pääasiallisista sirpalevauriovaikutuksista. Lääketieteellistä ja sotilaallista aineistoa tutkittiin, jotta voitiin määrittää tappavuuskriteerit neljälle FLM:n vahinkovaikutusmekanismille ja laatia suuntaviivat yhdistelmävaikutusten käsittelemiseksi. Kriteerejä sovellettiin menestyksekkäästi FLM:n sotilaallisen hyödyn arviointiin, ja menettelyt validoitiin alustavasti. FLM-ohjelma toteutettiin tarkennetun tappavuuden omaavan tarkkuusohjatun aseen sotilaallisen hyödyn arvioimiseksi. FLM-ase suunniteltiin erityisesti arvokkaiden kohteiden syytteeseenpanoa varten ja samalla minimoitiin sivulliset vahingot kohdealueen ulkopuolella. FLM-aseessa yhdistyy kaksi teknologiaa, joiden avulla se tarjoaa paikallisemman tappomekanismin verrattuna nykyiseen teräskotelon taistelukärkeen, jonka sirpalevaikutus ulottuu vähintään 2000 metrin päähän. Ensinnäkin monivaiheisessa räjähdysaineteknologiassa käytetään volframitäytettä räjähdysaineen painon lisäämiseksi ja lähiräjähdyksen tehostamiseksi verrattuna tavanomaisiin räjähdysainetäytteisiin. Toiseksi volframitäytettä ympäröivä kotelo koostuu hiilikuidusta, joka vaatii vähemmän energiaa murtuakseen kuin vastaava teräskotelo. Räjähdettäessä komposiitti hajoaa pieniksi, ei-metallisiksi kuiduiksi, mikä minimoi taistelukärjen pirstoutumisvaikutukset.
Ballistiset liivit, jotka koostuvat materiaaleista, kuten kevlarista tai keramiikasta, ovat raskaita ja jäykkiä, jotka haittaavat sotilaan työsuoritusta. Ballististen liivien käyttömukavuuden ja työsuorituskyvyn parantamiseksi paineen jakautumista on laajennettava ja suuren painekuormituksen alaisia kehon alueita on kevennettävä. Wettenschwiler, Annaheim, Stampfli ja Rossi (2012) käyttivät paineantureilla varustettua anatomista mallia (nukke) tutkiakseen ballististen liivien aiheuttamaa kuormitusta kehon osiin kohdistuvissa suurissa rasituksissa. Koska nukke pystyy suorittamaan pystysuoria liikkeitä ja taajuuksia, jotka vastaavat jopa 6 km/h:n marssinopeutta, malli mahdollistaa staattiset (seisominen) ja dynaamiset mittaukset (marssiminen). Kuormitus mitattiin olkapäästä, lantiosta ja rintakehästä staattisten ja dynaamisten (marssiminen 4,5 km/h juoksumatolla) kokeiden aikana, ja havaittiin, että ballististen liivien kuormitus kasvoi hieman dynaamisessa testauksessa verrattuna staattiseen testaukseen. Kehon eri osien välisiä eroja ei havaittu.