Desorientação espacial - Spatial disorientation

A desorientação espacial de um aviador é a incapacidade de determinar a atitude, altitude ou velocidade. É mais crítico à noite ou com mau tempo, quando não há horizonte visível, uma vez que a visão é o sentido dominante de orientação. O sistema auditivo , o sistema vestibular (dentro do ouvido interno ) e o sistema proprioceptivo (receptores sensoriais localizados na pele, músculos, tendões e articulações) trabalham coletivamente para coordenar o movimento com equilíbrio e também podem criar sensações não visuais ilusórias, resultando em desorientação espacial na ausência de fortes pistas visuais.

Segurança de vôo, histórico e estatísticas

Teste de equilíbrio sendo administrado ao piloto em potencial, via cadeira Bárány

A orientação espacial durante o vôo é difícil de alcançar porque vários estímulos sensoriais (visuais, vestibulares e proprioceptivos) variam em magnitude, direção e frequência. Quaisquer diferenças ou discrepâncias entre as entradas sensoriais visuais, vestibulares e proprioceptivas resultam em uma incompatibilidade sensorial que pode produzir ilusões e levar à desorientação espacial. O sentido visual é considerado o maior contribuinte para a orientação.

Enquanto testava um indicador de curva e deslizamento desenvolvido por seu amigo Elmer Sperry em 1918, o piloto do Corpo de Ar do Exército dos Estados Unidos, William Ocker, entrou em uma espiral de cemitério enquanto voava através das nuvens sem referências visuais; o indicador de curva mostrou que ele estava em uma curva, mas seus sentidos lhe disseram que ele estava em vôo nivelado. Emergindo das nuvens, Ocker conseguiu se recuperar do mergulho. Em 1926, Ocker foi submetido a um teste de equilíbrio da cadeira Bárány pelo Dr. David A. Myers em Crissy Field ; a duplicação resultante da ilusão somatogyral que ele experimentou e um re-teste subsequente, que ele passou usando o indicador de curva, levou-o a desenvolver e defender o vôo instrumentado. Sperry iria inventar o giroscópio e o indicador de atitude , os quais estavam sendo testados em 1930. Com o tenente Carl Crane, Ocker publicou o texto de instrução Vôo cego em teoria e prática em 1932. Defensores influentes do treinamento de vôo instrumentado incluíam Albert Hegenberger e Jimmy Doolittle .

Em 1965, a Federal Aviation Agency dos Estados Unidos emitiu a Circular Consultiva AC 60-4, alertando os pilotos sobre os perigos da desorientação espacial, que podem resultar da operação sob regras de voo visual em condições de visibilidade marginal. Uma nova versão do aviso foi emitida em 1983 como AC 60-4A, definindo desorientação espacial como "a incapacidade de dizer que caminho está 'para cima ' . "

As estatísticas mostram que entre 5% e 10% de todos os acidentes da aviação geral podem ser atribuídos à desorientação espacial, 90% dos quais são fatais. A perda de consciência induzida por Spatial-D e G-force (g-LOC) são duas das causas mais comuns de morte por fatores humanos na aviação militar. Um estudo sobre a prevalência de incidentes de desorientação espacial concluiu que "se um piloto voar por tempo suficiente ... não há chance de ele escapar de experimentar pelo menos um episódio de [desorientação espacial]. Visto de outra forma, os pilotos podem ser considerado um de dois grupos: aqueles que foram desorientados e aqueles que estarão. "

Fisiologia

Existem quatro sistemas fisiológicos que interagem para permitir que os humanos se orientem no espaço. A visão é o sentido dominante de orientação, mas o sistema vestibular, o sistema proprioceptivo e o sistema auditivo também desempenham um papel.

A orientação espacial (o inverso é a desorientação espacial, também conhecida como espacial-D ) é a capacidade de manter a orientação corporal e a postura em relação ao ambiente circundante (espaço físico) em repouso e durante o movimento. Os humanos evoluíram para manter a orientação espacial no solo. Uma boa orientação espacial no solo depende do uso de informações sensoriais visuais, auditivas, vestibulares e proprioceptivas. Mudanças na aceleração linear, aceleração angular e gravidade são detectadas pelo sistema vestibular e pelos receptores proprioceptivos, e então comparadas no cérebro com informações visuais.

O ambiente tridimensional de voo não é familiar ao corpo humano, criando conflitos e ilusões sensoriais que tornam a orientação espacial difícil e às vezes impossível de ser alcançada. O resultado dessas várias ilusões visuais e não visuais é a desorientação espacial. Vários modelos foram desenvolvidos para produzir previsões quantitativas de desorientação associada a acelerações de aeronaves conhecidas.

O sistema vestibular e as ilusões sensoriais

Ouvido interno

O sistema vestibular detecta aceleração linear e angular (rotacional) usando órgãos especializados no ouvido interno. As acelerações lineares são detectadas pelos órgãos otólitos , enquanto as acelerações angulares são detectadas pelos canais semicirculares .

Sensações enganosas

Sem uma referência visual ou pistas, como um horizonte visível, os humanos contarão com sentidos não visuais para estabelecer seu senso de movimento e equilíbrio. Durante o ambiente de aceleração anormal do vôo, os sistemas vestibular e proprioceptivo podem ser enganados, resultando em desorientação espacial. Quando uma aeronave está manobrando, forças inerciais podem ser criadas por mudanças na velocidade do veículo (aceleração linear) e / ou mudanças na direção (aceleração rotacional e força centrífuga ), resultando em erro de julgamento perceptual da vertical, como as forças combinadas de gravidade e inércia não se alinhe com o que o sistema vestibular assume ser a direção vertical da gravidade (em direção ao centro da Terra).

Em condições ideais, as pistas visuais fornecerão informações suficientes para substituir as entradas vestibulares ilusórias, mas à noite ou com mau tempo, as entradas visuais podem ser sobrecarregadas por essas sensações não visuais ilusórias, resultando em desorientação espacial. Condições de voo de baixa visibilidade incluem noite, sobre a água ou outro terreno monótono / sem características que se misturam com o céu, tempo branco ou entrada inadvertida em condições meteorológicas por instrumentos após voar em neblina ou nuvens.

Forças de sustentação (L) e peso / gravidade (w) atuando em uma aeronave fazendo uma curva inclinada ou coordenada

Por exemplo, em uma aeronave que está fazendo uma curva coordenada (inclinada) , não importa o quão íngreme, os ocupantes terão pouca ou nenhuma sensação de estar inclinado no ar, a menos que o horizonte seja visível, pois as forças combinadas de sustentação e gravidade são sentidas como pressionar o ocupante no assento sem uma força lateral deslizando-o para qualquer um dos lados. Da mesma forma, é possível subir ou descer gradualmente sem uma mudança perceptível na pressão contra o assento. Em algumas aeronaves, é possível executar um loop sem puxar as forças g negativas para que, sem referência visual, o piloto possa ficar de cabeça para baixo sem ter consciência disso. Uma mudança gradual em qualquer direção do movimento pode não ser forte o suficiente para ativar o sistema vestibular, então o piloto pode não perceber que a aeronave está acelerando, desacelerando ou inclinando.

Conjunto padrão de instrumentos de vôo , incluindo indicador de atitude (parte superior central) e indicador de curva e deslizamento (parte inferior esquerda)

Os instrumentos de voo giroscópicos , como o indicador de atitude (horizonte artificial) e o indicador de curva e deslizamento, são projetados para fornecer informações para neutralizar as sensações enganosas dos sentidos não visuais.

Otólitos e ilusões somatogravic

Dois órgãos otólitos, o sáculo e o utrículo, estão localizados em cada orelha e formam ângulos retos entre si. O utrículo detecta mudanças na aceleração linear no plano horizontal, enquanto o sáculo detecta acelerações lineares no plano vertical; os humanos evoluíram para assumir que a aceleração vertical é causada pela gravidade. No entanto, o sáculo e o utrículo podem fornecer percepção sensorial enganosa quando a gravidade não está limitada ao plano vertical, ou quando as velocidades e acelerações do veículo resultam em forças inerciais comparáveis ​​à força da gravidade, já que os otólitos apenas detectam aceleração e não conseguem distinguir as forças inerciais da força da gravidade. Alguns exemplos disso incluem as forças inerciais experimentadas durante uma decolagem vertical em um helicóptero ou após a abertura repentina de um paraquedas após uma queda livre.

As ilusões causadas pelos órgãos otólitos são chamadas de ilusões somatogravicas e incluem as Ilusões de Inversão, Cabeça para cima e Cabeça para baixo. A ilusão de inversão resulta de uma subida íngreme seguida por um retorno repentino ao vôo nivelado; o aumento relativo resultante na velocidade de avanço produz a ilusão de que a aeronave está invertida. As ilusões Head-Up e Head-Down são semelhantes, envolvendo aceleração linear súbita (Head-Up) ou desaceleração (Head-Down), levando a uma percepção equivocada de que o nariz da aeronave está se inclinando para cima (Head-Up) ou para baixo (Head-Up) -Baixa); o aviador pode ser enganado e inclinar o nariz para baixo (Head-Up) ou para cima (Head-Down) em resposta, levando a um acidente ou estol, respectivamente.

Normalmente, a ilusão de Head-Up ocorre durante a decolagem, pois uma forte aceleração linear é usada para gerar sustentação sobre a asa e os flaps. Sem uma referência visual, o piloto pode presumir pelo sistema vestibular que o nariz se inclinou para cima e comandar um mergulho; se isso ocorrer durante a decolagem, a aeronave pode não ter altitude suficiente para se recuperar antes de bater no solo.

Canais semicirculares e ilusões somatogirais

Ouvido interno com canais semicirculares mostrados, comparando-os ao eixo de rotação, inclinação e guinada de uma aeronave

Além disso, o ouvido interno contém acelerômetros rotacionais , conhecidos como canais semicirculares, que fornecem informações para a parte inferior do cérebro sobre as acelerações rotacionais nos eixos de pitch, roll e yaw . Mudanças na velocidade angular são detectadas a partir do movimento relativo entre o fluido nos canais e o próprio canal, que é fixado à cabeça; por causa da inércia, o fluido nos canais tende a atrasar quando a cabeça se move, sinalizando uma aceleração rotacional. No entanto, a saída do canal semicircular cessa após rotação prolongada (além15–20 s ), pois o fluido foi arrastado para o movimento por meio de fricção, combinando com o movimento da cabeça. Se a rotação for interrompida, o sinal de movimento percebido do ouvido interno indica que o aviador está agora girando na direção oposta da viagem real, pois o fluido continua a se mover enquanto o canal parou. Além disso, a inércia do fluido significa que o limiar de detecção da aceleração rotacional é limitado a aproximadamente 2 ° / s 2 ; acelerações angulares abaixo deste valor não podem ser detectadas. Ilusões somatogirais comuns específicas induzidas pelos canais semicirculares são Leans, Graveyard Spin, Graveyard Spiral e Coriolis.

Se a aeronave entrar gradualmente em uma curva prolongada despercebida e, de repente, retornar ao vôo nivelado, podem ocorrer inclinações . A volta gradual coloca o fluido nos canais semicirculares em movimento, e a aceleração rotacional de dois graus por segundo (ou menos) não pode ser detectada. Uma vez que a aeronave repentinamente retorna ao vôo nivelado, o movimento fluido contínuo dá a sensação de que a aeronave está inclinando na direção oposta da curva que acabou de terminar; o aviador pode tentar corrigir a percepção equivocada da vertical inclinando-se para a curva original. O inclinar é considerado a forma mais comum de desorientação espacial.

Espiral do cemitério e rotação do cemitério

A espiral e o giro do cemitério são ambos causados ​​pela aclimatação dos canais semicirculares à rotação prolongada; após uma curva inclinada (no caso da espiral do cemitério) ou rotação (para a rotação do cemitério) de aproximadamente 20 segundos, o fluido nos canais semicirculares foi arrastado para o movimento por fricção e o sistema vestibular não mais percebe uma aceleração rotacional . Se o aviador então termina a curva ou giro e retorna ao vôo nivelado, o movimento contínuo do fluido causará a sensação de que a aeronave está virando ou girando na direção oposta, e o piloto pode reentrar na curva original ou girar inadvertidamente; o aviador pode não reconhecer a ilusão antes que a aeronave perca muita altitude, resultando em uma colisão com o terreno ou as forças g na aeronave podem exceder a resistência estrutural da fuselagem , resultando em falha catastrófica. Um dos percalços mais famosos da história da aviação envolvendo a espiral do cemitério é o acidente envolvendo John F. Kennedy Jr. em 1999.

Uma vez que a aeronave entra em condições nas quais o piloto não consegue ver um horizonte visual distinto, a deriva no ouvido interno continua sem correção. Erros na taxa de rotação percebida em torno de qualquer eixo podem aumentar a uma taxa de 0,2 a 0,3 graus por segundo. Se o piloto não for proficiente no uso de instrumentos de voo giroscópicos, esses erros se acumularão a um ponto em que o controle da aeronave será perdido, geralmente em uma curva acentuada de mergulho conhecida como espiral de cemitério . Durante todo o tempo, antes e no início da manobra, o piloto permanece alheio à curva, acreditando que a aeronave está mantendo o vôo reto.

Em um estudo de 1954 (180 - Degree Turn Experiment), o Instituto de Aviação da Universidade de Illinois descobriu que 19 dos 20 pilotos não avaliados por instrumento entraram em uma espiral de cemitério logo após entrarem em condições de instrumentos simulados. O 20º piloto também perdeu o controle de sua aeronave, mas em outra manobra. O tempo médio entre o início das condições do instrumento e a perda de controle foi de 178 segundos.

A desorientação espacial também pode afetar os pilotos classificados por instrumentos em certas condições. Uma forte sensação de tombamento ( vertigem ) pode ocorrer se o piloto mover muito a cabeça durante o vôo por instrumentos. Isso é chamado de ilusão de Coriolis . Como os canais semicirculares são colocados em três eixos diferentes de rotação, se o aviador mover repentinamente sua cabeça durante uma aceleração rotacional, um canal pode começar abruptamente a detectar uma aceleração angular enquanto outro cessa, resultando em uma sensação de tombamento.

Ilusões visuais

Mesmo com boa visibilidade, entradas visuais enganosas, como decks de nuvens inclinadas, graus de pista desconhecidos ou falsos horizontes também podem formar ilusões de ótica , resultando no piloto julgando mal a orientação vertical, velocidade da aeronave ou altitude e / ou percepção de distância e profundidade ; estes poderiam até mesmo se combinar com ilusões não visuais dos sistemas vestibular e proprioceptivo para produzir uma ilusão ainda mais poderosa.

Exemplos

Lista selecionada de acidentes de aviação atribuídos à desorientação espacial
Encontro Localização Acidente / Voo Notas e Refs.
3 de fevereiro de 1959 Clear Lake, Iowa , EUA O dia em que a música morreu Crash of Beechcraft Bonanza que matou Buddy Holly , Ritchie Valens e "The Big Bopper" JP Richardson ; O piloto não estava qualificado para o vôo instrumentado, mas decolou em um clima ruim porque os passageiros eram importantes. Evidências forenses mostraram que a aeronave estava em uma margem direita íngreme (90 °), com o nariz para baixo a 3.000 pés / min (910 m / min) quando caiu.
5 de março de 1963 Camden, Tennessee , EUA Acidente do Camden PA-24 em 1963 Quatro mortes, incluindo a cantora Patsy Cline .
31 de julho de 1964 Brentwood, Nashville, Tennessee , EUA Acidente do Beechcraft Debonair em 1964 Acredita-se que o cantor Jim Reeves estava sofrendo de desorientação espacial quando sua aeronave Beechcraft caiu na área de Brentwood em Nashville, Tennessee, durante uma violenta tempestade em 31 de julho de 1964, ceifando a vida de Reeves e de seu pianista Dean Manuel.
1 ° de janeiro de 1978 Mar da Arábia , perto do Aeroporto de Santacruz , Bombaim , Índia Voo 855 da Air India
21 de outubro de 1978 Estreito de Bass , Austrália Desaparecimento de Frederick Valentich
6 de junho de 1992 Darién Gap , perto de Tucutí , Panamá Voo da Copa Airlines 201
16 de julho de 1999 Oceano Atlântico , na costa oeste de Martha's Vineyard , Massachusetts, EUA Acidente de avião John F. Kennedy Jr. O acidente ocorreu durante um vôo noturno sobre as águas perto de Martha's Vineyard . A investigação subsequente apontou a desorientação espacial como uma causa provável do acidente. Por causa da fama do piloto John F. Kennedy Jr. , a causa do acidente levou a extensas reportagens sobre desorientação espacial na imprensa em 1999.
10 de janeiro de 2000 Niederhasli , Suíça Voo Crossair 498
23 de agosto de 2000 Golfo Pérsico , perto do Aeroporto Internacional do Bahrein, Bahrein Voo Gulf Air 072
16 de outubro de 2000 Hillsboro, Missouri , EUA Acidente do Cessna 335 de 2000 O indicador de atitude do lado esquerdo falhou e o piloto continuou girando a cabeça para verificar o indicador de atitude do lado direito (posição do co-piloto), levando à desorientação espacial; o acidente matou o governador do Missouri, Mel Carnahan .
3 de janeiro de 2004 Mar Vermelho , perto do Aeroporto Internacional Sharm El Sheikh , Egito Flash Airlines Voo 604 Causa contestada: possível erro do piloto (de desorientação espacial) ou mau funcionamento mecânico / de software
15 de março de 2005 perto de Campbeltown, Argyll, Escócia Acidente de Loganair Islander de 2005
1 ° de janeiro de 2007 Estreito de Makassar ao largo de Majene , Sulawesi , Indonésia Adam Air Flight 574
5 de maio de 2007 Aeroporto Internacional de Douala , Camarões Voo 507 da Kenya Airways
30 de novembro de 2007 Türbetepe, Keçiborlu , Província de Isparta , Turquia Atlasjet Flight 4203
14 de setembro de 2008 Perm, Rússia Voo 821 da Aeroflot
1 ° de junho de 2009 sobre o Oceano Atlântico , próximo ao ponto de referência TASIL Voo 447 da Air France
12 de maio de 2010 Aeroporto Internacional de Trípoli , Líbia Afriqiyah Airways, voo 771
24 de agosto de 2010 perto de Shikharpur , Nepal Agni Air Flight 101
1 de outubro de 2012 Upper Kandanga, Queensland , Austrália 2012 Queensland DH.84 Dragon crash Aeronave vintage chamada Riama
19 de março de 2016 Rostov-on-Don , Rússia Voo Flydubai 981
23 de fevereiro de 2019 Trinity Bay , Texas , EUA Atlas Air Flight 3591 A queda do jato de carga Boeing 767 foi causada pela resposta inadequada do primeiro oficial como o piloto voando para uma ativação inadvertida do modo go-around do avião em alta altitude (6.200 pés), o que levou à sua desorientação espacial.
9 de abril de 2019 perto da Prefeitura de Aomori , Japão Acidente do JASDF F-35 2019 Primeira queda de um F-35 A; o piloto desceu rapidamente durante uma curva simultânea para a esquerda.
26 de janeiro de 2020 Calabasas, Califórnia , EUA Acidente de helicóptero em 2020 Calabasas Ara Zobayan, o piloto do helicóptero no acidente fatal que matou Kobe Bryant junto com sua filha Gianna e outras seis pessoas em 26 de janeiro de 2020, foi determinado que provavelmente experimentou desorientação espacial, de acordo com a investigação do NTSB.

Veja também

Referências

links externos