Когда U.S. военные вошли в Ирак и Афганистан в начале 2000-х годов, они использовали в основном легкие тактические машины, такие как Хамви и другие бронетранспортеры, для защиты войск от баллистических угроз при движении по земле. Однако вскоре повстанцы подвергли эти машины и их пассажиров новому типу угрозы: взрывам мин и самодельных взрывных устройств, или СВУ.
В ответ военные укрепили эти машины дополнительной броней; Повстанцы ответили на это, создав более крупные и мощные бомбы. В конце концов, военные разработали и развернули новый вид боевой машины, противоминные машины с защитой от засад, названные MRAP, каждая из которых содержит не менее 36000 фунтов почти непробиваемой стали, предназначенной для защиты солдат внутри от взрывных осколков.
"Затем военные начали замечать новый вид ранений среди солдат," сказал инженер-механик Роберт Сальзар, главный научный сотрудник Центра прикладной биомеханики Университета Вирджинии. "Это были неожиданные травмы, возникшие в результате попадания высокой энергии в конструкцию транспортного средства, а затем [передачи] в тела боевиков."
Это в некоторой степени аналогично тому, как высокочастотные звуковые волны могут разрушать камни в почках.
Эти частые травмы часто оказывались серьезными, часто с переломами костей ног и таза. Если сломанные кости разорвали артерию, солдат рисковал умереть из-за потери крови. А травмы, которые можно было выжить, привели к длительным госпитализациям, ампутациям, длительным реабилитациям и пожизненной инвалидности.
MRAP были оснащены бронированным V-образным корпусом, предназначенным для отвода взрывчатых веществ от машины. В этом отношении машины показали себя очень хорошо, но энергия, содержащаяся во взрывной волне, оставалась проблемой.
"Конструкция была хороша для обеспечения живучести машин и защиты от летящих обломков истребителей, но не всегда подходила для людей внутри," Сальзар сказал. "Военные стремились провести исследования, чтобы лучше понять, как происходили эти травмы от взрыва под телом и как можно уменьшить энергию взрывной волны. Им нужно было лучше понять, как тело ведет себя при большом ускорении."
Сальзар и группа исследователей из Центра прикладной биомеханики, который в основном изучает травмы, возникающие в автокатастрофах, выиграли контракты с Соединенным Королевством.S. Армия разработает и проведет серию исследований для лучшего понимания повреждений в результате взрыва под телом и предложит решения по снижению травм, которые могут быть включены в конструкции боевых машин следующего поколения.
Их задача, по сути, состояла в том, чтобы смоделировать среду взрыва в лабораторных условиях и, в измеренных условиях, получить подробную информацию о том, что происходило.
"Мы разработали группу тестов, чтобы точно узнать, что происходит с человеческим телом, когда он подвергается сильным ускоренным и кратковременным нагрузкам снизу," Сальзар сказал. "Нам нужно было точно знать, когда тело начинает ломаться, а затем придумать дизайн, который уменьшит энергию, прежде чем мы достигнем этой точки."
Команда разработала систему горизонтальных салазок, которая чрезвычайно быстро разгонялась с места до скорости взрыва, имитируя последствия взрыва. Установка, в которой манекен для краш-тестов размещается в сидячем положении, подвергает манекен движению, очень похожему на летчика реактивного истребителя, выбрасываемого из самолета, за исключением гораздо более высокой скорости. В некоторых исследованиях манекены носили защитные жилеты и другое снаряжение, как воины в боевой одежде, а в некоторых исследованиях – без такого снаряжения. Исследователи стремились понять, как дополнительный вес защитного снаряжения может повлиять на тяжесть потенциальных травм.
Сальзар обнаружил травмы стоп, голени, таза и позвоночника, похожие на то, что на самом деле происходило на поле боя. Он смог измерить передачу энергии, когда она двигалась вверх через "пол" в нижние конечности и в область таза.
"Чтобы спроектировать автомобиль, который сводит к минимуму травмы при высоких ускорениях, вы должны сначала понять, как эти травмы возникают," Сальзар сказал. "Мы не можем уничтожить энергию, но мы можем играть с ней; например, мы можем преобразовать нагрузку в импульс меньшей по величине и большей продолжительности, что значительно изменит характер травм."
Один из способов, по его словам, – это ограничить энергию, поступающую к солдатам, путем выделения некоторой энергии извне, "жертвенные слои" из материала под автомобилем, который сведет к минимуму передачу энергии в салон автомобиля.
"С помощью наших тестов мы смогли охарактеризовать то, что происходит при этих взрывах – силы, приходящие на них, и исходящие травмы," Сальзар сказал. "Понимая эти травмы и то, как они произошли, мы можем дать рекомендации, которые очень хорошо могут уменьшить серьезные травмы и смерть солдат, которые сражаются в следующей войне, на боевых машинах следующего поколения."