Odrzutowce poza kontrolą! Historia odkrycia przez USAAF błędów projektowych doprowadzających do katastrof samolotów

0
Zdjęcie odrzutowca FJ-2 Fury w barwach US Marines fot Sgt. W.A. Butterbaugh, USMC (Domena publiczna), via Wikimedia Commons

Jeszcze na początku lat 50-tych młody porucznik amerykańskiego lotnictwa zdał sobie sprawę z fatalnego błędu w konstrukcji kokpitu samolotów odrzutowych Stanów Zjednoczonych. Tę bardzo interesującą historię Todd Rose wyjaśnia we fragmencie swojej książki „The End of Average”.

Pod koniec lat 40. XX w. siły powietrzne Stanów Zjednoczonych miały poważny problem: ich piloci nie mogli utrzymać kontroli nad swoimi samolotami. Był to świt lotnictwa odrzutowego, a samoloty były szybsze i bardziej skomplikowane w locie. Problemy te były tak częste i dotyczyły tak wielu różnych samolotów, że siły powietrzne miały w tych samolotach alarmujący, tajemniczy problem na poziomie życia i śmierci swoich lotników. „To był trudny czas na latanie” – powiedział mi jeden z emerytowanych lotników. „Nigdy nie wiedziałeś, czy wrócisz czy skończysz w błocie”. W najgorszym momencie w ciągu jednego dnia rozbiło się nawet 17 pilotów.

W przypadku takich wypadków w trakcie ćwiczeń miały miejsce dwa oficjalne oznaczenia: incydenty (incidents) i wypadki (accidents), a ich zakres wahał się od nagłych, niezamierzonych „nurkowań” samolotów i idących za tym bardzo nieudolnych lądowań, aż po rozbicie samolotów powodujące ofiary śmiertelne.

Początkowo władze lotnicze obwiniały ludzi w kokpitach za „błąd pilota”, powołując się na niego jako główną przyczynę w raportach z wypadków. Taka ocena wydawała się rozsądna, ponieważ awarie techniczne były rzadkością w samych samolotach. Inżynierowie wielokrotnie to potwierdzali, testując mechanikę i elektronikę, gdzie nie stwierdzali żadnych usterek. Piloci również byli zdezorientowani. Jedno, co wiedzieli na pewno: że ich umiejętności pilotażu nie były przyczyną tych wypadków.

Jeśli nie jest to błąd człowieka lub błąd mechaniczny, co to jest?

Po licznych dochodzeniach bez większych wniosków urzędnicy zwrócili wreszcie uwagę na projekt samej kabiny. Już w 1926 roku, kiedy armia zaprojektowała pierwszy kokpit, inżynierowie zmierzyli parametry fizyczne setek męskich pilotów, wtedy jeszcze nikt poważnie nie rozważał możliwości kontrolowania samolotu przez kobietę. Następnie wykorzystali te dane do ujednolicenia wielkości kokpitu. Przez kolejne trzy dekady wielkość i kształt fotela, odległość do pedałów i kierownicy, wysokość przedniej szyby, a nawet kształt kasku były zgodne ze średnią pilotów z 1926 roku, jednak nie z wymiarami współczesnych pilotów.

Dopiero gdy inżynierowie wojskowi na poważnie już zaczęli się zastanawiać, czy od 1926 roku piloci nie stali się jeszcze więksi, w celu uzyskania zaktualizowanej oceny „wymiarów” pilotów, siły powietrzne zezwoliły na przeprowadzenie największego badania pilotów, jakie kiedykolwiek miało miejsce.

W 1950 roku badacze z Bazy Sił Powietrznych Wright w Ohio zmierzyli dokładnie ponad 4000 pilotów w aż 140 rożnych parametrach, łącznie z długością kciuka, wysokością krocza i odległością od ucha do ucha pilota, po czym obliczyli średnią dla każdego z tych wymiarów. Wszyscy wierzyli, że lepsze obliczenie przeciętnego pilota doprowadzi do lepszego dopasowania kokpitu i zmniejszy liczbę wypadków – lub prawie wszystkich. 

Był jednak jeden nowo zatrudniony 23-letni naukowiec, który miał poważne wątpliwości.

Gilbert S. Daniels nie był osobą, którą normalnie kojarzyłbyś z testosteronową tradycją walki powietrznej. Był smukły i nosił okulary. Lubił kwiaty i prowadzenie ogrodu, a w szkole średniej był prezesem Klubu Ogrodów Botanicznych. Kiedy prosto z uczelni dołączył do Lotniczego Laboratorium Medycznego w Bazie Sił Powietrznych Wright, nigdy wcześniej nawet nie był w samolocie. Jednak to nie miało znaczenia. Jego zadaniem jako młodszego badacza było mierzenie kończyn pilotów za pomocą taśmy mierniczej.

Jego praca licencjacka składała się z przekrojowego porównania kształtu 250 męskich rąk studentów Harvardu. Badani studenci Danielsa pochodzili z bardzo podobnych środowisk etnicznych i społeczno-kulturowych (tj. białych i bogatych), jednak co ciekawe, ich ręce wcale nie były podobne. Jeszcze bardziej zaskakujące jest to, że gdy Daniels uśrednił wszystkie swoje dane, przeciętna ręka nie przypominała żadnych indywidualnych pomiarów. Nie było czegoś takiego jak przeciętny rozmiar ręki. „Kiedy opuściłem Harvard, było dla mnie jasne, że jeśli chcesz zaprojektować coś dla pojedynczego człowieka, to średnia jest całkowicie bezużyteczna” – zauważył Daniels.

Kiedy więc siły powietrzne skierowały go do pracy z pomiarem pilotów, Daniels miał prywatne przekonanie o średnich pomiarach, które odrzucały prawie sto lat ówczesnej filozofii projektowania wojskowego. Siedząc w Aero Medical Laboratory i mierząc ręce, nogi, talie i czoło, wciąż zadawał sobie to samo pytanie w głowie: Ilu pilotów ma tak naprawdę średni rozmiar?

Gilbert postanowił dowiedzieć się o tym. Wykorzystując pomiary z 4063 pilotów, obliczył średnio 10 cech fizycznych, które zostały uznane za najważniejsze dla projektu w tym wysokość, obwód klatki piersiowej i długość rękawa. W ten sposób uzyskał rozmiar „przeciętnego pilota”, co według badacza było wielkością pilota, którego parametry mieszczą się w średnim 30% zakresie wartości dla każdego parametru. Tak więc, na przykład, gdy po obliczeniach uzyskano średni wzrost 175 cm, Daniels określił wzrost dla „przeciętnego pilota” z 170 do 180 cm. Następnie starannie, jeden po drugim, porównywał każdego pilota z tymi wartościami średnimi.

Do tego czasu wśród jego kolegów z sił powietrznych panowała powszechna zgoda co do tego, że zdecydowana większość pilotów zmieści się w średnim zakresie dla większości parametrów. Ostatecznie pilotów wstępnie dobrano tak, aby pasowali do przeciętnych parametrów. (Na przykład, jeśli masz 200 cm wzrostu, nigdy nie będziesz pierwszym, który zostanie przyjęty jako pilot.) Naukowcy założyli, że znaczna liczba pilotów będzie odpowiadać średniemu zakresowi wszystkich 10 parametrów. Jednak Gilbert Daniels był zdumiony, kiedy ustalił prawdziwą liczbę takich pilotów…

ZERO

Z 4 063 pilotów żaden nie zmieścił się w średnim zakresie na wszystkich 10 pomiarach. Jeden pilot może mieć długość ramienia większą niż średnia, ale krótszą niż średnia długość nogi. Inny pilot może mieć dużą klatkę piersiową, ale małe biodra. Jeszcze bardziej zdumiewające jest to, że jeśli wybierzesz tylko trzy z dziesięciu wymiarów – powiedzmy obwód szyi, obwód uda i nadgarstka – to mniej niż 3,5 procent pilotów będzie miało średnie rozmiary na wszystkich trzech wymiarach. Ustalenia Danielsa były jasne i niepodważalne. Nie było czegoś takiego jak przeciętny pilot! Wniosek był jeden – jeśli zaprojektowałeś kokpit tak, aby pasował do przeciętnego pilota, to w rzeczywistości zaprojektowałeś go tak, aby nie pasował do nikogo.

Objawienie Danielsa było tak znaczące, że potrafiło zakończyć erę podstawowych założeń dotyczących cech indywidualnych i rozpocząć nową erę. Oczywiście nawet najważniejsze pomysły wymagają właściwej interpretacji. Lubimy myśleć, że fakty mówią same za siebie, ale w rzeczywistości tak nie jest. 

Tendencja do myślenia w kategoriach „przeciętnego człowieka” jest pułapką, która prowadzi do wielu błędnych obliczeń” – pisał Daniels w 1952 roku. – Niemal niemożliwe jest znalezienie przeciętnego pilota, nie z powodu indywidualnych cech jego grupy, ale z powodu szerokiego zakresu parametrów w wielkości ciała wszystkich ludzi.

Zaprojektowany w latach 40-tych F-86A Sabre. Był to pierwszy amerykański samolot wyposażony w fotel pilota z katapultą, który był wyrzucany energią znajdującego się pod nim ładunku wybuchowego. fot. Paul Maritz.

Zamiast sugerować, że ludzie powinni dokładać większych starań, aby dostosować się do sztucznego ideału normalności, analiza Danielsa doprowadziła go do kontrowersyjnego wniosku, który służy za podstawę tej książki: Każdy system zaprojektowany wokół przeciętnego człowieka jest skazany na porażkę.

Daniels opublikował swoje wyniki w 1952 roku w notatce technicznej dla sił powietrznych zatytułowanej „The Average Man?” W niej argumentował, że jeśli armia chce poprawić wydajność swoich żołnierzy, w tym pilotów, musi zmienić konstrukcję każdego środowiska w którym żołnierze mają pracować. Zaleca się radykalne zmiany: środowisko powinno odpowiadać poszczególnym parametrom, a nie jak dotychczas średniej.

Zaskakująco i ku czci dowództwa sił powietrznych, generałowie wysłuchali argumentów naukowca. Wszystkie stare projekty sił powietrznych były oparte na poszukiwaniu pilotów średniego wymiaru, wyjaśniał Daniels. – Ale kiedy pokazaliśmy im że „średni pilot” jest bezużyteczną koncepcją, znaleźli siłę, aby skupić się na projektowaniu kokpitów indywidualnie dla każdego pilota. Wtedy wszystko zaczęło się zmieniać na lepsze.

Odrzuciwszy orientację na wartości średnie, siły powietrzne zapoczątkowały rewolucję w filozofii projektowania wojskowego, opartą na głównej zasadzie: indywidualnej adaptacji. Zamiast dopasowywać osobę do norm systemu, armia zaczęła dostosowywać system do jednostki. Siły Powietrzne USA natychmiast zaproponowały nowe wymagania, aby kokpity odpowiadały wszystkim pilotom, których rozmiary mieszczą się w zakresie rozkładu od 5% do 95% dla każdej istotnej cechy.

Kiedy producenci samolotów dowiedzieli się o nowych wymaganiach, zaczęli się im opierać, nalegając, że zmiany będą kosztować zbyt wiele i zajmą lata, aby rozwiązać związane z nimi problemy techniczne. Jednak wojsko odmówiło kompromisu, a następnie – ku zaskoczeniu wszystkich inżynierowie lotnictwa szybko zaproponowali dość tanie i łatwe do wdrożenia rozwiązania. Mianowicie zaprojektowali oni regulowane fotele oraz technologię, która jest obecnie standardem we wszystkich pojazdach. Opracowali regulowane pedały a także regulowane paski na kask i kombinezony lotnicze.


Fotel katapultowy od naddźwiękowego myśliwca F-4 Phantom 

Po wdrożeniu tych i innych rozwiązań projektowych znacznie wzrosła wydajność pilotów. Wkrótce przedstawiono podobne wymagania dla każdego typu wojsk w armii amerykańskiej, aby sprzęt i wyposażenie odpowiadały szerokiemu zakresowi parametrów ciała dla tych wyimaginowanych i nierealnych dla „przeciętnego” żołnierza wartości.

Dlaczego wojsko chciało tak szybko dokonać tak radykalnej zmiany? Ponieważ zmiana systemu nie była ćwiczeniem intelektualnym – było to praktyczne rozwiązanie pilnego problemu. Kiedy piloci lecący szybciej niż prędkość dźwięku musieli wykonywać trudne manewry przy użyciu skomplikowanego układu sterowania, nie mogli sobie pozwolić na to, aby mieć wskaźnik poza zasięgiem wzroku lub przełącznik ledwo dostępny. W sytuacji, w której decyzje w ułamku sekundy oznaczały różnicę między życiem a śmiercią, piloci byli zmuszeni do działania w środowisku, które było z racji błędów w projektowaniu ułożone przeciwko nim.

Jak widać ta krótka historia z młodym naukowcem i armią w tle pokazuje, że czasem dla dobrego efektu warto postawić na jednostki, a średnia wartość często bywa tą najgorszą.

Tłumaczenie RFpNeFeFiFcL

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Dodaj proszę swój komentarz!
Tutaj wpisz swoje imię