CC BY
143Научно-практический журнал «Новые исследования в разработке техники и технологий» № 1/2014
экология И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ
Енджиевский Л.В., Фроловская А.В.
ИСТОРИЯ АВАРИЙ И КАТАСТРОФ
Ориентируя книгу [2] на широкий круг читателей - бакалавров, студентов, магистров, аспирантов различных по профилю технических специальностей, авторы использовали общепринятые понятия и термины, например:
катастрофа - событие с несчастными трагическими последствиями [5], обусловленное внезапным изменением внешних условий и воздействий, вызывающее негативные изменения среды обитания, разрушение различных строительных и других объектов, возбуждающее возникновение новых катастрофических событий с негативными воздействиями и угрозами для жизни людей;
авария - выход из строя, повреждение какого-нибудь механизма, машины, устройства во время работы, движения [5]. Авария есть конкретное следствие катастрофы; следствие отклонения от нормального технического режима; локальное разрушение, обусловленное ошибками проектирования, накопленными дефектами в процессе создания и эксплуатации и другими факторами [6].
В историческом плане катастрофы и аварии были, есть и будут. Однако масштабность их негативного проявления постоянно будет изменяться: с одной стороны, - уменьшаться ввиду того, что человеческое сообщество развивается, «умнеет», накапливает опыт прогнозирования природных катаклизм и учится упреждающе реагировать на них, с другой - увеличиваться также по причине интеллектуального развития. Проникая в глубины Вселенной и на микроуровне в структуру и физические свойства материи, человеческое сообщество создает гигантские сооружения и технические средства для интенсивного «выкачивания» природных ресурсов, развивает технологии синтеза новых материалов и целенаправленного разделения их атомов, а при возникновении каких-либо технологических нарушений весь этот накопленный ресурс превратится в источник новых, теперь уже антропогенных, катастроф и аварий.
Причинами возникновения катастроф могут быть природные явления и антропогенные, спровоцированные активной деятельностью людей, при недостаточном обеспечении технологической безопасности.
Природные явления - землетрясения, извержения вулканов, цунами, наводнения, сели, снежные лавины, ураганы, торнадо, смерчи и другие, негативные с высокой энергетической активностью, влияющих на человеческое сообщество и его среду обитания.
Антропогенные - разрушения гидротехнических сооружений; взрывы на атомных электростанциях, хранилищах отработанного ядерного топлива (ОЯТ) и ядернотехнологических центрах, на складах боеприпасов; разрывы нефте- и газопроводов, резервуаров; катастрофические аварии на море и других видах транспорта; аварии в авиации и в космической отрасли на земле и в космосе; пожары и др.
Частичные повреждения или обрушения зданий в процессе строительства и
51
эксплуатации происходили и происходят во всем мире, во всех странах. Меняются только причины и характер ситуаций. С развитием науки, с разработкой новых конструкций и конструктивных схем зданий и сооружений возникают новые требования к их расчету, проектированию, изготовлению и монтажу. Возникают и новые, раньше не известные в практике судо-, авиа- и строительства просчеты и ошибки, и как следствие, аварийные ситуации.
При анализе экстремальных природных катаклизм и им соответствующих катастроф по каждому из событий кроме общетеоретических описаний физической сущности, масштабности и параметров явления представлен большой набор конкретных примеров. Например, в представлениях о землетрясениях рассмотрены: Лиссабонское (1755 г.), Верненское (1887 г.), Калифорнийское (1906 г.), Чилийское (1906 г.), Мессианское (1908 г.), Ашхабадское (1948 г.) и другие.
В результате такого анализа выявлены или подтверждены выводы других ученых относительно эволюции этих явлений, их повторяемость с охватом большого исторического периода, масштабность воздействия на среду обитания человека и его практическая незащищенность. Многие исследователи, основываясь на анализе единичных примеров природных катастроф, отводят человеку лишь роль пассивного регистратора события. Однако это не так. При системном многофакторном анализе (в большом наборе примеров и охвате большого исторического периода) человек, хотя бы на подсознательном уровне, вырабатывает способы ослабления негативных последствий природных катастроф. Накапливающийся опыт медленно, но позитивно влияет на понимание и приспосабливаемое^ к этим явлениям.
Глобальных результатов по управлению землетрясениями мировое человеческое сообщество, включая и научное, к настоящему времени не имеет, хотя сеть научного мониторинга постоянно развивается во всем мире. Наблюдения за землетрясениями ведутся с древнейших времен (начиная с I в. до н.э). Во многих странах мира большое количе ство ученых проводят комплексное исследование по данной проблеме. Постоянные наблюдения за землетрясениями осуществляются сейсмической службой, в структуре которой функционирует сеть сейсмических станций, охватывающая весь земной шар. Создание такой сети станций начиналось в 1896 г. [3]. В 1915 г. таких станций было уже 60. Современная мировая сеть насчитывает более 2 000 стационарных сейсмических станций, данные которых систематически публикуются в сейсмологических бюллетенях и каталогах. Кроме стационарных станций используются экспедиционные сейсмографы, в том числе устанавливаемые на дне океанов. Экспедиционные сейсмографы засылались также на Луну, Марс и Венеру.
Это вселяет надежды на получение в будущем более позитивных результатов.
Уже сегодня имеются успехи человеческого сообщества в противоборствующей борьбе с отдельными экстремальными природными явлениями. В качестве такого примера рассмотрим опустынивание, обратив особое внимание на роль науки, межгосударственных научных программ, коллективных межгосударственных и неправительственных организаций в борьбе с опустыниванием, а также оригинальные проекты.
Опустынивание — это процесс необратимого изменения почвы и растительности
52
Научно-практический журнал «Новые исследования в разработке техники и технологий» № 1/2014
и снижения биологической продуктивности, который в экстремальных случаях может привести к полному разрушению биосферного потенциала и превращению территории в пустыню.
Опустынивание на суше коснулось уже более 1 млрд га.
В настоящее время многие ученые проводят различные исследования и разрабатывают способы борьбы с опустыниванием.
Существует несколько специальных организаций, которые занимаются подобными исследованиями, объединяя группу ученых из нескольких стран. Активно действуют такие, как International Center for Agricultural Research in the Dry Areas (ICARDA), UNEP (ЮНЕП) - United Nations Environment Programmer (Программа ООН по окружающей среде). Данная организация занимается разработкой, спонсированием и поддержкой различных проектов, направленных на улучшение экологической обстановки в мире, существует Российский комитет содействия ЮНЕП.
Территория Хакасии в периоды засушливых лет подвержена опустыниванию. Ряд международных научных программ (Тасис, Коперникус и др.) плодотворно работают в регионе, поддерживая перспективные научные исследования, включая проекты Всемирного фонда дикой природы, фонда Сороса, фонда Макартуров, фонда Форда, фонда Рокфеллера, фонда глобальной инфраструктуры, Международного союза охраны природы, Британского экологического фонда ноу-хау и многие другие.
В Конвенции ООН большое внимание уделено роли неправительственных организаций (НПО) в борьбе с опустыниванием. В настоящее время аккредитовано свыше 700 НПО, из них две неправительственные организации из России. Создана глобальная сеть НПО, участвующих в борьбе с опустыниванием - RIOD.
Очевидно, что решение многих проблем борьбы с опустыниванием невозможно без научной поддержки. Это касается обоснования системы мониторинга и раннего предупреждения, создания систем космического мониторинга, разработки новых методов мелиорации и технологий земледелия, направленных на сохранение качества почв и экономию водных ресурсов, определения оптимальной структуры земледелия с учетом асинхронности засух в разных регионах, создания системы охраняемых территорий, изучения влияния опустынивания и засух на экономику и социум и разработки мер по предупреждению их негативных последствий.
Способы борьбы с опустыниванием:
• оптимизация использования природных ресурсов, оптимизация структуры сельскохозяйственных угодий, специализация хозяйств, совершенствование структуры посевных площадей, нормированное использование пастбищ;
• мелиорация природных условий, проведение комплексных мероприятий, включая защитное лесоразведение, борьбу с эрозией почв, улучшение солонцовых почв, рекультивацию техногенно нарушенных земель;
• расширение запасов водных ресурсов, включая регулирование поверхностного стока, поиск и добычу пресных подземных вод, защиту поверхностных и подземных вод от загрязнения;
• адаптивно-ландшафтное землепользование, разработка и освоение ландшафтных систем земледелия, обеспечивающих высокую и устойчивую продуктивность, адаптация
53
систем землепользования применительно к многоукладное™ хозяйствования;
• фитомелиорация пастбищ, в особенности современных очагов
опустынивания, использование растений-закрепителей песка с последующим их включением в пастбище обороты.
Некоторые ученые выдвигают весьма оригинальные способы борьбы с продвижением пустыни.
Оригинальные проекты по борьбе с опустыниванием
Участники завершившейся в Оксфорде влиятельной Международной конференции TED Global выступили с неожиданно смелой инициативой разделить Африканский континент надвое, построив в Сахаре гигантскую стену протяженностью 6 тыс. км, дабы остановить движение пустыни на юг Африки [1]. Стена должна протянуться от побережья Индийского океана до Атлантики: от Джибути на востоке до Мавритании на западе континента. Организатором данного проекта архитектором Магнусом Ларссоном была разработана уникальная технология, заключающаяся в использовании песка пустыни и особого вида бактерий, которые способны «цементировать» этот песок.
Бактерии, известные как Bacillus pasteurii и живущие в основном в болотах, обладают уникальным свойством выделять при высоких температурах вещество, которое действует на песчинки как цемент. В результате, утверждает ученый, из песка можно возводить гигантские и надежные стены, которые не допустят распространения пустынь.
Из презентации Магнуса Ларссона: «Я представляю проект о строительстве стены длиной 6 000 километров поперек всего Африканского континента размером примерно как Великая китайская стена, которая из бактерий и песчинок. Итак, есть способ превращения песка в песчаник и создания пригодных для жилья пространств внутри дюн в пустыне».
По количественному набору и разнообразию антропогенные катастрофы и аварии, возбудителем которых является человеческий фактор, значительно превосходят природные. В технической литературе изобилует большое количество примеров аварий с описанием по отдельным отраслям и видам человеческой деятельности.
К оригинальной и положительной стороне книги следует отнести ее многоплановый по отраслям человеческой деятельности характер. В первую очередь это относится к набору примеров антропогенных аварий. Здесь в едином ряду рассмотрены аварии и катастрофы: на море, аэрокосмические, на гидротехнических сооружениях, на мостовых сооружениях, на атомных электростанциях и хранилищах отработанного топлива, на различных типах оригинальных инженерно-строительных сооружений, включая большепролетные и высотные.
В книге четко просматривается целенаправленный подбор примеров по критериям масштабности, возможной практической повторяемости, типизации сооружений и многочисленных сопутствующих аварий, так называемых, человеческих факторов в различных вариантах их проявления.
Авторы книги большое внимание уделили проблеме взаимоотношений «природа-
54
Научно-практический журнал «Новые исследования в разработке техники и технологий» № 1/2014
человек» или «человек-природа». При природных катаклизмах человек выступает как пассивный регистратор негативных событий, при антропогенных - главный фигурант события. Здесь он реализует одну из двух ипостасей: человек-созидатель, гениально познающий законы природы и успешно проникающий в ее среду, и человек-разрушитель, результаты деятельности которого приводят к антропогенным авариям и катастрофам.
Факторы, формирующие эти ипостаси:
1. Диспропорция между уровнем развития фундаментальной науки в познании строения атомного ядра, космического пространства, подземных и морских глубин и возможностями инженерно-технической реализации научных знаний.
2. Непропорциональное развитие технологической, организационно-технической сферы наукоемких производств и системы мониторинга и контроля, обеспечивающих безопасность производств и нормальную жизнедеятельность человека.
3. Недостаточность уровня познания природы и роли человека в среде обитания. Человек и природа должны быть гармонизированы. Человек - дитя природы, и поэтому он должен к ней относиться с любовью, ведь на нем лежит ответственность за ее сохранение и позитивное развитие.
4. Конкретные негативные последствия человеческой деятельности:
• недостаточный уровень компетенции и ответственности от чиновников всех рангов до рядовых исполнителей за судьбу нашей планеты;
• размещение вредных производств и потенциально опасных объектов в непосредственной близости от жилых зон и систем их жизнеобеспечения;
• низкий уровень технологической надежности систем обеспечения безопасности в промышленности, на транспорте, в энергетике, сельском хозяйстве;
• слабый контроль за состоянием потенциально опасных производств и объектов;
• износ технологического оборудования, транспортных средств и основных производственных фондов, достигающий в некоторых отраслях промышленности 90 % и более;
• нездоровая конкуренция, монополизация, самоуверенность исполнителей и завышенная самооценка качества изделий на всех стадиях их создания;
• низкий уровень технологической дисциплины эксплуатационников, порой граничащий с халатной преступностью;
• многое другое.
Все представленные в книге антропогенные, включая и техногенные, аварии и катастрофы спровоцированы набором негативной деятельности человеческого сообщества.
Из множества рассмотрим два характерных примера.
1. Обрушение купола в г. Истра Московской области 25.01.1985 г.
Купол должен был выполнять функцию каркаса здания главного испытательного зала Высоковольтного испытательного центра Всесоюзного электротехнического института им. В.И. Ленина (ВИЦ ВЭИ). Здание ВИЦ ВЭИ имеет форму оболочки вращения, близкую к форме сплюснутого эллипсоида вращения. Диаметр в основании 227,5 м, высота помещения в центре 112,4 м. Монтаж оболочки купола осуществлялся навесным методом от фундамента до вершины крупными блоками 9х9 м.
55
Ранним утром (7 ч 30 мин) 25 января 1985 г. на стадии завершения произошло обрушение купола [4].
Комиссия по расследованию причин аварии отметила прогрессивность, архитектурные и технологические достоинства технического решения здания в виде двухпоясного сетчатого купола. Она отметила также эффективность примененного навесного монтажа крупными блоками полной строительной готовности, обеспечивающего высокую скорость возведения сооружения при малых трудозатратах и сочла принятое решение сложным, особенно с точки зрения правильного определения усилий в элементах оболочки. Комиссия заключила, что для успешной практической реализации такого решения требовалось провести детальные экспериментальные, теоретические и расчетные исследования с целью изучения статической работы сооружения, действительного сопротивления элементов конструкции, особенностей работы конструкций в монтажной и эксплуатационной стадиях. В полной мере эти исследования выполнены не были, в результате чего при проектировании сооружения, изготовлении и монтаже металлоконструкций имел место ряд упущений.
Комиссия выявила многочисленные дефекты и отступления от проекта, допущенные при изготовлении и монтаже узлов купола. Во время монтажа уже были неприятности. Некоторые сжатые стержни теряли устойчивость.
В интернет-сайтах и в книге [7] неоднократно было указано, что на чертежах была надпись: «В проекте использовано изобретение по авторскому свидетельству № 590414. Авторы И.Н. Дмитриев, Н.П. Мельников, В.А. Савельев И.Н. Дмитриев - начальник строительного отдела ЦК КПСС и Н.П. Мельников - директор ЦНИИпроектстальконструкция, действительный член АН СССР.
Очевидно, что реализация в проекте идеи изобретения таких авторитетных чиновников сыграло роковую роль, многие из обязательных требований к расчету и проектам были не выполнены.
Фактически разработчики проекта проявили некомпетентность, самоуверенность, стадия проектирования сопровождалась широкой саморекламой, например, на международном форуме в г. Алма-Ата [4] и на страницах Справочника проектировщика.
Можно предположить, что проектировщики, не выделив в отдельную стадию процесс монтажа, допустили ошибки в определении расчетных усилий. При данной технологии монтажа расчетные усилия должны формироваться по результатам расчета с использованием как минимум двух расчетных схем. В упрощенном варианте с учетом симметрии системы усилия от действия собственного веса должны определяться с использованием консольной схемы искривленного стержня, при этом наружные волокна по всей поверхности купола будут растянуты, а внутренние - сжаты.
От временной нагрузки, которая прикладывается после замыкания купола, усилия должны определяться с использованием арочной схемы. При такой схеме эпюра моментов будет знакопеременной.
2. Взрыв космического челнока «Челленджер» 26.01.1986 г.
История «Челленджера» [8] началась накануне ночью, когда температура во Флориде опустилась до необычно низкой отметки - минус 27 0С.
На следующее утро так называемая «ледовая команда» НАСА приступила к работе,
56
Научно-практический журнал «Новые исследования в разработке техники и технологий» № 1/2014
проверяя космический челнок на возможность потенциально опасного обледенения. Лед, отделяясь во время взлёта, может повредить огнеупорное покрытие «Челленджера».
Позже выяснится, что один инженер из компании «Рокуэлл» в Калифорнии, наблюдавший за действиями «ледовой команды» с помощью специальной телевизионной установки, позвонил в контрольную комиссию и настоятельно потребовал отложить старт корабля из-за опасной степени обледенения.
Через шестнадцать секунд после старта огромный корабль грациозно повернулся, взяв курс за пределы земной атмосферы. ,Челленджер” идет с ускорением», - сообщила контрольная комиссия ровно через 52 с после запуска. «Идем с ускорением», - передал по радио капитан Скоби.
Мгновение..., и начался кошмар. «Челленджер» охватило пламя... Когда отвратительное Y-образное облако расползлось над космодромом, зрители почувствовали невыразимый страх. Вдруг ведущий замолчал и через минуту упавшим голосом произнес: «Как нам только сообщил координатор полета, космический корабль „Челленджер” взорвался».
Специально созданная комиссия начала с пристрастием допрашивать на закрытых заседаниях высших должностных лиц НАСА и инженеров компании «Мортон тайокол» -поставщика ракет-носителей на твердом топливе, которые, как предполагалось, привели к трагедии. То, что выяснилось, повергло комиссию в шок. Оказалось, управляющий полетами челноков космического центра Кеннеди Роберт Сайк и директор запуска «Челленджера» Джин Томас даже и не слышали, что инженеры компании «Мортон тайокол» возражали против запуска челнока из-за холодной погоды на мысе Канаверал.
Вечером накануне запуска инженеры компании «Мортон тайокол» и должностные лица НАСА обсуждали потенциальные проблемы полета. Инженеры единодушно просили отложить запуск «Челленджера».
Споры грозили затянуться, и тогда первый вице-президент компании «Мортон тайокол» Джеральд Мейсон заявил: «Нам придется принять управленческое решение». Он и три других вице-президента поддержали запуск. Управленческое решение -главный человеческий фактор.
Но глава инженерного корпуса компании Алан Макдональд отказался подписать официальное разрешение на запуск корабля. «Я спорил с ними до хрипоты, - сказал он репортерам. - Но не смог их переубедить». Казалось, руководство НАСА не интересовали предположения и предостережения, оно требовало «доказательств», что запуск может быть опасен. Комиссией было отмечено, что НАСА очень хотело поскорее вывести «Челленджер» на орбиту из-за серии задержек, которые произошли раньше.
57
Литература:
1. Африку разделит стена [Электронный ресурс]. - URL: http://www.ted.com.
2. Енджиевский Л.В., Терешкова А.В. История аварий и катастроф. Красноярск: Сиб. Федер. Ун-т, 2013. 440 с.
3. Луценко Е. В. Стихийные бедствия и защита от них. /учеб. пособие. КГПУ им. В. П. Астафьева. Красноярск, 2005. 352 с.
4. Мельников Н. П., Савельев В. А. Новые конструктивные решения металлических сетчатых оболочек // Международная конференция по облегченным пространственным конструкциям покрытий для строительства в обычных и сейсмических районах (Алма-Ата, 13-16 сент. 1977 г.): доклады. М. : Стройиздат, 1977. С. 326-339.
5. Ожегов С. И. Словарь русского языка / под ред. Н. Ю. Шведовой/ М. : Рус. яз., 1986. 797 с.
6. Советский энциклопедический словарь / науч.-ред. совет: А. М. Прохоров (пред.). М. : «Сов. Энцикл.», 1981. 1600 с.
7. Тайны стальных конструкций (воспоминания, размышления, прогнозы): лит.-худож. изд. под ред. А. В. Шимановского и В. Н. Гордеева. Киев: Сталь, 2004. 303 с.
8. Энциклопедия мировых сенсаций XX века. Т 1-2 [Электронный ресурс]. URL:
http://www.libedu.ru/l_b/avtor_neizvesten/yenciklopedija_mirovyh_sensacii_xx_veka_
tom_1-2.html).
58
