بدلة ضغط

بشكل عام، تعمل بدلات الضغط إما عن طريق الضغط غير المباشر على جسم الإنسان، أو عن طريق الضغط المباشر عليه.

الضغط غير المباشر

يتم الضغط غير المباشر عادةً عن طريق تغليف الجسم بغلاف غازي. في هذا النوع، يركز التصميم على ضغط الغاز وحصره، بضغط متساوٍ حول الجسم أثناء حركة مرتدي البدلة، دون أن يعيق ضغط الغاز أو غلاف البدلة حركة الجسم.

يُعدّ الحفاظ على ضغط غاز ثابت أثناء حركة مرتدي البدلة أمرًا صعبًا، لأنّ الحجم الداخلي للبدلة القابلة للنفخ ذات التصميم البسيط يتغير عند ثني مفاصل الجسم. ويحاول ضغط الغاز باستمرار دفع جسم مرتدي البدلة إلى وضعية تكون فيها البدلة منتفخة إلى أقصى حجم لها. وقد يكون التحرك عكس هذا الضغط صعبًا للغاية، ومُرهقًا جدًا لمرتدي البدلة، مما يحدّ من مقدار العمل الذي يمكن إنجازه باستخدامها.

تتطلب بدلات الضغط غير المباشر عمومًا هياكل ميكانيكية مضلعة معقدة عند المفاصل، تُشكل طيات أو جيوبًا مرنة ولكنها غير قابلة للتمدد في جلد البدلة، تعمل على الحفاظ على حجم ثابت للبدلة أثناء حركة مرتديها. توجد هذه الجيوب على جانبي المفصل المرن، وهي مصممة للعمل معًا بتناغم، بحيث عند ثني المفصل، تنضغط الطيات على أحد جانبيه وتتقلص، بينما تتمدد الطيات على الجانب الآخر. تُدعم الهياكل المضلعة عادةً بأسلاك أو أشرطة قماشية للحد من حركتها ومنع أوضاع الثني غير المعتادة التي قد تسبب احتكاكًا بجسم المستخدم. كما تُقيد أسلاك المفصلات الطيات المعقدة، التي قد تنفتح وتمتد لأكثر من متر إذا ما أُطلقت.

تعمل هذه الهياكل المفصلية ذات الحجم الثابت على تقليل إجهاد مرتديها بشكل كبير بحيث لا يضطرون إلى الكفاح باستمرار ضد ضغط البدلة.

الضغط المباشر

يتضمن الضغط المباشر تطبيق الضغط مباشرة على جسم الإنسان باستخدام مادة البدلة، وعادةً بدون أي غلاف غازي إضافي حول مرتديها، والذي يتم توفيره بدلاً من ذلك بواسطة هيكل خارجي صلب يحيط بالشخص.

إحدى الطرق المستخدمة لهذا الغرض تُعرف باسم بدلة الكابستان، والتي تستخدم أنبوبًا قابلًا للنفخ والضغط يُعرف باسم الكابستان، محاطًا بشرائط قماشية متناوبة تلتف حول أنبوب الهواء ومتصلة بنسيج غير مرن يتناسب بشكل وثيق مع شكل جسم مرتديها.

لضمان ملاءمة مثالية للجسم، توجد مجموعات من الأربطة على طول كل طرف. وقد تمتد السحابات أيضًا على طول الطرف لتوفير مساحة كافية لارتداء البدلة. ولتطبيق الضغط، يتم ضغط أنبوب الكابستان، مما يؤدي إلى تمدده وضغطه على شرائط القماش. فتقوم هذه الشرائط بشد البدلة جانبيًا حول جسم مرتديها.

تكمن إحدى مشكلات هذا التصميم في أن نسيج البدلة لا يستطيع الضغط مباشرةً على جسم الإنسان في المناطق ذات الأسطح المنحنية للداخل، بعيدًا عن نسيج البدلة. وتشمل هذه المناطق الإبط، وخلف الركبتين، ومقدمة ومؤخرة منطقة العانة، وعلى طول العمود الفقري.

يمكن استخدام هياكل مثانة الهواء القابلة للنفخ أو رغوة صلبة مصبوبة موسعة، والتي تتناسب مع هذه المساحات المجوفة لتوفير ضغط مباشر على الجلد حيث لا تستطيع مادة البدلة توفير هذا الاتصال بشكل مباشر.

تُطبّق بدلات الضغط الجزئي ضغطًا على أجزاء مُحدّدة من الجسم فقط، ولا تُوفّر الحماية إلا حتى ارتفاع مُعيّن. ^{[ 3 ]} وهي لا تُوفّر الحماية لفترات طويلة في ظروف الضغط الجوي المنخفض. ^{[ 4 ]} أما بدلات الضغط الكامل فتُطبّق ضغطًا على كامل الجسم، ولا يوجد حدّ أقصى للارتفاع.

يستطيع جسم الإنسان البقاء لفترة وجيزة في فراغ الفضاء القارس دون حماية، على عكس ما يُصوَّر في كثير من روايات الخيال العلمي الشائعة . يتمدد لحم الإنسان إلى ضعف حجمه تقريبًا في مثل هذه الظروف، مما يُعطي مظهرًا رياضيًا مفتول العضلات بدلًا من مظهر بالون منتفخ. ويبقى الوعي لمدة تصل إلى 15 ثانية مع بدء ظهور أعراض نقص الأكسجين . ولا يحدث تجمد مفاجئ لأن الحرارة تُفقد بالكامل عبر الإشعاع الحراري أو تبخر السوائل، ولا يغلي الدم لأنه يبقى مضغوطًا داخل الجسم. ويكمن الخطر الأكبر في محاولة حبس النفس قبل التعرض للفراغ، إذ يُمكن أن يُؤدي انخفاض الضغط المفاجئ الناتج إلى تلف الرئتين. وقد تأكدت هذه الآثار من خلال حوادث مختلفة (بما في ذلك في ظروف الارتفاعات الشاهقة، والفضاء الخارجي، وغرف التدريب على الفراغ). ^{[ 5 ] [ 6 ]}

لا يحتاج جلد الإنسان إلى الحماية من الفراغ، فهو محكم الإغلاق ضد الغازات بطبيعته. ^{[ 7 ]} بل يحتاج فقط إلى ضغط ميكانيكي ليحافظ على شكله الطبيعي. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام بدلة جسم مرنة ضيقة وخوذة لاحتواء غازات التنفس، تُعرف ببدلة الأنشطة الفضائية .

في الاتحاد السوفيتي، صمّم المهندس سيان داونز أول بدلة ضغط كاملة في لينينغراد عام 1931. كانت بدلة CH-1 بسيطة ومحكمة الإغلاق، مزودة بخوذة بدون مفاصل، مما استلزم بذل جهد كبير لتحريك الذراعين والساقين عند تعرضهما للضغط. وقد تم تدارك هذا العيب في البدلات اللاحقة. أُجريت أعمال تطوير بدلات الضغط الكاملة خلال الفترة 1936-1941 في المعهد المركزي للديناميكا الهوائية (TsAGI)، كما أجرى معهد غروموف لأبحاث الطيران (LII) أعمالًا مماثلة بعد الحرب العالمية الثانية . أنتج معهد LII أربع بدلات ضغط كاملة تجريبية لأطقم الطائرات، وفي عام 1959 بدأ العمل على بدلات ضغط كاملة لرحلات الفضاء. ^{[ 8 ]} استخدم تشيرتوفسكي اسم "سكافاندر" لبدلات الضغط الكاملة، وهو مشتق من الكلمة الفرنسية " سكافاندر " (بدلة غوص)؛ ومنذ ذلك الحين، أصبح مصطلح "سكافاندر" هو المصطلح الذي يستخدمه الروس للإشارة إلى بدلات الغوص القياسية أو بدلات الفضاء .

في عام ١٩٣١، انتاب الأمريكي مارك ريدج هاجس تحطيم الرقم القياسي العالمي للارتفاع في منطاد مفتوح. وإدراكًا منه أن الرحلة ستتطلب ملابس واقية متخصصة، زار المملكة المتحدة عام ١٩٣٣ حيث التقى بعالم وظائف الأعضاء الاسكتلندي جون سكوت هالدين ، الذي كان قد نشر في عشرينيات القرن الماضي تصميمًا لبدلة ضغط كاملة مصنوعة من القماش. سعى الاثنان إلى طلب مساعدة روبرت هنري ديفيس من شركة سيب جورمان ، مخترع جهاز ديفيس للهروب ، وبفضل موارد هالدين وديفيس، تم بناء نموذج أولي للبدلة. اختبرها ريدج في غرفة ضغط منخفض على ارتفاع محاكاة يبلغ ٥٠ ألف قدم. ومع ذلك، لم يتلق أي دعم لمواصلة العمل، ولم يُقدم على محاولته لتحطيم الرقم القياسي العالمي.

في 28 سبتمبر 1936، سجل قائد السرب إف آر دي سوين من سلاح الجو الملكي الرقم القياسي العالمي الرسمي للارتفاع عند 49967 قدمًا في طائرة بريستول من طراز 138 مرتديًا بدلة مماثلة. ^{[ 9 ]}

في عام ١٩٣٤، أنتج الطيار وايلي بوست ، بالتعاون مع راسل إس. كولي من شركة بي إف جودريتش ، أول بدلة ضغط عملية في العالم. تألفت البدلة من ثلاث طبقات: ملابس داخلية طويلة، وكيس هواء مطاطي، وبدلة خارجية مصنوعة من قماش مطاطي مُستخدم في صناعة المظلات، مُثبتة على هيكل مزود بمفاصل للذراعين والساقين، مما مكّن بوست من تشغيل أدوات التحكم في الطائرة والتنقل منها وإليها. كما زُود الهيكل بقفازات من جلد الخنزير، وأحذية مطاطية، وخوذة من الألومنيوم والبلاستيك مزودة بلوحة وجه قابلة للإزالة، تتسع لسماعات أذن وميكروفون للحلق. في أول رحلة جوية باستخدام البدلة في ٥ سبتمبر ١٩٣٤، وصل بوست إلى ارتفاع ٤٠ ألف قدم فوق شيكاغو ، وفي رحلات لاحقة وصل إلى ٥٠ ألف قدم.

في الولايات المتحدة، بُذلت جهودٌ كبيرة لتطوير بدلات الضغط خلال الحرب العالمية الثانية. وبينما كانت شركة بي إف جودريتش رائدةً في هذا المجال، شملت الشركات الأخرى المشاركة في هذا البحث شركة آروهيد رابر، وجوديير ، ويو إس رابر . وتعاونت جامعة مينيسوتا مع شركة بيل للطائرات والمكتب الوطني الأمريكي للمعايير . وعمل مكتب المعايير وجامعة كاليفورنيا كمركزين لتبادل المعلومات بين جميع الشركات المعنية. لم تُنتَج أي بدلات ضغط فعّالة وقابلة للتنقل بالكامل خلال الحرب العالمية الثانية، لكن هذه الجهود وفّرت أساسًا قيّمًا للتطوير اللاحق. ^{[ 9 ]}

بعد الحرب، أدت الحرب الباردة إلى استمرار تمويل تطوير الطيران، والذي شمل أبحاثًا في الارتفاعات العالية والسرعات العالية مثل طائرة X-1 التابعة للجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية (NACA) . ابتكر جيمس هنري من جامعة جنوب كاليفورنيا بدلة ضغط جزئي باستخدام قناع أكسجين لتوفير الأكسجين المضغوط، مع ضغط الغاز الذي ينفخ أيضًا أنابيب مطاطية تُسمى "كابستان" لشد البدلة وتوفير ضغط معاكس ميكانيكي كافٍ لموازنة ضغط التنفس اللازم لمنع نقص الأكسجين على ارتفاع معين. قدمت شركة ديفيد كلارك الدعم الفني والموارد، وتم اختبار نموذج أولي للبدلة على ارتفاع محاكاة يبلغ 90,000 قدم في قاعدة رايت الجوية عام 1946. طورت شركة ديفيد كلارك تصميم هنري لاحقًا ليصبح بدلة الطيران S-1 وT-1 التي استخدمها طيارو X-1. خلفت طائرة دوغلاس سكاي روكيت طائرة X-1 ، وكان هدفها تجاوز سرعة ماخ 2، مما استدعى تطوير بدلة ضغط محسّنة. فازت شركة ديفيد كلارك بالعقد عام 1951 بأول بدلة ضغط كاملة لها، وهي بدلة الضغط الكاملة من طراز 4. تم تحليقها لأول مرة في عام 1953 بواسطة الطيار ماريون إي كارل من سلاح مشاة البحرية الأمريكية، والذي أصبح أول طيار عسكري أمريكي يرتدي بدلة ضغط كاملة، وفي الوقت نفسه سجل رقماً قياسياً عالمياً غير رسمي في الارتفاع في طائرة سكاي روكيت.

أدت متطلبات الولايات المتحدة لطائرات الاستطلاع عالية الارتفاع، مثل طائرة يو-2 ، والمقاتلات لاعتراض الطائرات السوفيتية عالية الارتفاع، إلى تكليف البحرية الأمريكية بتطوير بدلة ضغط كاملة في خمسينيات القرن الماضي. وبالتعاون مع شركتي بي إف جودريتش وأروهيد رابر، أنتجت البحرية الأمريكية سلسلة من التصاميم التي بلغت ذروتها في تصميمي جودريتش مارك 3 ومارك 4. ورغم أن تصميم مارك 4 كان مخصصًا للاستخدام في الطائرات، إلا أن وكالة ناسا استخدمته لاحقًا مع تعديلات لمشروع ميركوري تحت اسم مارك 5 التابع للبحرية . وفي الوقت نفسه، فازت شركة ديفيد كلارك بعقد إنتاج بدلات لمشروع إكس-15 ؛ وقد تأهلت بدلات إكس إم سي-2 التابعة لها لتكون أولى بدلات الفضاء الأمريكية. ^{[ 10 ]}

قام معهد طب الطيران التابع لسلاح الجو الملكي البريطاني ومؤسسة الطائرات الملكية بتطوير خوذة ضغط جزئي استُخدمت مع بدلة واقية من نوع الكابستان تم شراؤها من الولايات المتحدة. ارتدى والتر جيب وملاحه هذه الخوذة لتحطيم الرقم القياسي العالمي للارتفاع في 29 أغسطس 1955 على متن طائرة إنجلش إلكتريك كانبرا . ومع ذلك، أظهر تقييم البدلة أنها تُعيق حركة مرتديها ولا تتكامل جيدًا مع أنظمة الهروب التابعة لسلاح الجو الملكي البريطاني. وبدلًا من ذلك، اقترح معهد طب الطيران التابع لسلاح الجو الملكي البريطاني بدلة ذات تغطية محدودة توفر حماية من السقوط. لم يُصدر سلاح الجو الملكي البريطاني بدلة ضغط جزئي، مفضلًا بدلًا من ذلك استخدام سراويل مضادة للجاذبية مع سترات ضاغطة (تُطبق ضغطًا ميكانيكيًا معاكسًا على صدر مرتديها).