Kypärän tehtävänä ei ole ainoastaan pysäyttää siihen iskevä ammus, vaan myös estää vakavat vammautumiset ja kuolemat. Nämä saadaan kuriin kehittämällä testimenetelmiä ja löytämällä yhteys päävammoihin.
Olemme vuosien saatossa puhuneet paljon ballistista suojakypäristä ja myös testanneet paljon erilaisia materiaaleja. Tarkoituksenamme on ollut auttaa loppukäyttäjiä ymmärtämään lyöttymän merkitys vammauttavana tai jopa tappavana tekijänä. Moni ostaa edelleen kypäränsä kiinnittämättä riittävästi huomiota tähän asiaan.
Jos kypärä ei palvele tarkoitustaan, tulee hakea parempia ratkaisuja. Sellaisia on aina olemassa. Mutta kuinka paljon yhden sotilaan varustukseen ollaan valmiita rahallisesti sijoittamaan?
Päävammatyypit
Ballistiset päävammat syntyvät kahdella eri mekanismilla.
Kypärän ballistinen kuori voi kokea liiallisen muodonmuutoksen ja lyöttyä voimalla päätä vasten. Tämän mekanismin aiheuttamia vammoja kutsutaan kontaktivammoiksi. Niissä päähän kohdistuu melko pienelle pinta-alalle suuri voimavaikutus. Jännitykset nousevat suuriksi.
Toinen vammatyyppi on niskan retkahdusvammat. Se, tuleeko retkahdusvammoja esimerkiksi kiväärikaliiperisten aseiden osumista – jos kypärä sen ylipäänsä kestää – jakaa mielipiteitä, joiden taakse saadaan ryhmitettyä suuri määrä tieteellisiä julkaisuja ja eri asiantuntijatahoja.
Yleensä vedotaan siihen, että luodin iskussa päähän ja niskaan siirtyvä liikemäärä on todella alhainen verrattuna esimerkiksi amerikkalaisessa jalkapallossa esiintyviin taklauksiin. Tämä on totta, mutta usein unohtuu näiden ilmiöiden edustavan aivan eri nopeusluokkaa iskun ajallisen keston suhteen. Ballistisessa iskussa niskaan kohdistuva rasitus voi voimakastehoisilla aseilla nousta suureksi.
Retkahdusvammat ovat oma aihealueensa emmekä käsittele sitä tässä. Nyt keskitymme vain kypärän ballistisen kuoren muodonmuutokseen, joka voi aiheuttaa vakavat päävammat tai kuoleman – huolimatta siitä, että projektiili pysähtyy.
RTP & BFD
Ballistisen kypärän – kuten minkä tahansa suojan – suorituskykyä voidaan mitata kahden tekijän avulla.
Ensimmäinen tekijä on suojavarusteen pysäytyskyky eli englanniksi ”Resistance to Penetration” (RTP). Toinen tekijä on ballistisen suojan lyöttymän aiheuttama painauma traumaindikaattorina toimivaan materiaaliin, esimerkiksi saveen. Tästä puhutaan englannin kielessä termillä ”Back Face Deformation” (BFD).
Ballistisille kypärille voidaan asettaa suurimmat sallitut painaumasyvyydet savea sisältävien päämuotojen avulla testattuina. Toisin kuin ballistisilla suojaliiveillä, ei kypärien kohdalla saveen syntyvää painaumaa voida yhdistää syntyvien vammojen kanssa. Ei vain ole olemassa riittävää tieteellistä pohjaa. Tämä ei ole helppo aihealue.
Suojaliiveillä suurin sallittu painauma saveen (NIJ-standardi on 44 millimetriä) omaa tieteelliset perusteet, mutta kypärien kohdalla näin ei ole. Jotain täytyy silti tehdä – siksi eri organisaatiot ovat asettaneet ei-tieteellisin perustein rajat suurimmalle sallitulle painaumasyvyydelle saveen.
Päähän siirtyvälle suurimmalle sallitulle energiamäärälle voidaan myös asettaa raja. Esimerkiksi VPAM-testistandardin läpäistäkseen ballistinen kypärä ei saa välittää päähän yli 25 joulea energiaa. Energian määrä mitataan kypärän takapinnan taakse asetettuun savilohkoon syntyvän painauman mittojen mukaan.
Muodonmuutoksen mittaus
Kypärän ballistinen kuori siis kokee muodonmuutoksen ammuksen iskusta ja voi lyöttyä voimalla päähän, mitä mitataan tavanomaisesti plastisesti muokkautuvilla materiaaleilla. Mitä alhaisempi painauma, sen parempi! Paras lopputulos olisi tietenkin, jos BFD-arvo olisi nolla. Suomen Sotilaan kattavien testien perusteella teräs on ainoa materiaali, jolta tätä arvoa voi odottaa.
Plastisesti muokkautuvia materiaaleja käytetään useissa testistandardeissa (esimerkiksi NIJ ja VPAM) traumaindikaattorina. Savi on tyypillisesti Roma Plastoliinia kovuudella yksi. Se lämmitetään 37 asteen lämpötilaan ennen ballististen testien aloittamista. Savi tietysti jäähtyy ja siksi on pidettävä huoli, että sen lämpötila ei pääse laskemaan liian alhaiseksi. Jos näin käy, alkaa tilanne näyttää aina vain paremmalta ballistisen suojan kannalta. Saven kovuus kasvaa sen jäähtyessä ja suojavarusteen lyöttymä ei enää synnytä niin suurta painaumaa.
Usein luullaan, että saveen syntyvä painauma edustaa lyöttymän huippuarvoa. Näin ei ole! Tutkimukset osoittavat, että savi omaa melko voimakkaan elastisen palautuman. Eli kun kypärän ballistinen kuori pullistuu iskun aikana ja lyöttyy savea vasten, palautuu savi merkittävästi iskun loputtua.
Tarkempaa tietoa kypärän ballistisen kuoren käyttäytymisestä saadaan suurnopeuskameralla. Videomateriaalista saatava informaatio johtaa parempaan ymmärrykseen siitä, miten ballistinen suoja käyttäytyy eri projektiileja vastaan.
Kuten jo aiemmin todettu, plastisesti muokkautuviin traumamateriaaleihin syntyviä painaumasyvyyksiä on vaikeaa yhdistää päävammoihin. Ei voida sanoa esimerkiksi, että senttimetrin painauma saveen murtaa kallosi. Tietyt hyväksymisrajat ballistisille kypärille on silti asetettava, vaikka syntyvistä päävammoista ei ole kuin arvaus – jos sitäkään.
Yhdysvaltain armeija asetti Kevlar-tekniikan huipputuotteelle, ACH-kypärälle (Advanced Combat Helmet) maksimi-BFD -arvot, joita kypärä ei saanut ylittää. Saveen ei saanut syntyä yli tuuman (25,40 millimetriä) painaumaa, kun osumakohtina olivat otsalohko ja takaraivo sekä testikaliiperina 9x19mm. Molemmilla sivuilla ja kruunussa painauman rajana oli 16 millimetriä. Mainittakoon, että ACH-kypärä on suojaustasoltaan NIJ IIIA.
Testeissä käytetyt päämuodot
Yleisin ja monien tuntema ballistisen testauksen päämuoto on NIJ-standardin mukainen testipää. Sillä voidaan suorittaa niin penetraatiotestejä (RTP) kuin takapinnan muodonmuutosta mittaavia testejä (BFD). NIJ-päämuodossa on neljä ”alumiinipylvästä”, joiden välissä on aukot. Penetraatiotesteissä aukkojen kohdalle asetetaan alumiininen ”todistajalevy” ilmaisemaan, jos jokin menee kypärän ballistisesta kuoresta lävitse. BFD-testeissä aukot/tyhjä tila täytetään savella.
NIJ-päämuodon ongelma on se, että alumiinipylväät rajoittavat saven muodonmuutosta ja kypärän ballistinen kuori voi osua niihin. Tämä saattaa tietyissä tilanteissa johtaa liian alhaisen painaumasyvyyteen, jolloin suoja vaikuttaa olevan parempi kuin se oikeasti on. Näitä ongelmia ei ole U.S. Army Researh Laboratoryn (ARL) kehittämässä ”Peepsite” -päämuodossa, jossa alumiinipylväät puuttuvat kokonaan.
Tutkimusvaiheessa oleva päämuoto/testimetodi on instrumentoitu ballistisia kuormia mittaava BLSH-päämuoto (Ballistic Load Sensing Headform). BLSH-testipää sisältää seisemän heksagonin muotoista, ihosimulantilla päällystettyä voima-anturia. Ne rekisteröivät iskutilanteessa syntyviä voimia ajan funktiona. Puhutaan siis impulssikäyristä.
BLSH-testaus sai alkunsa vuosina 1998–2000 Naton sponsoroiman työryhmän toimesta, joka tutki kypärien aiheuttamia traumoja. BLSH-metodissa käytettiin aluksi viittä voima-anturia ja autoteollisuuden Hybrid III -päämuotoa. Nykyisin ISO-standardin mukainen päämuoto on vakiintunut, joista BLSH-testeissä voidaan käyttää kolmea eri kokoa. Tämä on parannus NIJ-päämuodolla suoritettaviin testeihin, joissa käytetään vain yhtä kokoa.
BLSH-metodi ei ole vielä standardoitu testimenetelmä. Eri tahojen suorittamilla testeillä esiintyy merkittävää hajontaa tuloksissa. Tutkijoille BLSH on merkittävä apuväline havaitsemaan selkeät puutteet ballistisen suojakypärän käyttäjäturvallisuudessa. Jonain päivänä tämä testimetodi saadaan tilastollisesti tarpeeksi luotettavaksi. Se vaatii vielä toimintaohjeiden hiomista.
Ballistisen kuoren materiaalit
Alhaisten ballistisen kuoren muodonmuutostasojen osalta metallisia kypäriä ei oikein voi verrata muihin. Vaikka polymeerikuitukomposiittien kohdalla kehitystä tapahtuu jatkuvasti, toimivat materiaalit samoilla fysikaalisilla periaatteilla kuin aikaisemminkin. Teräs ja titaani yksinkertaisesti tekevät saman pysäytystyön alhaisemmilla muodonmuutostasoilla kuin polymeerikuitukomposiitit.
Polymeerikuitukomposiiteissa on polyeteenikypärien kohdalla otettu pieni askel taaksepäin lyöttymien suhteen. Polyeteenikypärillä päästään kevyempiin ratkaisuihin kuin para-aramidikuiduilla (Kevlar & Twaron), mutta se tehdään käyttäjäturvallisuuden kustannuksella.
Kevlar-kypärät painavat muutaman sata grammaa enemmän kuin samankokoiset ja saman suojaluokan omaavat polyeteenikuitukypärät, mutta niiden paksumpi ja jäykempi kuori tekee niistä turvallisemmat ballistisessa iskussa. Ballistisella kypärällä täytyy olla riittävä rakenteellinen jäykkyys.
Polyeteenikuitukypärissä lyöttymäongelmaa on pyritty saamaan kuriin traumaratkaisuilla, kuten esimerkiksi paksun styroksikerroksen asentamisella ballistisen kuoren takapinnalle. Silti tyypillisen NIJ IIIA -luokituksen omaavan polyeteenikypärän BFD-arvoksi luvataan tuuma tai alle, kun iskevänä projektiilina on tavanomainen yhdeksän millimetrin ja kahdeksan grammainen pehmeä ytimellinen kokovaippaluoti konepistoolista ammuttuna.
High-cut -mallisten polyeteenikypärien hinnoilla saa jo lähes vastaavanlaisen titaanihybridikypärän, joten oman pään turvallisuuden kannalta kannattaa miettiä tarkkaan kumman ostaa. Titaanikypärässä on vielä sekin hyvä ominaisuus, että se ei menetä suojaominaisuuksiaan ajan saatossa. Tosin polyeteenikin on erittäin stabiili materiaali. Vanheneminen kiihtyy korkeissa lämpötiloissa, jolloin kuitujen hapettuminen tapahtuu nopeammin. Hapettuminen on polyolefiinien pääasiallinen vanhenemismekanismi.
Kypärän valinnan problematiikkaa
Jos ajatellaan kypärää puhtaasti ballistisen suojauksen välineenä, tulee kypärän valinnassa kiinnittää ensisijaisesti huomiota iskutilanteissa syntyviin lyöttymätasoihin. Toki kypärä on taistelijalle paljon muutakin kuin pelkkä ballistinen suoja. Ergonomia on aivan yhtä tärkeä ominaisuus, sillä epämukavaa kypärää ei pidä päässä kukaan, vaikka se takaisi alhaisimmat lyöttymätasot.
Lyöttymien kannalta kypärän valintaa tarkastellessa tulee valita oikean kokoinen kypärä. Polymeerikuitukomposiittien kohdalla oikea koko ei ole se pienin mahdollinen kypärä, joka mahtuu päähäsi. Usein näkee, että operaattorit ovat valinneet kypärän juuri näin eli ballistinen kuori on melkein liimattuna kalloon kiinni. Toki pään suunnattavuus on hyvä, mutta ”hyviä” ovat sitten myös päävammat iskutilanteessa!
Ballistisen kypärän ja kallon väliin on saatava riittävästi vapaata tilaa, jotta kuori saa elää iskun aikana ja tehdä pysäytystyön minimaalisella energian siirrolla päähän. Se, kuinka paljon tilaa vaaditaan, riippuu käytetyistä materiaaleista ja iskevän projektiilin ominaisuuksista.
Kypärän pehmusteet ovat myös tärkeä tekijä kontaktivammojen minimoinnissa. Parhaimmillaan hyvä pehmuste-/traumavaimennusratkaisu voi viedä pois sata joulea päähän siirtyvää energiaa. Väärän vasteen omaava pehmusteratkaisu voi puolestaan lisätä jännitysaallon välittymistä päähän.
Erikoisemmissa tehtävissä palvelevalle taistelijalle löytyy lyöttymien ja tositilanteessa kohdattavien projektiilien suhteen turvallisempia kypäriä kuin polymeerikuitukomposiittikypärät. Nämä ovat arvatenkin moderneja metalli- ja metallihybridikypäriä.
Tekeekö kypärä taistelijan?
Vaikka tietyt erikoisyksiköt ympäri maailmaa käyttävätkin high-cut-mallisia polyeteenikypäriä, ei se tee niistä kaikilta ominaisuuksiltaan maailman parhaimpia. Kypärä ei myöskään tee kenestäkään huipputaistelijaa. Jos jokin nimeltä mainitsematon erikoisyksikkö käyttää tietyn valmistajan high-cut-mallista komposiittikypärää, haluavat kaikki hankkia tämän kypärän, olettaen että sen täytyy olla maailman paras, sillä eiväthän he muuten sitä käyttäisi? Näin ei aina ole!
Usein loppukäyttäjällä ei ole täyttä ymmärrystä ostamiensa kypärien turvallisuudesta. Tuotteet on ostettu tunnepohjalla ja kopioimalla muiden tekemiä hankintapäätöksiä. Piiloudutaan standardien taakse ja vedotaan, että kypärä täyttää ankarimmatkin vaatimukset. Kaikki vain sen takia, että ei kestetä arvostelua tai ei haluta puhua ballististen kypärien käyttäjäturvallisuudesta avoimesti.
Korostan, että loppukäyttäjillä harvoin on korkean luokan tieteellistä osaamista ostamiensa suojatuotteiden ballistisista ominaisuuksista. Käyttökokemusta sen sijaan on vaikka muille jakaa ja ergonomiatekijöistä he tietävät kaiken.
Loppu hyvin, kaikki hyvin!
Kypärän hankintapäätöksen tulee perustua parhaimpaan mahdolliseen tieteellis-tekniseen ymmärrykseen sen kyvystä pitää taistelija hengissä ja mahdollisimman minimaalisesti vammautuneena osuman sattuessa kohdalle.
Pään suojaaminen on vaikea tekniikan osa-alue ja siihen ei olla kyetty löytämään yhtä tehokkaita ratkaisuja kuin muun vartalon suojaamiseen. Myös pään kuormankantokyky on rajallinen. Siksi on menty kevyempiin ratkaisuihin – turvallisuuden kustannuksella. Ehkä tulevaisuudessa kypärälle keksitään muita vaihtoehtoisia ratkaisuja, kuten hartioihin kiinnitettäviä pääsuojapaneeleita. Varmaa on se, että tekniikka kehittyy ja kaikki tulee paremmaksi.
Kypärää ostaessanne olkaa avoimia eri vaihtoehdoille – älkää menkö muodin mukana, uskaltakaa ajatella itsenäisesti ja tehdä omat johtopäätöksenne. Pitäkää päänne suojattuina, uutta ette saa!
Otsikkokuva: www.kinatex.com
