Desorientación espacial - Spatial disorientation

La desorientación espacial de un aviador es la incapacidad de determinar la actitud, la altitud o la velocidad. Es más crítico de noche o con mal tiempo, cuando no hay horizonte visible, ya que la visión es el sentido dominante de orientación. El sistema auditivo , el sistema vestibular (dentro del oído interno ) y el sistema propioceptivo (receptores sensoriales ubicados en la piel, músculos, tendones y articulaciones) trabajan colectivamente para coordinar el movimiento con equilibrio y también pueden crear sensaciones ilusorias no visuales, lo que resulta en desorientación espacial en ausencia de fuertes señales visuales.

Seguridad, historial y estadísticas de vuelo

Se está administrando la prueba de equilibrio a un posible piloto, a través de la cátedra Bárány

La orientación espacial en vuelo es difícil de lograr porque numerosos estímulos sensoriales (visuales, vestibulares y propioceptivos) varían en magnitud, dirección y frecuencia. Cualquier diferencia o discrepancia entre los estímulos sensoriales visuales, vestibulares y propioceptivos resulta en un desajuste sensorial que puede producir ilusiones y conducir a la desorientación espacial. Se considera que el sentido visual es el mayor contribuyente a la orientación.

Mientras probaba un indicador de viraje y deslizamiento temprano ideado por su amigo Elmer Sperry en 1918, el piloto del Cuerpo Aéreo del Ejército de los Estados Unidos, William Ocker, entró en una espiral de cementerio mientras volaba a través de nubes sin referencias visuales; el indicador de giro mostró que estaba en un giro, pero sus sentidos le dijeron que estaba en vuelo nivelado. Al emerger de las nubes, Ocker pudo recuperarse de la inmersión. En 1926, Ocker fue sometido a una prueba de equilibrio de la silla Bárány por el Dr. David A. Myers en Crissy Field ; la duplicación resultante de la ilusión somatogiral que había experimentado y una nueva prueba posterior, que superó con el intermitente, lo llevaron a desarrollar y defender el vuelo instrumentado. Sperry continuaría inventando el girocompás y el indicador de actitud , los cuales estaban siendo probados en 1930. Con el teniente Carl Crane, Ocker publicó el texto instructivo Vuelo a ciegas en teoría y práctica en 1932. Entre los defensores influyentes del entrenamiento de vuelo instrumentado se encuentran Albert Hegenberger y Jimmy Doolittle .

En 1965, la Agencia Federal de Aviación de los Estados Unidos emitió la Circular de Asesoramiento AC 60-4, advirtiendo a los pilotos sobre los peligros de la desorientación espacial, que puede resultar de la operación bajo reglas de vuelo visual en condiciones de visibilidad marginal. En 1983 se emitió una nueva versión del aviso como AC 60-4A, que define la desorientación espacial como "la incapacidad de saber en qué dirección está 'arriba ' ".

Las estadísticas muestran que entre el 5% y el 10% de todos los accidentes de la aviación general pueden atribuirse a la desorientación espacial, el 90% de los cuales son mortales. La pérdida de conciencia inducida por la fuerza espacial y la fuerza G (g-LOC) son dos de las causas más comunes de muerte por factores humanos en la aviación militar. Un estudio sobre la prevalencia de incidentes de desorientación espacial concluyó que "si un piloto vuela lo suficiente ... no hay posibilidad de que escape de experimentar al menos un episodio de [desorientación espacial]. Visto de otra manera, los pilotos pueden ser considerados en uno de dos grupos: los que han estado desorientados y los que lo estarán ".

Fisiología

Hay cuatro sistemas fisiológicos que interactúan para permitir que los humanos se orienten en el espacio. La visión es el sentido dominante de orientación, pero el sistema vestibular, el sistema propioceptivo y el sistema auditivo también juegan un papel.

La orientación espacial (la inversa es la desorientación espacial, también conocida como D espacial ) es la capacidad de mantener la orientación y la postura del cuerpo en relación con el entorno circundante (espacio físico) en reposo y durante el movimiento. Los seres humanos han evolucionado para mantener la orientación espacial sobre el terreno. Una buena orientación espacial en el suelo se basa en el uso de información sensorial visual, auditiva, vestibular y propioceptiva. Los cambios en la aceleración lineal, la aceleración angular y la gravedad son detectados por el sistema vestibular y los receptores propioceptivos, y luego comparados en el cerebro con información visual.

El entorno tridimensional del vuelo es desconocido para el cuerpo humano, lo que crea conflictos sensoriales e ilusiones que hacen que la orientación espacial sea difícil y, a veces, imposible de lograr. El resultado de estas diversas ilusiones visuales y no visuales es la desorientación espacial. Se han desarrollado varios modelos para producir predicciones cuantitativas de la desorientación asociada con las aceleraciones conocidas de las aeronaves.

El sistema vestibular y las ilusiones sensoriales

Oído interno

El sistema vestibular detecta la aceleración lineal y angular (rotacional) utilizando órganos especializados en el oído interno. Las aceleraciones lineales son detectadas por los órganos otolíticos , mientras que las aceleraciones angulares son detectadas por los canales semicirculares .

Sensaciones engañosas

Sin una referencia visual o pistas, como un horizonte visible, los humanos dependerán de los sentidos no visuales para establecer su sentido de movimiento y equilibrio. Durante el ambiente acelerado anormal del vuelo, los sistemas vestibular y propioceptivo pueden ser engañados, lo que resulta en desorientación espacial. Cuando una aeronave está maniobrando, las fuerzas de inercia pueden ser creadas por cambios en la velocidad del vehículo (aceleración lineal) y / o cambios en la dirección (aceleración rotacional y fuerza centrífuga ), lo que resulta en un error de percepción de la vertical, como las fuerzas combinadas de gravedad e inercia. no se alinee con lo que supone el sistema vestibular es la dirección vertical de la gravedad (hacia el centro de la tierra).

En condiciones ideales, las señales visuales proporcionarán información suficiente para anular las entradas vestibulares ilusorias, pero de noche o con mal tiempo, las entradas visuales pueden verse abrumadas por estas sensaciones no visuales ilusorias, lo que da como resultado una desorientación espacial. Las condiciones de vuelo de baja visibilidad incluyen la noche, sobre el agua u otro terreno monótono / sin rasgos distintivos que se mezcla con el cielo, clima en blanco o entrada inadvertida en condiciones meteorológicas de instrumentos después de volar hacia la niebla o las nubes.

Fuerzas de sustentación (L) y peso / gravedad (w) que actúan sobre una aeronave que realiza un viraje inclinado o coordinado

Por ejemplo, en una aeronave que está haciendo un viraje coordinado (inclinado) , no importa lo empinado que sea, los ocupantes tendrán poca o ninguna sensación de estar inclinados en el aire a menos que el horizonte sea visible, ya que se sienten las fuerzas combinadas de elevación y gravedad. como presionar al ocupante contra el asiento sin que una fuerza lateral lo deslice hacia ambos lados. Del mismo modo, es posible subir o bajar gradualmente sin un cambio notable en la presión contra el asiento. En algunas aeronaves, es posible ejecutar un bucle sin tirar de fuerzas g negativas de modo que, sin referencia visual, el piloto podría estar boca abajo sin darse cuenta. Un cambio gradual en cualquier dirección de movimiento puede no ser lo suficientemente fuerte como para activar el sistema vestibular, por lo que es posible que el piloto no se dé cuenta de que la aeronave está acelerando, desacelerando o inclinándose.

Conjunto estándar de instrumentos de vuelo , incluido el indicador de actitud (parte superior central) y el indicador de viraje y deslizamiento (parte inferior izquierda)

Los instrumentos de vuelo giroscópicos , como el indicador de actitud (horizonte artificial) y el indicador de viraje y deslizamiento, están diseñados para proporcionar información para contrarrestar las sensaciones engañosas de los sentidos no visuales.

Otolitos e ilusiones somatogravias

Dos órganos otolíticos, el sáculo y el utrículo, se encuentran en cada oído y forman ángulos rectos entre sí. El utrículo detecta cambios en la aceleración lineal en el plano horizontal, mientras que el sáculo detecta las aceleraciones lineales en el plano vertical; los humanos han evolucionado para asumir que la aceleración vertical es causada por la gravedad. Sin embargo, el sáculo y el utrículo pueden proporcionar una percepción sensorial engañosa cuando la gravedad no se limita al plano vertical, o cuando las velocidades y aceleraciones del vehículo producen fuerzas inerciales comparables a la fuerza de la gravedad, ya que los otolitos solo detectan la aceleración y no pueden distinguir las fuerzas inerciales. de la fuerza de la gravedad. Algunos ejemplos de esto incluyen las fuerzas de inercia experimentadas durante un despegue vertical en un helicóptero o después de la apertura repentina de un paracaídas después de una caída libre.

Las ilusiones causadas por los órganos otolíticos se denominan ilusiones somatogravias e incluyen las ilusiones de inversión, cabeza arriba y cabeza abajo. La Ilusión de Inversión es el resultado de un ascenso empinado seguido de un regreso repentino al nivel de vuelo; el aumento relativo resultante en la velocidad de avance produce la ilusión de que el avión está invertido. Las ilusiones Head-Up y Head-Down son similares, implican una aceleración lineal repentina (Head-Up) o desaceleración (Head-Down), lo que lleva a una percepción errónea de que el morro de la aeronave se inclina hacia arriba (Head-Up) o hacia abajo (Head-Down) -Abajo); el aviador podría ser engañado para que lanzara el morro hacia abajo (Head-Up) o hacia arriba (Head-Down) en respuesta, lo que provocaría un choque o una pérdida, respectivamente.

Normalmente, la ilusión de Head-Up se produce durante el despegue, ya que se utiliza una fuerte aceleración lineal para generar sustentación sobre el ala y los flaps. Sin una referencia visual, el piloto puede asumir por el sistema vestibular que la nariz se ha inclinado hacia arriba y ordenar una inmersión; si esto ocurre durante el despegue, es posible que la aeronave no tenga suficiente altitud para recuperarse antes de estrellarse contra el suelo.

Canales semicirculares e ilusiones somatogirales.

Se muestra el oído interno con canales semicirculares, comparándolos con el eje de alabeo, cabeceo y guiñada de un avión.

Además, el oído interno contiene acelerómetros rotacionales , conocidos como canales semicirculares, que proporcionan información a la parte inferior del cerebro sobre las aceleraciones rotacionales en los ejes de cabeceo, balanceo y guiñada . Los cambios en la velocidad angular se detectan por el movimiento relativo entre el fluido en los canales y el canal mismo, que está fijado a la cabeza; debido a la inercia, el fluido en los canales tiende a retrasarse cuando la cabeza se mueve, lo que indica una aceleración rotacional. Sin embargo, la salida del canal semicircular cesa después de una rotación prolongada (más allá de15-20 s ), ya que ahora el fluido se ha puesto en movimiento a través de la fricción, igualando el movimiento de la cabeza. Si luego se detiene la rotación, la señal de movimiento percibida del oído interno indica que el aviador ahora está girando en la dirección opuesta al viaje real, ya que el fluido continúa moviéndose mientras el canal se ha detenido. Además, la inercia del fluido significa que el umbral de detección de la aceleración rotacional está limitado a aproximadamente 2 ° / seg 2 ; las aceleraciones angulares por debajo de este valor no se pueden detectar. Las ilusiones somatogirales comunes específicas inducidas por los canales semicirculares son el Leans, Graveyard Spin, Graveyard Spiral y Coriolis.

Si la aeronave entra gradualmente en un viraje prolongado e inadvertido, y luego vuelve repentinamente al vuelo nivelado, pueden producirse inclinaciones . El giro gradual pone en movimiento el fluido en los canales semicirculares y no se puede detectar una aceleración de rotación de dos grados por segundo (o menos). Una vez que la aeronave regresa repentinamente al vuelo nivelado, el movimiento fluido continuo da la sensación de que la aeronave se está inclinando en la dirección opuesta al giro que acaba de terminar; el aviador puede intentar corregir la percepción errónea de la vertical inclinándose en el giro original. Las inclinaciones se consideran la forma más común de desorientación espacial.

Espiral de cementerio y giro de cementerio

La espiral del cementerio y el giro del cementerio son ambos causados ​​por la aclimatación de los canales semicirculares a una rotación prolongada; después de un giro inclinado (en el caso de la espiral del cementerio) o giro (para el giro del cementerio) de aproximadamente 20 segundos, el fluido en los canales semicirculares se ha arrastrado en movimiento por fricción y el sistema vestibular ya no percibe una aceleración rotacional . Si el aviador luego termina el giro o giro y regresa al vuelo nivelado, el movimiento continuo del fluido causará la sensación de que la aeronave está girando o girando en la dirección opuesta, y el piloto puede volver a entrar en el giro original o girar inadvertidamente; Es posible que el aviador no reconozca la ilusión antes de que la aeronave pierda demasiada altitud, lo que resultará en una colisión con el terreno o las fuerzas g en la aeronave pueden exceder la resistencia estructural de la estructura del avión , lo que resultará en una falla catastrófica. Uno de los contratiempos más famosos en la historia de la aviación relacionado con la espiral del cementerio es el accidente que involucró a John F.Kennedy Jr. en 1999.

Una vez que una aeronave entra en condiciones en las que el piloto no puede ver un horizonte visual distinto, la deriva en el oído interno continúa sin corregir. Los errores en la velocidad de giro percibida alrededor de cualquier eje pueden acumularse a una velocidad de 0,2 a 0,3 grados por segundo. Si el piloto no es competente en el uso de instrumentos de vuelo giroscópicos, estos errores se acumularán hasta el punto en que se pierde el control de la aeronave, generalmente en un giro empinado y en picado conocido como espiral de cementerio . Durante todo el tiempo, antes y durante la maniobra, el piloto no se da cuenta del giro, creyendo que la aeronave mantiene un vuelo recto.

En un estudio de 1954 (Experimento de giro de 180 grados), el Instituto de Aviación de la Universidad de Illinois descubrió que 19 de 20 pilotos sujetos sin calificación de instrumentos entraron en una espiral de cementerio poco después de ingresar en condiciones de instrumentos simulados. El vigésimo piloto también perdió el control de su avión, pero en otra maniobra. El tiempo medio entre el inicio de las condiciones del instrumento y la pérdida de control fue de 178 segundos.

La desorientación espacial también puede afectar a los pilotos con clasificación de instrumentos en ciertas condiciones. Puede producirse una poderosa sensación de volteo ( vértigo ) si el piloto mueve demasiado la cabeza durante el vuelo por instrumentos. Esto se llama ilusión de Coriolis . Debido a que los canales semicirculares están colocados en tres ejes de rotación diferentes, si el aviador mueve repentinamente la cabeza durante una aceleración rotacional, un canal puede comenzar abruptamente a detectar una aceleración angular mientras que otro cesa, lo que resulta en una sensación de voltereta.

Ilusiones visuales

Incluso con buena visibilidad, entradas visuales engañosas como cubiertas de nubes inclinadas, pendientes de pista desconocidas o horizontes falsos también pueden formar ilusiones ópticas , lo que hace que el piloto juzgue mal la orientación vertical, la velocidad o altitud de la aeronave y / o la percepción de distancia y profundidad ; estos incluso podrían combinarse con ilusiones no visuales de los sistemas vestibular y propioceptivo para producir una ilusión aún más poderosa.

Ejemplos de

Lista seleccionada de accidentes de aviación atribuidos a desorientación espacial
Fecha Localización Accidente / Vuelo Notas y referencias
3 de febrero de 1959 Clear Lake, Iowa , Estados Unidos El día que la música murió Crash of Beechcraft Bonanza que mató a Buddy Holly , Ritchie Valens y "The Big Bopper" JP Richardson ; El piloto no estaba calificado para vuelos instrumentados, pero despegó con un clima en deterioro porque los pasajeros eran importantes. La evidencia forense mostró que la aeronave se encontraba en un margen derecho empinado (90 °), con el morro hacia abajo a 3.000 pies / min (910 m / min) cuando se estrelló.
5 de marzo de 1963 Camden, Tennessee , Estados Unidos 1963 Accidente de Camden PA-24 Cuatro muertes, incluida la cantante Patsy Cline .
31 de julio de 1964 Brentwood, Nashville, Tennessee , Estados Unidos 1964 accidente de Beechcraft Debonair Se cree que el cantante Jim Reeves sufría de desorientación espacial cuando su avión Beechcraft se estrelló en el área de Brentwood en Nashville, Tennessee, durante una violenta tormenta eléctrica el 31 de julio de 1964, cobrando la vida tanto de Reeves como de su pianista Dean Manuel.
1 de enero de 1978 Mar Arábigo , cerca del aeropuerto de Santacruz , Bombay , India Vuelo 855 de Air India
21 de octubre de 1978 Estrecho de Bass , Australia Desaparición de Frederick Valentich
6 de junio de 1992 Darién Gap , cerca de Tucutí , Panamá Vuelo 201 de Copa Airlines
16 de julio de 1999 Océano Atlántico , frente a la costa oeste de Martha's Vineyard , Massachusetts, EE. Accidente de avión de John F. Kennedy Jr. El accidente ocurrió durante un vuelo nocturno sobre el agua cerca de Martha's Vineyard . La investigación posterior señaló la desorientación espacial como una causa probable del accidente. Debido a la fama del piloto John F. Kennedy Jr. , la causa del accidente dio lugar a una extensa información sobre la desorientación espacial en la prensa en 1999.
10 de enero de 2000 Niederhasli , Suiza Vuelo 498 de Crossair
23 de agosto de 2000 Golfo Pérsico , cerca del aeropuerto internacional de Baréin, Baréin Vuelo 072 de Gulf Air
16 de octubre de 2000 Hillsboro, Misuri , Estados Unidos Accidente Cessna 335 2000 El indicador de actitud del lado izquierdo falló y el piloto siguió girando la cabeza para verificar el indicador de actitud del lado derecho (posición del copiloto), lo que provocó desorientación espacial; el accidente mató al gobernador de Missouri, Mel Carnahan .
3 de enero de 2004 Mar Rojo , cerca del aeropuerto internacional de Sharm El Sheikh , Egipto Vuelo 604 de Flash Airlines Causa en disputa: posible error del piloto (por desorientación espacial) o fallas mecánicas / de software
15 de marzo de 2005 cerca de Campbeltown, Argyll, Escocia 2005 accidente de Loganair Islander
1 de enero de 2007 Estrecho de Makassar frente a Majene , Sulawesi , Indonesia Vuelo 574 de Adam Air
5 de mayo de 2007 Aeropuerto Internacional de Douala , Camerún Vuelo 507 de Kenya Airways
30 de noviembre de 2007 Türbetepe, Keçiborlu , provincia de Isparta , Turquía Vuelo 4203 de Atlasjet
14 de septiembre de 2008 Perm, Rusia Vuelo 821 de Aeroflot
1 de junio de 2009 sobre el Océano Atlántico , cerca del waypoint TASIL Vuelo 447 de Air France
12 de mayo de 2010 Aeropuerto Internacional de Trípoli , Libia Vuelo 771 de Afriqiyah Airways
24 de agosto de 2010 cerca de Shikharpur , Nepal Vuelo 101 de Agni Air
1 de octubre de 2012 Upper Kandanga, Queensland , Australia 2012 Queensland DH.84 Dragon crash Avión antiguo llamado Riama
19 de marzo de 2016 Rostov del Don , Rusia Vuelo 981 de Flydubai
23 de febrero de 2019 Trinity Bay , Texas , Estados Unidos Vuelo 3591 de Atlas Air El accidente del avión de carga Boeing 767 fue causado por la respuesta inapropiada del primer oficial como piloto que volaba a una activación inadvertida del modo de ida y vuelta del avión a gran altitud (6.200 pies), lo que provocó su desorientación espacial.
9 de abril de 2019 cerca de la prefectura de Aomori , Japón Accidente del JASDF F-35 2019 Primer choque de un F-35 A; El piloto descendió rápidamente durante un giro simultáneo a la izquierda.
26 de enero de 2020 Calabasas, California , Estados Unidos Accidente de helicóptero de Calabasas 2020 Se determinó que Ara Zobayan, el piloto de helicóptero en el fatal accidente que mató a Kobe Bryant junto con su hija Gianna y otras seis personas el 26 de enero de 2020, probablemente experimentó desorientación espacial según la investigación de la NTSB.

Ver también

Referencias

enlaces externos