Bí ẩn hiện tượng bất ngờ già đi và trẻ lại ở phi công

Trọng lực là một lực gia tốc. Điều này có nghĩa là nó tác động lên các vật thể để thay đổi tốc độ vận tốc của chúng. Tất cả các vật thể đều tác dụng lực hấp dẫn lên nhau và lực này là duy nhất vì nó có thể tác dụng trên những khoảng cách rất lớn. Trên và gần hành tinh Trái đất, lực hấp dẫn của hành tinh chúng ta rất lớn do Trái đất có khối lượng lớn nên tất cả các lực hấp dẫn khác về cơ bản là không đáng kể. Lực này đã được tính toán là xấp xỉ 9,82 m/(s^2) , và thường được gọi là 'g', như bạn có thể nhớ lại từ lớp vật lý trung học.

Điều quan trọng cần lưu ý là theo Định luật chuyển động thứ hai của Newton, F = ma, lực hấp dẫn gắn chặt với khối lượng của một vật và thay đổi tỷ lệ thuận với giá trị này. Ví dụ, lực hấp dẫn trên mặt trăng (một vật thể nhỏ hơn nhiều so với Trái đất) chỉ là 1,62 m/(s^2). Lực hấp dẫn là lý do tại sao các vật thể rơi xuống bề mặt Trái đất, và cũng là lực mà cánh máy bay phải chống lại để tạo ra lực nâng. Khi lực nâng của một chiếc máy bay lớn hơn lực hấp dẫn, chuyến bay có kiểm soát sẽ trở nên khả thi như anh em nhà Wright đã chứng minh với thế giới vào năm 1903.

Cơ thể con người, giống như phần còn lại của sự sống trên Trái đất, đã thích nghi với cuộc sống trên cạn, trong đó chúng ta luôn tiếp xúc với lực hấp dẫn của Trái đất (g). Để đơn giản, chúng ta hãy gọi lực hấp dẫn tiêu chuẩn này của Trái đất (9,82 m/s^2 ) là 1G. Tuy nhiên, trong các chuyến bay của phi công, họ có thể gặp phải những tình huống có nhiều hơn hoặc ít hơn hằng số 1G này.

Theo đó, sinh lý của cơ thể của họ đều sẽ bị ảnh hưởng và phản ứng với sự thay đổi của trong lực G. Khi một máy bay đang bay về phía Trái đất và tác dụng lực đẩy lên đường chuyển động đó, thì nó đang tăng tốc với tốc độ đó cộng với 1G (9,82 m/s^2). Khi cùng một máy bay tăng tốc ra để thoát khỏi bề mặt Trái đất, tổng các lực gia tốc sẽ là hiệu số so với lực đẩy và 1G.

Theo đó, lực G tác dụng lên cơ thể người theo các trục (hoặc hướng) khác nhau. Chúng thường được mô tả là các trục x, y, z. Mỗi có một hướng dương (+) hoặc âm (-), trong đó hướng dương là hướng xuống cùng chiều với lực hút của Trái đất và ngược lại.

Gx được mô tả là lực tác động lên cơ thể từ ngực ra sau; Gy là một lực tác dụng từ vai này sang vai khác, và nó gặp phải trong quá trình cuộn aileron (một động tác nhào lộn trên không trong đó máy bay thực hiện một vòng quay 360°). Các phi công nhào lộn thường xuyên gặp phải loại lực G này và vẫn có thể điều khiển máy bay một cách an toàn và chính xác. Gz là lực hấp dẫn tác dụng lên trục thẳng đứng của vật - song song với tủy sống.

Vậy, những lực này ảnh hưởng như thế nào đến khả năng hoạt động của cơ thể? Trục liên quan nhiều nhất đến điều này chính là Gz, bởi lực G được truyền dọc theo trục này diễn ra thường xuyên trong chuyến bay và nó cũng có tác động sinh lý lớn hơn đáng kể. Gia tốc theo trục Gx thường được các phi hành gia trải qua trong quá trình phóng tàu con thoi. Gia tốc Gy thì ít liên quan hơn, nhưng nó cũng đang được chú ý nhiều hơn do sự phát triển của các máy bay chiến đấu thế hệ mới hơn với động cơ đẩy đa hướng như F-22 và F-35. Để đơn giản, thuật ngữ 'G' trong phần còn lại của bài viết thường chỉ được áp dụng cho các lực trong trục Gz.

Hệ thống tuần hoàn bị ảnh hưởng đáng kể nhất bởi lực G tăng lên trong quá trình bay. Ngay cả ở mức 1G, huyết áp ở người khi đang ứng thằng sẽ có áp lực cao nhất ở chi dưới (chân) và thấp nhất trong não (ở sọ não) do trọng lực. Bởi vì cơ thể chúng ta đã thích nghi trong môi trường 1G, chúng ta đã xây dựng các cơ chế để bù đắp cho sự khác biệt này. Và khi lực G tăng lên, hiện tượng sinh lý trên được phóng đại và sự chênh lệch huyết áp giữa sọ não và phần dưới của cơ thể sẽ trở nên lớn hơn và dẫn đến tình trạng thiếu oxy não đáng kể (không có máu = không có oxy). Kết quả cuối cùng là bất tỉnh.

Trong lĩnh vực hàng không, điều này được gọi là G-LOC, hay còn gọi là mất ý thức do G, và cho đến nay nó vẫn là một nguyên nhân chính dẫn đến tình trang mất kiểm soát trong cả hàng không máy bay chiến đấu quân sự và máy bay nhào lộn dân dụng. Ví dụ, trong suốt những năm 1990, Không quân Hoa Kỳ mất khoảng một máy bay mỗi năm do G-LOC.

Ngoài tác động đến tuần hoàn, lực G tăng lên còn làm gián đoạn hô hấp bằng cách chuyển máu đến các đáy phổi, làm xẹp các túi khí nhỏ (gọi là phế nang) và tạo ra sự không tương thích về thông khí/ bơm máu chung do không khí vẫn còn ở phần trên của phổi, nơi có rất ít lưu lượng máu.

Các tác động ít nghiêm trọng khác của lực G là đau cơ xương (thường chỉ giới hạn ở lưng và cổ) và các vết bầm dập nhỏ gọi là chấm xuất huyết do các mao mạch bị vỡ ra. Điều này thường xảy ra ở các khu vực phụ thuộc vào trọng lực của cơ thể và được gọi là Geasles.

Để hạn chế phần nào tác động của lực G, các phi công thường được mặc những bộ quần áo bảo hộ đặc biệt cũng như mặt nạ dưỡng khí. Ngoài ra họ thường xuyên phải trải qua khóa huấn luyện gia tốc G lớn để đề phòng tình huống bất tỉnh trong lúc thực hiện chuyến bay.