Взрывоопасная математика. Чрезвычайную ситуацию можно спрогнозировать

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».

Предсказатели ХХI века. Как прогнозируют погоду и катастрофы Подробнее

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.