Взрывоопасная математика. Чрезвычайную ситуацию можно спрогнозировать
В работе чрезвычайного ведомства используется не только спасательная техника, но и сложные математические расчёты.
Для обычного гражданина МЧС России - это то самое ведомство, специалисты которого приходят на помощь в трудную, критическую минуту. Определение справедливое, но не совсем полное. Одной из главных задач министерства является предупреждение чрезвычайных ситуаций. А как их предупредить, если само понятие «чрезвычайные» предполагает внезапность и непредсказуемость?
Что такое прогноз?
Научные роты в Вооружённых силах РФ стали формироваться по указанию президента страны из числа выпускников профильных вузов. Вот и в МЧС России на базе ведущего образовательного учреждения - Академии гражданской защиты - в 2013 г. была создана научная рота. Сейчас это Лаборатория информационного обеспечения населения и технологий информационной поддержки Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС).
Одна из основных задач этого уникального подразделения сформулирована официально так: выполнение прикладных исследований по всем направлениям деятельности академии и МЧС России в рамках приоритетных направлений развития науки, техники и технологий в системе министерства. Правда, из этой формулировки нам с вами трудно понять, чем оно занимается. Но если проще, то работа сотрудников лаборатории как раз и даёт ответ на тот самый (важнейший!) вопрос: можно ли спрогнозировать чрезвычайную ситуацию и как её предупредить?
«Это не прогноз погоды и тем более не астрологическое предсказание, - поясняет начальник лаборатории, доктор технических наук майор Анатолий Рыбаков. - Никто вам не скажет, что завтра здесь будет пожар или произойдёт взрыв. Для нас прогноз - прежде всего понимание, какие у этого условного пожара будут поражающий фактор, тепловой поток, интенсивность излучения... А уже на основе понимания можно сделать максимально точный, достоверный расчёт. Ну и, разумеется, пойти дальше - точно с такой же точностью рассчитать последствия пожара, а также силы и средства, которые будут необходимы для ликвидации этих последствий».
Поражающие элементы
Всё делается с помощью сложных математических моделей, которые, собственно, и разрабатываются в лаборатории. Равно как и компьютерные программы, позволяющие потом моделировать развитие и предсказывать последствия чрезвычайных ситуаций. При этом ещё и учитывать неочевидные факторы, на которые раньше внимания почти не обращали.
Скажем, из школьных уроков по гражданской обороне все помнят, что у взрыва есть несколько поражающих факторов - ударная волна и осколки. Как ведёт себя первая, было более или менее понятно и раньше. А вот с осколками, как выясняется, всё не так просто. Расчёты специалистов лаборатории показывают, что радиус поражения осколками значительно превосходит радиус поражения взрывной волной.
«Большинство программных продуктов, моделирующих взрывы, нацелены на расчёт первичных последствий той же силы воздушной ударной волны, - продолжает её руководитель. - Разлёт же осколков относится к последствиям вторичным, однако учитывать этот фактор жизненно необходимо. Ярким примером является трагедия, произошедшая в Китае во время череды взрывов на пиротехническом заводе. Жильцы соседних зданий получили увечья и раны не столько от воздействия воздушной ударной волны, сколько из-за разлетевшихся осколков оборудования, стёкол и фрагментов зданий».
Сегодня лабораторией создана специальная программа для моделирования чрезвычайных ситуаций техногенного характера, связанных со взрывами (бытового газа, при разгерметизации производственного оборудования и трубопроводов или при применении обычных средств поражения осколочного типа).
«Конечно, мы и дальше будем работать над этим продуктом, - поясняет майор Рыбаков. - Нужно создать алгоритм для зонирования территорий с учётом разлёта осколков. Проще говоря, для вычисления зон критического повреждения, сильного повреждения, слабого и незначительного. И тогда мы будем точно знать, что случится с человеком, если при взрыве он окажется в одной из них. Благодаря этому можно провести разработку актуальных регламентов по оценке безопасности объектов и своевременно предпринять необходимые меры для защиты населения».
Кстати, 3D-модели разлёта осколков при взрывах, созданные А. Рыбаковым и младшим научным сотрудником старшим лейтенантом Серафимом Очетовым, на ежегодном конкурсе МЧС России «Есть идея!» стали лучшим изобретением 2017 г. в номинации «Деятельность в области безопасности жизнедеятельности населения».
Чистый расчёт?
Стороннему наблюдателю это всё может показаться наукой для науки. Между тем связь с реальностью самая прямая. МЧС России, как известно, утверждает паспорта безопасности потенциально опасных объектов. Так вот, теперь при получении такого паспорта объект исследуется с помощью программы, созданной на основе математического расчёта.
Она показывает, что конкретно может случиться с ним в случае пожара или взрыва. И это позволяет вскрыть слабые места в защите. Причём не просто вскрыть, но и провести некоторые инженерно-технические мероприятия, чтобы предотвратить тяжёлые последствия. Скажем, где-то накрыть опасный участок дополнительным кожухом, где-то заменить стекло на непробиваемое, где-то поставить дополнительную стенку... То есть «чистая математика» помогает сделать реальные шаги, чтобы снизить риск до минимума.
Благодаря математике чрезвычайность - уже не значит непредсказуемость. Ведь достоверность прогноза составляет 83%, а оценка проводилась путём сопоставления результатов, полученных по данной модели, с данными о реально произошедших чрезвычайных ситуациях.
То же самое касается и защиты людей, которые никакого отношения к опасным объектам не имеют.
«Не менее актуальным является вопрос защиты населения от террористических угроз, - говорит А. Рыбаков. - С помощью нашего программного продукта можно показать зоны поражения в результате различных террористических актов - например, с применением самодельных взрывных устройств, начинённых гвоздями, саморезами, металлическими шариками. В таких случаях программа позволит разработать предупредительные меры по смягчению последствий от террористических актов в местах массового пребывания людей, в аэропортах, на вокзалах, при входах в здания и на производственные объекты».
Пожары на 6 дней вперёд
Математическое моделирование позволяет спрогнозировать даже такие стихийные явления, как лесные пожары. То, что они происходят довольно часто, известно всем. По мере сил к ним готовятся и ликвидируют последствия. Но одно дело - быть готовым ко всему и совершенно другое - заранее знать, что именно ожидается и даже в каком объёме. Эта тема тоже находится в разработке. Хотя, казалось бы, с 1940-х годов существует и используется модель выдающегося лесовода Валентина Нестерова, которая позволяет определить вероятность стихийных пожаров в природе. Это так называемый КПО - комплексный показатель пожароопасности по метеорологическим условиям. Нужно ли вообще разрабатывать что-то дальше?
«Модель Нестерова, безусловно, хороша, - отвечает начальник лаборатории. - Но она работает, во-первых, по большим площадям, а во-вторых, не учитывает некоторых факторов. Мы же поставили перед собой задачу не только определить пожароопасную ситуацию, но и предсказать возможное количество лесных пожаров и даже то, как они могут развиваться и с какими последствиями. Причём наша модель работает не на макроуровне - скажем, «леса Западной Сибири», а на уровне муниципальных образований. Здесь нам пришлось оперировать огромным объёмом статистических данных - мы брали всю статистику по пожарам в конкретном регионе за последние 10 лет. Учитывали множество факторов: не только температуру, влажность, погодные условия, но даже и сезон, и конкретный день месяца, и время суток... В результате программа позволяет спрогнозировать количество пожаров в заданном муниципальном образовании на 6 дней вперёд с вероятностью более 80%. Надо сказать, что для каждого такого образования использовалась не одна математическая модель, а несколько - в совокупности, исходя из особенностей конкретного района. И наша работа запатентована в Роспатенте как действующий рабочий программный продукт, который можно реально использовать».
«Чистая математика» многим кажется дисциплиной, предельно отвлечённой от грубой и опасной реальности, с чем имеют дело спасатели. Однако на поверку выходит, что работа, которая идёт тихо - в уме, на бумаге и в недрах компьютеров, - эффективно служит главной цели МЧС России - защите нашей безопасности.