Риски астероидно-кометной опасности Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

/24 Civil SecurityTechnology, Vol. 14, 2017, No. 3 (53) УДК 52-424

Риски астероидно-кометной опасности

ISSN 1996-8493

© Технологии гражданской безопасности, 2017

М.И. Савельев

Аннотация

Рассматриваются проблемы парирования астероидно-кометной опасности с учетом приемлемых и неприемлемых рисков в условиях чрезвычайных ситуаций космического происхождения.

Ключевые слова: чрезвычайная ситуация; астероидно-кометная опасность; опасное небесное тело; приемлемый риск; неприемлемый риск.

Risks of Asteroid and Comet Impact Hazard

ISSN 1996-8493

© Civil Security Technology, 2017

M. Savelyev

Abstract

The article discusses the problems of mitigating asteroid and comet impact hazard based on acceptable and unacceptable risks associated with emergency situations of cosmic origin.

Key words: emergency situation; asteroid and comet impact hazard; dangerous celestial body; acceptable risk; unacceptable risk.

Природные катаклизмы и техногенные катастрофы по своим масштабам превзошли все прогнозы. Ежегодные пожары, особенно 2010 года, наводнения и паводки 2012-2017 годов, цунами и последующая катастрофа на АЭС Фукусима-1 2012 года, вторжение 15 февраля 2013 года в околоземное пространство и воздушный взрыв Челябинского метеорита стали реальностью земной жизни. Мировое сообщество понесло значительные материальные и людские потери.

Материальные потери от природных катастроф в 1980-х гг. составляли 50 млрд долларов в год. За последнее десятилетие этот показатель достиг более 360 млрд долларов в год, а экономический ущерб только от катастрофического наводнения на Дальнем Востоке—порядка 527 млрд рублей, что составило 0,8% ВВП страны. Падение Челябинского метеорита обошлось стране свыше 1 млрд рублей [1].

Опыт ликвидации в 2013 году последствий падения Челябинского метеорита подчеркивает масштабность и многофакторность рисков чрезвычайных ситуаций (далее—ЧС) космического происхождения.

В этих условиях риск — это мера и механизм принятия решения в конкретной жизненной обстановке для достижения цели, а в условиях любой опасности — недопущение или снижение проявления ее негативных последствий. Адекватная оценка риска является важнейшим звеном в стратегии противодействия любой угрозе, в том числе астероидно-комет-ной опасности (далее—АКО). По своему генезису АКО относится к природному явлению космического происхождения.

Проблемы парирования АКО

Противодействие астероидно-кометной опасности относится к числу серьезнейших научно-технических проблем. Решение ее лежит в плоскости парирования угроз столкновения Земли с опасными небесными телами (далее—ОНТ)—малыми телами Солнечной системы (астероидами и кометами) с причинением значительного ущерба населению планеты вплоть до уничтожения цивилизации.

После Челябинского события проблема парирования АКО стала особенно актуальной. Вторжение метеорита в околоземное пространство над территорией Челябинской области сопровождалось воздушным взрывом, воздушной ударной волной, световым и электромагнитным излучением, сейсмическим и акустическим возмущением, что не противоречило ранее описанным подобным природным явлениям [2].

Полоса поражения от ударной волны составила свыше 130 километров в длину и более 50 километров в ширину. Было зафиксировано повреждение или разрушение более 7000 зданий. За медицинской помощью обратилось более 1600 человек [3].

Впервые МЧС России столкнулось с такого рода ЧС. Это была ЧС федерального уровня. Ликвидация ее последствий, а также научный анализ челябинского события высветил три концептуальные проблемы, без решения которых не представляется возможным

обеспечить планетарную защиту Земли от вторжения опасных небесных тел.

Первая из них сопряжена с недостаточностью фундаментальных и поисковых исследований по созданию научно-технического задела, позволяющего обеспечить активное противодействие опасным небесным телам и уберечь Землю от столкновения с ними без каких-либо последствий.

Вторая проблема характеризуется отсутствием в настоящее время технологий, способных заблаговременно обнаруживать, достоверно прогнозировать и осуществлять контроль падения на Землю космических пришельцев.

Третья проблема кроется в недооценке на ведомственном уровне важности проведения научных исследований по предотвращению космических угроз со стороны малых планет Солнечной системы.

В результате слабого внимания решению указанных проблем (отсутствует федеральная целевая программа в данной сфере), обнаружение ОНТ в условиях дневного неба с помощью наземных средств невозможно. Также существуют проблемы раннего предупреждения реальной опасности и точности определения параметров, достоверности прогноза параметров вторжения ОНТ по скорости, углу и координатам входа в атмосферу, массе, высоте, мощности и координатам взрыва. В свою очередь, значения мощности взрыва во многом определяются скоростью и углом вхождения ОНТ, его размерами и формой, составом и массой.

Риски в условиях неопределенности АКО

Эффективное реагирование на ЧС, включая своевременное прогнозирование, подготовку и эффективное проведение мероприятий по спасению человеческих жизней, уменьшению ущерба — обязательная функция любого государства. В России решение этой задачи осуществляет МЧС России, что сопряжено со многими рисками. В конечном итоге риск—это конкретная количественная оценка, определяемая как сочетание вероятности реализации данной угрозы и тяжести ее последствий.

По отношению к астероидно-кометной опасности количественная оценка риска лежит на пространстве параметров: обнаружения ОНТ— предупреждения —сопровождения (мониторинга) — прогнозирования —противодействия ОНТ— принятия неотложных мер по защите населения и территорий —ликвидации последствий в зоне ЧС.

Вскоре после обнаружения крупного ОНТ не представляется возможным определить степень его опасности для Земли в ближайшем или отдаленном будущем. Первоначальная орбита тела ОНТ, обычно найденная по наблюдениям в течение короткого промежутка времени, является весьма ненадежной. Фактически с выполненными наблюдениями оказывается совместим целый пучок орбит. Прогноз движения в такой ситуации сопряжен с большими ошибками.

Системность рисков АКО

Риски астероидно-кометной опасности носят системный характер. После обнаружения ОНТ, траектория полета которого ведет к столкновению с Землей, крайне важно продолжить его сопровождение местонахождения с последующим вычислением точных эфемерид (таблиц предвычисленных небесных координат Солнца, Луны, планет и других небесных тел) по возможности с более короткими базовыми линиями. Необходимо также определить, из какого вещества состоит небесное тело, какова его плотность, и выяснить, является ли оно единым объектом или состоит из нескольких обломков.

Если во время осуществления прогнозирования станет ясно, что ОНТ действительно движется к Земле и столкновения не избежать, тогда необходимо отклонить его от опасной траектории. В противном случае целесообразно провести оценку возможных последствий вторжения ОНТ в атмосферу Земли и предпринять надлежащие меры по снижению людских потерь и минимизации ущерба.

Очевидно, что наземными астрономическими средствами получение таких данных об ОНТ сопряжено с большой неопределенностью. Даже если удастся получить данные о размере, массе, плотности, частоте вращения и скорости движения ОНТ, результат столкновения с Землей останется непредсказуемым.

Существует зависимость, где и в какой области атмосферы начнется фрагментация небесного тела, а также от расположения места удара, который может произойти на суше, на мелководном шельфе или на акваториях морей и океанов, что также порождает неопределенность возможных последствий.

ОНТ с размерами в поперечнике более 10 м следует рассматривать как опасные. Предотвратить столкновения Земли с ОНТ типа Челябинского метеорита практически невозможно. В настоящее время отсутствуют организационно-технические решения по предотвращению столкновения Земли с крупными более 50 м небесными телами. Положительного эффекта по противодействию АКО можно достичь только на основе системного подхода к данной проблеме [4].

Приемлемые и неприемлемые риски АКО

при планировании мероприятий по защите населения и территорий от АКО необходимо учитывать уязвимость населения и территорий, особенности проявления первичных и вторичных поражающих факторов, связанных с вторжением ОНТ в околоземное пространство.

По первичным поражающим факторам их падение сопровождается, как было отмечено выше, воздушной ударной волной, световым излучением, ЭМИ, сейсмовозмущением и др. Вторичные поражающие факторы проявляются вследствие ударного и сейсмического воздействия на поверхность Земли, радиационно, химически и биологически опасные объекты, а также на гидротехнические сооружения.

В зависимости от достоверности прогноза наступления астероидно-кометной опасности и ее поражающих факторов, население и территории могут оказаться в зонах приемлемого или неприемлемого риска (рис. 1).

Обобщенно риск R

R = f(P

J V Ol

• U)

1 g'

отражает функцию частоты и последствий нежелательного события, выраженную соответственно через вероятность вторжения АКО в атмосферу над территорией страны P и уязвимость U населения

а а а А онт J g

и территорий страны, в данном случае России, от первичных и вторичных поражающих факторов.

Крайне важно, чтобы параметры ОНТ и его территории столкновения с Землей были достоверны. К сожалению, из-за отсутствия надлежащих астрономических инструментов космического базирования достоверность параметров Челябинского метеорои-да определялась по косвенным признакам на основе картины разрушений, опроса очевидцев и обработки видео- и фотосъемки, что привело к значительным расхождениям оценок экспертов РАН (выделено красным цветом), NASA и результатов моделирования челябинского события (табл. 1) [5-7].

Из приведенных в таблице данных очевидно, что ударная волна является основным поражающим фактором и зависит от мощности q метеороидного взрыва, значение которого определяется по эмпирической формуле через энергию E0 высвета [9]:

q = 8,2508E00-885.

Вторжение ОНТ в воздушно-космическое пространство России из-за своей огромной территории наиболее вероятно. Россия самая крупная страна на земном шаре. По площади — 17,3 млн км2 она равна Южной Америке и занимает примерно 1/3 территории Евразии и 1/9 земной суши, а ее протяженность с востока на запад составляет около 10 000 км.

Учитывая то, что в дальнейшем можно ожидать увеличения плотности населения Земли и количества созданных человеком потенциально опасных техногенных объектов, степень опасности от падения даже небольших небесных тел будет возрастать. В целом

Так, при определении мощности взрыва Челябинского метеороида оценки экспертов находятся в пределах от нескольких десятков килотонн до 50 мегатонн тротилового эквивалента, что подчеркивает проблематичность выработки стратегии противодействия АКО.

Разрушение подстилающей поверхности и наземных объектов происходит вследствие прямого воздействия ударной волны. Поражающее действие ударной волны определяется главным образом избыточным давлением в ее фронте, а также скоростным напором. Оценка последствий воздействия ударной волны приведена в табл. 2.

Рис. 1. Приемлемые и неприемлемые риски в условиях АКО

Результаты оценки параметров вторжения Челябинского метеороида

Таблица 1

Параметры вторжения Челябинского метеороида

Экспертиза РАН NASA Модель

Скорость, км/с 18,6 18 19

Высота взрыва, км 23 19-24 28

Угол вхождения, (0) > 20 - 7,22

Диаметр, м 16-19 15 180

Масса, тыс. т - 10 1800

Мощность взрыва, Мт 0,1-0,5 0,3-0,5 57

Избыточное давление, кПа 0,7-1 - 5

Таблица 2

Оценка последствий воздействия ударной волны

ДРф, кПа Менее 10 10...30 30.50 50.100 Более 100

Степень поражения людей Безопасное избыточное давление Легкая (ушибы, потеря слуха) Средняя (кровотечения, вывихи, сотрясение мозга) Тяжелая (контузии) Смертельное поражение

Разрушение зданий Частичное Слабое, среднее Сильное Полное Полное

Избыточным давлением во фронте ударной волны поражаются преимущественно крупноразмерные объекты (промышленные и жилые здания, корпуса кораблей и т.п.), а скоростным напором—население и малоразмерные объекты (вышки, мачты, столбы, антенны и т.п.). Воздушная ударная волна наносит поражение человеку непосредственно и косвенно. Основной причиной возникновения травм является мгновенное повышение давления воздуха в момент прихода волны, воспринимаемое человеком как резкий удар и в результате косвенного воздействия

ударной волны — обломками разрушаемых объектов. Тяжесть поражения от косвенного воздействия может быть больше, чем от непосредственного действия ударной волны, а количество пораженных людей — преобладающим.

Приведенные в табл. 1 значения по избыточному давлению во фронте ударной волны метеороидного взрыва не позволяют достоверно судить о степени поражения людей и разрушении зданий в соответствии с критериями риска и оценкой последствий ЧС по отношению к людям и зданиям (табл. 2).

Выводы

Выходом из создавшейся ситуации по уменьшению рисков в условиях астероидно-кометной опасности может стать принятие федеральной целевой программы России по созданию системы предупреждения и противодействия астероидно-кометной опасности с развитой структурой космического и наземного базирования элементов и средств системы.

Совместная работа радиолокационных и оптических средств является наиболее эффективным решением для получения как позиционной информации, для уточнения орбиты опасных небесных тел Солнечной системы, так и для получения детальной информации об их физических свойствах, вплоть до прямого синтезированного изображения самого объекта.

Литература

1. Савельев М.И., Курбатов М.Ю. Космические технологии в области защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера и перспективы развития системы космического мониторинга МЧС России: Доклад на XXVII Междунар. науч.-практ. конф. «Предупреждение. Согласие. Спасение. Помощь», посвященной 25-летию со дня образования АГЗ МЧС России. Химки, мкр. Ново-горск, 16 марта 2017 года.

2. Toon O.B., Zahnle K., Morrison D. et al. Environmental perturbations caused by the impacts of asteroids and comets // Rev. Geophys. 1997. V. 35. № 1. P. 41-78.

3. Отчет об анализе чрезвычайной ситуации, сложившейся в результате выпадения метеоритного дождя на территории Челябинской области 15 февраля 2013 года. Главное управление МЧС России по Челябинской области, 2013.

4. Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра / Под ред. Б.М. Шустова, Л.В. Рыхловой. М.: Физматлит, 2010. 384 с.

5. Акимов В.А., Савельев М.И., Шустов Б.М. и др. Астероидно-кометная опасность: стратегия противодействия / Под общ. Ред. В.А. Пучкова / М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2015. 272 с.

6. Савельев М.И. Проблемы создания Российского сегмента мониторинга и прогноза астероидно-кометной опасности: Тезисы доклада на секции № 5 «Астероидная и кометная опасность: оценка угроз, перспективы международного взаимодействия» в рамках работы XIX Междунар. науч.-практ. конф. «Опыт ликвидации крупномасштабных чрезвычайных ситуаций в России и за рубежом». Московский планетарий. М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ). 2014.

7. Russia Meteor Not Linked to Asteroid Flyby. http://www.nasa.gov/ mission_pages/asteroids/news/asteroid20130215.html

8. Лобановский Ю.И. Уточненные параметры Челябинского и Тунгусского метеороидов и характеристики их взрывов. Москва. http://www.synerjetics.ru/.

9. Фортов В.Е., Султанов В.Г., Шутов А.В. Взрыв Челябинского суперболида в атмосфере Земли: рядовое событие или уникальное стечение обстоятельств? // Геохимия. 2013. № 7.

Сведения об авторе

Савельев Михаил Иванович: к. т. н., с. н. с., ФГБУ ВНИИ

ГОЧС (ФЦ), нач. отд.

121352, Москва, ул. Давыдковская, 7.

E-mail: [email protected]

SPIN-код — 9830-6419.

Information about authors

Savelyev Mikhail I.: Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies, Head of Department. 7 Davydkovskaya, Moscow, 121352, Russia. E-mail: [email protected] SPIN-scientific — 9830-6419.

Издания ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ)

Авторы, название URL

Пучков В.А. Настольная книга руководителя гражданской обороны. Изд. 4-е, актуализ. и дополн. https://elibrary.ru/item.asp?id=29741192

Батырев В.В. и др. Оценка эффективности и качества фильтрующих средств индивидуальной защиты органов дыхания населения в чрезвычайных ситуациях http://elibrary.ru/item.asp?id=25889315

Акимов В.А. и др. Чернобыль. Памяти страницы (к 30-летию аварии на ЧАЭС) http://elibrary.ru/item.asp?id=25637877

Батырев В.В. и др. Основы индивидуальной защиты человека от опасных химических и радиоактивных веществ. Монография http://elibrary.ru/item.asp?id=26496217

Артамонов В.С. и др. Гражданская оборона. Учебник http://elibrary.ru/item.asp?id=26013124

Акимов В.А. и др. Защита населения и территорий Российской Федерации в условиях изменения климата http://elibrary.ru/item.asp?id=26496295

Гаврилюк А.Д. и др. Обеспечение безопасности при реализации крупных экономических и инфраструктурных проектов в Арктике. Проблемы и пути решения. Международная конференция. Салехард, 18-20 августа 2015 г. Материалы конференции http://elibrary.ru/item.asp?id=26244052

Воронов С.И. и др. Страхование от чрезвычайных ситуаций. Монография http://elibrary.ru/item.asp?id=25889316

Степанов В.Я. Чернобыль: взгляд сквозь годы. Выпуск 6. Сер. Звезда Чернобыля https://elibrary.ru/item.asp?id=29123709

Пучков В.А. Настольная книга руководителя гражданской обороны. Изд. 3-е, актуализ. и дополн. https://elibrary.ru/item.asp?id=29106705