Ballististen suojakypärien koeammunta – kestääkö pää?

Aiemmin Suomen Sotilas -lehden netissä julkaistussa ballistisia teräskypäriä käsittelevässä artikkelissa ”Teräs on terästä” (7.5.2021), kerroimme ohimennen suorittamastamme koeammunnasta teräs-, titaani- ja komposiittikypärille. Nyt on tullut aika kertoa koeammunnan tulokset. Halusimme suorittaa vertailevan tutkimuksen eri materiaaleille päävammariski huomioiden. Loppujen lopuksi ballistisen kypärän tärkein tehtävä on suojata käyttäjäänsä erilaisilta projektiileilta, ja mielellään niin, että käyttäjä ei vammaudu tai kuole pysähtyvästä osumasta. Tämä usein jää prioriteetiltaan toiseksi, kypärään liitettävien lisälaitteiden tai “taktisen ulkonäön” viedessä kaiken huomion. Komposiittikypärien ympärillä pyöriikin aikamoinen muoti-imperiumi. Tässä artikkelissa käsitellään myös muita ballistisiin suojakypäriin liittyviä tärkeitä asioita.

Pää on ihmisen herkimmin vammautuva ruumiinosa ja vammojen ennustettavuus on haastavaa. Kuva Patrick J. Lynch, medical illustrator, CC-lisenssillä

Ballistisia suojakypäriä ja niihin kiinnitettäviä lisälevyjä valmistetaan kaikista kolmesta eri materiaaliryhmästä: metallit, keraamit ja polymeerit. Suomen Sotilas testasi tällä kertaa terästä, titaania ja polymeerikuitukomposiittia. Testikaliiperit ja -luodit pyrittiin valitsemaan siten, että ne pysähtyisivät kypäriin ja myös vastaisivat NIJ 0106.01 -standardin asetuksia.

Testatut metallikypärät olivat venäläiset SSSh-94 Sfera-S-teräskypärä ja STSh-81 Sfera-titaanikypärä. Komposiittikypäräksi testeihin valikoitui puolalainen Wz2000. Kypäriä kuritettiin kolmella eri testikaliiperilla, jotka olivat 9x19mm, .357 Magnum ja .44 Magnum. Mitattavana suureena oli takapinnan staattinen- eli jäännöslyöttymä. Dynaamisesta tilanteesta saa hyvin dataa suurnopeuskameralla ja/tai asettamalla kypärän sisälle savea painauman indikaattoriksi.

Testikaliiperit

Yhdeksän millisen patruunan ampuma-aseena toimi Suomi-konepistooli. Patruunat olivat korkeapaine latauksellisia (+P) ja sisälsivät 7,5 grammaa painavan kokovaippaluodin (FMJ). Lähdöt olivat päälle 400 m/s. Energiaa luodilla oli tällöin yli 600 Joulea ja liikemäärää yli 3 kgm/s.

Yhdeksän milliseen verrattuna ikävämpää impulssikäyrää kypärille tuotti .357 Magnum -kaliiperi, ampuma-aseen ollessa Smith & Wesson 686-3. Luodit olivat pehmeäkärkisiä osavaippaluoteja (SJSP) ja niiden paino oli 10,24 grammaa. Lähdöt olivat noin 400 m/s. Laskutoimitukset kertovat luodilla olleen noin 820 Joulea suuenergiaa ja liikemäärää oli 4,1 kgm/s.

Järein testikaliiperi oli .44 Magnum, jolla testattiin titaania ja komposiittia Smith & Wesson M29-3 revolverilla. Luodit olivat pehmeäkärkisiä osavaippaluoteja (SJSP), painaen 15,55 grammaa. Lähdöt olivat noin 445 m/s. Suoritettaessa samat laskutoimitukset, kuten edellä, saamme suuenergiaksi noin 1540 Joulea ja liikemääräksi kiitettävät 6,9 kgm/s.

Terästä emme valitettavasti ampuneet .44 Magnumilla, sillä levyjä oli kuritettu aiemmin niin paljon muilla kaliipereilla, että muokkautumatonta pintaa-alaa ei ollut tarpeeksi jäljellä. Sfera-terästä löytyy vielä runsaasti varastostani, joten tämä asia voidaan hoitaa pian alta pois ja vaikka kokeilla siihen muita kaliipereja.

Osumia titaanilevyssä – .44 Magnum on mennyt läpi vasemmalla ja yhdeksän millinen on pysähtynyt keskellä ja alhaalla kuvaa. Kuva: Jukka Janhunen

NIJ 0106.01 -standardi

Muutama sana NIJ 0106.01 -standardista. Tämä standardi on tarkoitettu vain ja ainoastaan ballistisille kypärille. Se on vuodelta 1981 ja käsittää kolme suojaluokkaa, jotka ovat I, IIA ja II. Nykyisin on käytössä myös modifioitu NIJ 0106.01 standardi, suojaluokalla NIJ IIIA. Tällä on haettu painotusta enemmän tehokkaampien kaliiperien suuntaan, jotka tässä luokassa ovat .357 SIG ja .44 Magnum. Molemmilla kaliipereilla on testinopeutta reilusti yli 400 m/s.

NIJ 0106.01 -standardissa on yksi todella paha valuvika, nimittäin se arvioi vain meneekö luoti läpi vai ei. Hyväksymiskriteerinä toimii pääsimulantin keskellä oleva ohut alumiininen todistajalevy, johon ei saa tulla iskun jälkiä. Toisin sanoen NIJ 0106.01 -standardi ei mittaa kypärän takapinnan pullistumaa eli saako käyttäjä jonkin asteisia päänvammoja. Tämä on erittäin vakava puute! Jos jokin taho haluaa saada riittävän hyvin testatut kypärät, tulee varmistua, että kypärä on testattu takapinnan lyöttymää mittaavalla standardilla, kuten VPAM. Toki NIJ standardin käyttämän testipään aukkoihin voidaan asentaa savea painauman indikaattoriksi, mutta tätä ei vaadita. Se laittakoon ken uskaltaa.

Valitettavasti harva komposiittikypärä täyttää esimerkiksi VPAM 3 -standardia, jonka tasoista suojaa on minimissään syytä vaatia. Ei siinä, etteikö nykyaikainen komposiittikypärä pysäyttäisi VPAM 3 -suojatason yhdeksän millisen konepistoolin osumaa, vaan homma kaatuu usein liialliseen takapinnan lyöttymään. VPAM-standardissa tämä mitataan savilohkon avulla, joka on sijoitettuna iskukohdan taakse. Saveen syntyneen painauman dimensioiden avulla lasketaan päähän siirtyvä Joule määrä.

Kypärän suurin mahdollinen dynaaminen lyöttymä ei saisi ylittää pään ja ballistisen kuoren takapinnan välistä etäisyyttä. Pää vammautuu todella helposti, uskokaa pois. Jos saat kovan iskun päähäsi, voi vaurio edetä aivojen aksoneissa pitkän ajan. Vamma laatu ei ole heti iskun jälkeen tiedossa, koska vamma etenee. Aivovammautuneen potilaan elämä voi olla hyvinkin vaikeaa. Vamma voi tuoda ison listan muita ongelmia. Käykääpä katsomassa YouTubesta traumaattisen aivovamman saaneiden sotaveteraaninen elämää. Siinä murtuu kovinkin jätkä!

Koeammunnan tulokset titaanille ja teräkselle

Titaanin ainevahvuus STSh-81 Sferassa on kolme millimetriä ja se on todennäköisimmin beta-faasiseosta. SSSh-94 Sfera-S-kypärän teräs oli ainevahvuudeltaan 2,5 millimetriä. On vaikeaa sanoa ilman mikrorakenteen tutkimista mitä seosta se on, mutta katsomalla venäläisten panssariteräksien pysäytyskäyriä, täytyy sen kovuuden olla yli 54 HRC.

Kuvassa titaani-Sferan kolmen millimetrin ainevahvuinen sivulevy, johon on merkittynä yhdeksän millisen ja .357 Magnumin osumat. Kaksi läpäisyreikää ovat tulleet rynnäkkökiväärillä (7,62x39mm) suoritetuissa testeissä. Kuva: Jukka Janhunen

Sfera-teräksen maaliballistisesta käytöksestä voi mainita sen osoittavan suurta sitkeyttä, niin kauan kuin projektiili pysähtyy siihen. Kun ballistinen raja ylitetään, murtuu tämä teräs lähes aina hauraasti adiabaattisella mekanismilla leikkautumalla eli ilman merkittävää venymistä. Sfera-kypärän titaani osoittaa erittäni suurta sitkeyttä, jopa silloinkin, kun olemme siitä rynnäkkökiväärillä ampuneet läpi.

Sekä titaani että teräs pysäyttivät vaivatta 9x19mm ja .357 Magnum kaliiperit. Sen sijaan .44 Magnum meni titaanista läpi ja terästähän me emme testanneet, koska levyä oli kuritettu aivan liikaa. Teräkselle voimme tehdä testin .44 Magnumilla tulevaisuudessa. Mitä tulee takapinnan jäännöslyöttymään, voittaa teräs titaanin selkeästi. Teräksen suuresta elastisesta moduulista johtuen dynaamisen tilan huippulyöttymät eivät ole olleen paljoa jäännöslyöttymiä suuremmat. Takaisinjousto on siis vähäistä.

Tätä teräs Sferan levyä on kuritettu ankarasti ja hyvin on pärjännyt. Kuvassa näkyy tussilla ilmaistuna yhdeksän millisen ja .357 Magnumin osumat. Magnum tuli aivan reunaan, eikä teräs piitannut siitä laisinkaan. Lisäksi levystä löytyy aikaisempien testiemme kolme läpäisemätöntä rynnäkkökiväärin (7,62x39mm) osumaa ja yksi läpäisevä. Kuva Jukka Janhunen

Titaanin elastinen moduuli on noin puolet teräksestä, joten muodonmuutoksen elastinen palautuma eli takaisinjousto on voimakkaampaa. Titaani antaakin helposti kimmahduksen luodille, siinä missä teräs enemmän torjuu luodin rajapinnassa sirpaloittamalla sen. Tästä johtuen, jos luoti osuu teräskypärään sivulle, on oltava päällä sellaiset ballistiset liivit, joissa on pehmeää suojaa myös olkapäiden päällä. Muuten voit saada pieniä sirpalehaavoja.

Halusimme laittaa teräksen koville ampumalla aivan vieri viereen yhdeksän millimetrin kaliiperilla. Osumien keskipisteiden välimatka oli noin kaksi senttimetriä. Ensimmäinen osuma aiheutti 1,7 millimetrin takapinnan jäännöslyöttymän ja toinen 3,2 millimetrin jäännöslyöttymän. Terästä olisi voinut ampua koko päivän yhdeksän millisellä ilman, että mitään olisi tapahtunut.

Kaksi yhdeksän millisen osumaa teräslevyssä. Levy kirjaimellisesti syö näitä luoteja päivätyökseen. Kuva: Jukka Janhunen

Metallisia materiaaleja markkinoidaan usein kyvystä selviytyä hyvin reunaosumista. Tätä asiaa testasimme ampumalla .357 Magnumilla kaksi senttimetriä reunasta. Takapinnan lyöttymä oli vain 3,0 millimetriä ja teräksellä ei ollut mitään ongelmia selvitä tämänkaltaisesta osumasta. Tästä kaikesta voidaan todeta, että Sfera-S-kypärän kaltainen 2,5 millimetrin teräslevy ei todennäköisimmin aiheuta käyttäjälleen laisinkaan kontaktivammoja.

Titaanilevystä .44 Magnum meni läpi, sen osoittaessa suurta sitkeyttä. Hybridikypärillä ei ole ongelmia tämän kaltaisen uhan kanssa. STSh-81 Sfera on pelkkä monoliittinen titaanikypärä.

Yhdeksän millinen ja .357 Magnum siis pysähtyivät titaanilevyihin, mutta jäännöslyöttymät olivat reilusti suuremmat kuin teräksellä, johtuen alhaisemmasta taivutusjäykkyydestä. Eräs yhdeksän millisen osuma aiheutti 8,1 millimetrin jäännöslyöttymän, siinä missä .357 Magnum teki noin senttimetrin pullistuman levyyn. Dynaamisten lyöttymien maksimiarvot ovat olleet tietenkin jonkin verran suuremmat, kuin edellä mainitut jäännösarvot, muodonmuutoksen elastisen komponentin palautuessa. Titaani ei ole laisinkaan pään turvallisuuden kannalta huono materiaali, mutta tämän koeammunnan terästä se ei voita. Titaanikypärillä on tulevaisuudessa paljon kehityspotentiaalia hieno- ja nano-rakeisten seosten muodossa.

On tärkeää muistaa, että jos jokin uhka pysähtyy pienemmällä ainevahvuudella, kasvaa metallilevyn takapinnan lyöttymä alentuneen taivutusjäykkyyden vuoksi. Esimerkiksi kivääriluokitukselliset lujat ja ultra lujat teräslevyt eivät pullistu takapinnastaan juuri laisinkaan, vaan torjuvat projektiilit rajapinnassaan. Sitten kun mennään läpi, tapahtuu se usein hauraalla muodonmuutosmoodilla ”korkin” työntyessä ulos teräksestä (englanniksi: ”adiabatic shear plugging”).

Teräs Sferan takapinnan jäljet kertovat oman tarinansa materiaalin olemattomista lyöttymätasoista, jopa rynnäkkökiväärillä ammuttuna. Kuva: Jukka Janhunen

Komposiitin koeammunta

Komposiitista .44 Magnum meni läpi ja teki vielä toisella puolella kypärän ballistista kuorta pahaa jälkeä. NIJ IIIA -luokitukselliset kypärät kestävät tämän kaltaisen osuman, mutta materiaalin ollessa polymeerikuitukomposiittia, muodostuu takapinnan dynaamisesta lyöttymästä liiallinen, kuten myös pään vammoista. Fakta on se, että vammoitta et ole siitä jälkipolvillesi kertomassa, ellei sitten se pahin mahdollinen lopputulos käy toteen.

Testeissä saimme melko oppikirjamaisen käytöksen aikaiseksi komposiitille. Kuvassa oikealla kypärän alareunaan tullut yhdeksän millinen osuma kääntyi elastomeerinauhaan päin ja läpäisi ballistisen kuoren. Takaraivoa puolestaan kuritimme .357 Magnumilla, joka aiheutti melkoisen jäännöslyöttymän. Dynaaminen on voinut olla aina 2-4-kertaa suurempi. Kuvan alaosassa on .44 Magnumin sisääntuloaukko ja sen vastakkaisella puolella kuvassa ylhäällä on aikaisemmin ampumamme yhdeksän millinen osuma. Kuva: Jukka Janhunen

Komposiittikypärää ammuimme otsalohkoon tarkoituksella yhdeksän millisellä lähelle reunaa. Osuman etäisyys reunasta oli tasan yksi tuuma (~25 millimetriä). Lopputulos oli oppikirjamainen eli reunaosumien huono sietokyky tuli demonstroitua. Luoti tuli ulos kypärästä kääntyen alaspäin ja repien paljon kuituja mennessään. Liike menee aina sinne missä se kohtaa alhaisimman vastuksen. NIJ-standardihan kieltää osuman ampumisen näin reunaan, luokitellen alle viiden senttimetrin päästä reunasta tulleet osumat epäreiluiksi ja hylättäviksi. Oikea sotiminen ei ole aina reilua! Siksi kannattaa harkita tarkkaan mitä päähän pistää.

Komposiittikypärän takaosaan ammuimme .357 Magnumilla ja se pysähtyi, kuten odottaa saattoi. Jäännöslyöttymä oli noin 15 millimetriä ja vaurioalue on melkoinen. Riippuen lukuisista eri tekijöistä voi polymeerikuitukomposiittikypärän dynaamisen lyöttymän huippuarvo olla aina kaksinkertaisesta nelinkertaiseksi jäännöslyöttymään verrattuna. Takaraivoon tullut .357 Magnumin osuma olisi mitä suurimmalla todennäköisyydellä aiheuttanut kontaktivammoja käyttäjälleen. Jäännöspullistuma on sen verran ikävä.

Toinen komposiittiin ammutuista yhdeksän millisestä osumasta aiheutti yllättävän pienen takapinnan jäännöslyöttymän. Tämä osuma tuli melko lähelle ruuvia, sen ollessa kiinni valjasrakenteista. Tämä ylimääräistä komposiittikuoren takapinnan pidätysvoimaa tuonut valjasrakenne todennäköisesti aiheutti alhaisen lyöttymätason tai sitten patruunan lataus oli ”maanantai valmistuserää”.

Valitse oikean kokoinen kypärä

Jos kumminkin metallikypärien ylivoimaisesti alhaisemmasta pään vamma riskistä huolimatta päädyt valitsemaan komposiittikypärän suojaksesi, pidä huolta, että valitse oikean kokoisen kypärän. Oikean kokoisella kypärällä tarkoitan kypärää, joka mahdollistaa sinulle parhaimman selviytymismahdollisuuden, en keveintä kypärää, joka juuri ja juuri mahtuu sinulle. Avataan tätä asiaa esimerkillä.

Oletetaan, että pään kokosi on 59. Valittavana on kaksi kypärää, koko yksi ja koko kaksi. Koko yksi kypärä sopii 56–59 kokoiselle päälle ja koko kaksi 59–62. Kysymys kuuluu, kumman valitset? Tähän on olemassa vain yksi oikea vastaus, jos haluamme minimoida päävammoja. Oikea kypärä sinulle on koko kaksi. Se painaa hieman enemmän, mutta koska se sopii 62-kokoiselle päälle, on 59-koon säädöissä paljon tilaa pään ja kypärän välissä – enemmän kuin koossa yksi tietenkin. Näin mahdollistat itsellesi kyvyn selvitä niin minimaalisilla vammoilla, kuin tilanne sallii. Pieni painon lisäys ja pään lievästi hitaampi suuntauskyky ovat pieniä haittoja suhteessa hyötyihin.

Summa summarum

Testien selkeä voittaja lyöttymien suhteen oli teräs, titaanin jäädessä hopea sijalle. Komposiitille jäi sitten pronssimitali. Sikäli tämän kaltaiset testit ovat komposiittimateriaaleille epäreilut, sillä suojamateriaalien neliöpainot ovat metallien kohdalla suuremmat. Tosin nykymetallurgialla kypärien ballistisen kuoren neliöpainojen tasaaminen ei välttämättä auttaisi. Esimerkiksi yhdysvaltalainen Diamond Age -yritys tekee komposiittikypärien painoisia teräskypäriä, mutta silti ne vetävät pidemmän korren alhaisissa lyöttymätasoissa.

Metallikypärien uudelleen tuleminen on ollut käynnissä Euroopassa jo pitkään. Poliisiorganisaatiot ostavat etenevässä määrin erinomaisia titaanikypäriä. Ne soveltuvat niin poliisien, sotilaiden, kuin eri erikoisyksikköjen kypäriksi. Unohtaa ei sovi Yhdysvaltojen roolia teräskypärien reinkarnaatiossa. Ne lyövät laudalta, jopa titaanit mm. painon ja sirpalesuojauksen osalta. Aika näyttää miten moderni teräskypärä tulee pärjäämään kypärämarkkinoilla. Kilpailu on kaikkea muuta kuin reilua. Asenteet muuttuvat viimeistään silloin, kun näkee eri materiaaleista valmistettujen kypärien koeammuntojen tulokset. Jos haluat pitää pääsi ehjänä tositilanteessa harkitse tarkkaan minkä kypärän ostat. Teräs on terästä ja muut tulee perästä. Näin se vaan on!

Parasta mitä metallikypärien rintamalla on viimevuosina tapahtunut. Kuvassa Diamond Age -yrityksen Neosteel-teräskypärä kasvojen lisäsuojalla varustettuna.

Suuret kiitokset koeammunnan suorittaneelle Suomen Sotilas -lehden erikoistoimittajalle Mikko Anttilalle. Lisää syvällisempää kypäräanalyysia saat lukea tilaamalla Suomen Sotilas -lehden.

 

Avainsanat: , , , ,

Share This