Flight Experiments about Human Reactions to Accelerations which are Followed or Preceded by Weightlessness

Abstract

During the launching phase of manned space or orbital flight, any subject will be exposed to rather high accelerative forces. After burn-out the subject will recover from this stress not in a normal G field, but in the weightless state. On the other hand, the re-entry decelerations will act on a subject who has been exposed for extended periods to weightlessness.

The author conducted flight experiments in jet aircraft, which simulated these “Pre-weightlessness” and “Post-weightlessness” accelerations. By pull-outs and tight diving spirals, subjects were exposed to positive accelerations of up to 6.5 G for periods of as much as one minute, which produced in several cases a marked “black-out”. This acceleration stress was preceded or followed by Kepler ian subgravity trajectories.

It was shown that these alternations of acceleration and the weightless state decrease the acceleration tolerance of the subject and the efficiency of the physiological recovery mechanisms.

The implications for planning of manned space flight are, first, that thrust values and re-entry profiles must take the lower acceleration-tolerance into consideration, and second, that adequate G protection must be designed for the pilot, to prevent dangerous effects of unavoidable high accelerations.

Zusammenfassung

Während des Aufstieges eines Raumfahrzeuges werden die Insassen ziemlich hohen Beschleunigungen ausgesetzt sein. Nach Brennschluß wird sich die Mannschaft von der Andruckwirkung nicht in einem normalen Schwerefeld, sondern in Schwerelosigkeit erholen müssen. Andererseits werden die Beschleunigungen des Wiedereintritts in die Atmosphäre (re-entry) auf Personen wirken, die längere Zeit schwerelos waren.

Der Autor führte Versuche mit Strahlflugzeugen durch, die die Belastung dieser „Vor-Schwerelosigkeits“- und „Nach-Schwerelosigkeits“-Beschleunigungen nachahmten. Durch das Fliegen steiler „Fliehkraft-Spiralen“ wurden Beschleunigungen bis zu 6,5 G für eine Dauer bis zu 60 Sekunden erzeugt, die bei mehreren Versuchspersonen den „Vorhang“ („black-out“) hervorriefen. Unmittelbar vor oder nach diesen „Fliehkraft-Spiralen“ wurde durch das Fliegen von Kepler schen ballistischen Flugbahnen weitgehende Schwerelosigkeit bis zu 45 Sekunden Dauer erzeugt.

Es zeigte sich, daß die alternierende Wirkung von Schwerelosigkeit und Beschleunigung die Beschleunigungsfestigkeit verringert und andererseits die Erholung vom Beschleunigungseffekt verzögert.

Hieraus folgt für die bemannte Raumfahrt: erstens, daß bei der Festlegung der Andruckwerte und der Wiedereintrittsbahnen die geringere Beschleunigungsfestigkeit in Betracht gezogen werden muß; zweitens, daß ein wirksamer Beschleunigungsschutz der Insassen vorzusehen ist, um die gefährliche Wirkung unvermeidlicher, hoher Beschleunigungen herabzusetzen.

Résumé

Durant la, période de lancement des fusées, l’équipage sera exposé à des accélérations relativement grandes. En fin de combustion le sujet devra récupérer non dans un champ de gravitation normal mais dans un état d’absence de pesanteur. D’autre part les décélérations de rentrée seront appliquées à des sujets exposés à une longue période d’absence de pesanteur.

L’auteur a conduit des expériences à l’aide d’avions à réaction afin de simuler ces accélérations de pré-absence ou post-absence de pesanteur. Dans ces piqués ou des ressources en spirale serrée des sujets ont été exposés à des accélérations positives atteignant 6.5 G pendant des périodes allant jusqu’à une minute, produisant dans certaines cas un “voile gris” marqué. Cette tension d’accélération était précédée ou suivie par des trajectoires Kepler iennes sans pesanteur d’une durée allant jusque 45 secondes.

Il a été observé que ces alternances d’accélérations et d’absences de pesanteur réduisaient la tolérance du sujet à ces tensions et l’efficience de ses capacités de récupération physiologiques.

En conséquence la planification des vols spatiaux devra tenir compte dans les profils de poussée et de rentrée balistique de la réduction de tolérance de l’équipage. Une protection anti-G efficace doit aussi être prévue afin de prévenir les effets dangereux des hautes accélérations.