ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ
д. т. н. Ю. В. Попов (Межгосударственный авиационный комитет),
С. В. Балашов (Министерство обороны РФ)
Статья посвящена оценки влияния геофизических факторов на авиационные происшествия. Показано, что при расследовании авиационных происшествий эти факторы необходимо учитывать т.к. они могут спровоцировать возникновение особой ситуации. Приведены примеры, где были проведены исследования по влиянию данных факторов.
Основу безопасности полетов составляет надежное функционирование системы «экипаж – воздушное судно – среда». Любое нарушение ее функционирования приводит к авиационному происшествию (АП). Особую озабоченность во всем мире и в нашей стране, вызывают АП, обусловленные человеческим фактором, удельный вес которых в общей структуре аварийности составляет более 80% [1].
Основными причинами аварийности по человеческому фактору являются [2]:
- недостаточная подготовка экипажей к полетам в данных условиях;
- несоблюдение экипажами установленных параметров движения воздушных судов (ВС) при заходе на посадку;
- отсутствие должного взаимодействия в экипаже и взаимоконтроля исполнения членами экипажа предусмотренных операций;
- завышение самооценки уровня подготовки к выполнению полетов и личной натренированности;
- малый опыт летной работы;
- нарушения правил взаимодействия экипажа со службой управления воздушного движения;
- нарушение установленных правил эксплуатации ВС.
На рис. 1 представлено распределение причин АП из-за человеческого фактора.
Увеличить popov12-2008-1.gif (76кб)
Рис. 1. Распределение причин АП из-за человеческого фактора
Период до 1991 г. характеризовался относительно стабильными социально-экономическими условиями функционирования авиационной транспортной системы (АТС). На рис. 2 наблюдается «всплеск» аварийности в переходный период, когда относительные показатели безопасности (Кк - количество катастроф на 100 тыс. часов налета) по сравнению с предыдущим периодом существенно увеличились. Так, если в период 1982-1991 г.г. имели место 2 - 3 катастрофы на 1 млн. часов налета, то ныне – 5 - 6 катастроф.
Увеличить popov12-2008-2.gif (10кб)
Рис. 2. Количество катастроф на 100 тыс. ч налета
Начиная с 1992 г. снижался и уровень профессиональной надежности, как летного состава, так и всего авиационного персонала, участвующего в организации, управлении или обеспечении полетов [3].
Ошибки летного состава в пилотировании и эксплуатации авиационной техники обусловлены снижением уровня натренированности большей части летного и инструкторского состава (особенно в сложных метеорологических и климатических условиях, на предельных режимах полета).
Непрерывное усложнение решаемых задач и расширение условий, при которых они выполняются, являются одними из основных причин живучести аварийности в авиационной системе. При этом повышаются как вероятность отказа авиационной техники (АТ), так и вероятность опасной ошибки летного состава. Система «экипаж - воздушное судно - среда» выполняет, в конечном счете, все целевые задачи в авиации, а с точки зрения обеспечения безопасности полетов – только она является носителем аварийности. Надежность функционирования таких систем складывается из проблем надежности:
- воздушного судна;
- оператора (летчика);
- их взаимодействия (эргономическое соответствие свойств техники возможностям человека).
Неполное решение этих проблем приводит:
- к отказам и неисправностям авиационной техники;
- к ошибкам летного состава.
Летный состав двояко влияет на безопасность полетов. С одной стороны, он может совершать ошибки, а с другой стороны может парировать как отказы АТ, так и собственные ошибки. На летный состав увеличится психофизическая нагрузка, от него потребуется высокий профессионализм, основанный на глубоких знаниях АТ и опыте летной работы. Поэтому основными путями достижения высоких показателей безопасности полетов, наряду с созданием технически совершенных ВС и их функциональных систем, были и остаются отработка и поддержание высоких профессиональных навыков летного состава в различных условиях, в том числе и при воздействии геофизических факторов полета.
Оценка воздействия гелио-геофизических факторов (ГГФ) на причины АП, выполненные в МО РФ под руководством академика РАМН И. Б. Ушакова совместно с лабораторией Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн (ИЗМИРАН, г. Троицк), показали, что до 57% АП связаны с внезапно возникающими магнитными бурями. Корреляционный анализ подтверждает причинную связь АП и внезапных гелиомагнитных бурь [4]. Аналогичные оценки были получены А. Б. Эповым [5], В. Д. Кофманом [6], А. Ю. Шароновым [7], Ф. И. Комаровым [8] и другими исследователями. Результаты исследований, выполненные в других транспортных системах, свидетельствуют о том, что существует статистическая связь между количеством чрезвычайных ситуаций и возмущениями геофизических полей. Например, оценка, выполненная А. Г. Гамбурцевым, Т. К. Бреусом, С. И. Рапопортом, показала, что количество автотранспортных происшествий в дни магнитных бурь увеличивается в два раза [9].
Анализ статистики по АП и исследований, выполненных авторами, показал, что более 50% АП за период с 1988 по 2006 г. произошли в дни неблагоприятной геофизической обстановки (дни магнитных бурь, значительных изменений скорости вращения Земли). При этом (рис. 3) более 60% происшествий, связанных с человеческим фактором, произошли в дни магнитных бурь, из-за отказов авиационной техники – более 20%, вследствие других причин – более 10%.
Увеличить popov12-2008-3.gif (12кб)
Рис.3. Распределение АП по группам факторов (причин) в дни магнитных бурь по данным ИЗМИРАН.
Активность Солнца изменяется с периодом в 11 лет. Активные области на Солнце представляют собой районы мощных магнитных полей. Существуют они примерно два месяца, после чего происходит мощнейший взрыв. Такие солнечные вспышки могут превышать по размерам североамериканский континент, при этом образуется облако электрически заряженной и намагниченной плазмы, которое называется коронарным выбросом (гигантские массы вещества, выбрасываемые из Солнца). При этом магнитосфера Земли подвергается бомбардировке потоками заряженных частиц, движущихся со скоростями до миллиона миль в час. Когда они достигают орбиты Земли, то представляют собой облако ионизированного газа длиной сотни тысяч миль.
Некоторые частицы попадают в ловушку магнитного поля Земли, благодаря чему мы и видим полярные сияния. Помимо инициирования полярных сияний, заряженные частицы могут повреждать космические аппараты и опасны для космонавтов. Атмосфера Земли обеспечивает защиту от космической радиации, однако магнитные бури воздействуют на распространение радиоволн в атмосфере и нарушают работу линий радиосвязи. Отмечались случаи, когда полиция Майами получала радиосообщения бразильской полиции. Магнитные бури также наводят мощные токи в магистральных нефте- и газопроводах, что резко ускоряет коррозийные процессы. Они выводят из строя линии электропитания, создавая перегрузки.
Вопросы, связанные с воздействием факторов внешней среды на работоспособность ВС, являются предметом изучения многих научных направлений, касающихся как проблем создания, испытания и эксплуатации АТ, так и проблем разработки и совершенствования средств их регистрации. Эти вопросы возникли перед учеными одновременно с появлением авиации. В настоящее время ряд исследователей считает, что внешние факторы, воздействующие на авиационную систему, достаточно изучены, и устойчивость функционирования системы в условиях изменчивости внешней среды обеспечивается строжайшим соблюдением на всех этапах ее жизненного цикла требований нормативных документов, в которых не только определены предельные значения внешней среды, но и организационные мероприятия, гарантирующие функционирование системы или ее подсистем в установленных пределах внешнего нагружения. Проведенные исследований по влиянию ГФФ на аварийность, свидетельствуют, что вопросы оценки воздействия параметров ГФФ на работоспособность системы «экипаж - воздушное судно - среда» остаются открытыми.
Оценка воздействия внешних факторов является одной из структурных составляющих расследования авиационных событий (рис. 4). Расследование АП и инцидентов представляет собой разнородный по содержанию комплекс работ, подчиненных единой цели – определению причин авиационного события. Выполнение указанных работ позволяет определить в каждом конкретном случае:
Увеличить popov12-2008-4.gif (27кб)
Рис. 4. Схема отработки версий при расследовании авиационного события
- работоспособность и режимы работы основных функциональных систем во время авиационного события;
- отказавшую систему, агрегат, узел, деталь и причину отказа;
- нарушение установленных ограничений или ошибку авиационного персонала (экипажа, инженерно-технического состава и др.) в технике пилотирования и (или) эксплуатации АТ;
- характер и последствия неблагоприятного воздействия факторов внешней среды;
- основные и способствующие причины авиационного события;
- необходимые рекомендации и требования по предупреждению подобных авиационных событий.
Анализ результатов расследования более 800 АП в авиации за период 1988 - 2006 г.г., актов расследования серьезных авиационных инцидентов, выявил, что доля исследований, в которых проводилась оценка геофизических факторов, составила 36% (рис. 5). При этом доля исследований, в которых выполнялась оценка воздействия указанных факторов на работоспособность ВС, составила менее 3% (рис. 6). Примером оценки влияния параметров геофизических полей во время АП может служить исследование геомагнитной обстановки во время катастрофы самолета Ил-18в 19 ноября 2001 г. [10]. Выявленные геофизические данные не объясняют причин катастрофы самолета ИЛ-18в, а могут быть использованы в качестве описания внешней геофизической обстановки в период его последнего полета. Необходимость оценки геофизических факторов при расследовании авиационных событий можно также показать на следующих примерах.
Увеличить popov12-2008-5.gif (5кб)
Рис. 5. Распределение количества аварийных исследований, в которых проводилась оценка параметров ГФФ
Увеличить popov12-2008-6.gif (6кб)
Рис. 6. Распределение количества аварийных исследований, в которых проводилась оценка влияния ГФФ на техническое состояние ВС
Так, в аварийном расследовании катастрофы самолета Ан-124, произошедшей 6 декабря 1997 г. [11], была проведена оценка влияния электромагнитной обстановки на работоспособность электронной системы управления ЭСУ-18-1 двигателем Д-18т. (Из всего множества ГФФ было оценено 7 источников: 3 источника естественного электромагнитного поля (ЭМП) и 4 источника искусственного ЭМП). В качестве объекта оценки рассматривались датчики информации БСКТ-220-1Д, ДТА-10 и Т-111, исполнительные органы ИМ-21 и МКТ-163, системы предупреждения помпажа и ее датчика ДОЛ-32, системы останова двигателя на земле по предельному параметру. В результате исследования было выявлено устойчивое срабатывание агрегата ЭСУ-18-1 с последующей выдачей сигнала «Останов.» при воздействии магнитного поля частотой 50 Гц и действующей магнитной составляющей 0,5–1 мТл на информационные цепи подачи сигнала температуры от термопар.
В расследовании аварии самолета Як-40, произошедшей 29 января 1997 г., была выполнена оценка влияния ЭМП искусственного происхождения (линии электропередачи) на функционирование автоматического радиокомпаса АРК-9 в последнем полете (выявлена нестабильная работа АРК-9) [12].
В расследовании катастрофы самолета Як-40, произошедшей 17 мая 2001 г., была выполнена оценка влияния излучений телефона мобильной связи на работу радиотехнических средств. В качестве объекта исследования были определены: система КУРС-МП2, радиодальномер СД-75 и радиокомпас АРК-15 [13]. Выявлено, что данное значение напряженности ЭМП от телефона на расстоянии 3 м превышает технические требования в 2,8 раз для катастрофической, аварийной или сложной ситуаций, а для усложнений условий полета в 16 раз.
Анализ выполненных исследований выявил недостаточное методическое обеспечение оценки воздействия внешних воздействующих факторов на систему «экипаж - воздушное судно - среда» при расследовании авиационных событий.
Литература
1. Козлов В. В. Человечкский фактор: история, теория и практика в авиации. – М.: Полиграф, 2002 г. – 280 с.
2. Жулев В. И., Иванов В. С. Безопасность полетов летательных аппаратов: (Теория и анализ). – М.: Транспорт, 1986. – 224 с.
3. Попов Ю. В. Теория катастоф и безопасность полетов// Проблемы безопасности полетов. Научно-технический журнал. Вып. № 8, 2008. – М.: ВИНИТИ. – 2008 – С. 14 - 18.
4. Сизов Ю. П., Ушаков И. Б. и др. Место гелио-геофизических факторов среди причин авиационных аварий и катастроф. – В кн.: Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине/ Международный конгресс. Тезисы докладов. – С.-Пб-г.: 1996, С. 259 – 260.
5. Эпов А. Б. Аварии, катастрофы и стихийные бедствия. – М.: Фаниздат. – 1995 – 341 с.
6. Эпов А. Б., Кофман В. Д. Вариации техногенной аварийности в России и авиакатастроф в мире. – В кн.: Атлас временных вариаций природных, антропогенных и социальных процессов. Т. 2. Циклическая динамика в природе и обществе. – М.: Научный мир – 1998 – С. 367 – 371.
7. Шаронов А. Ю. Мировая георафия авиационных происшествий. Диссертация канд. геогр. наук. – С.-Пб-г.: 1994, 185 с.
8. Комаров Ф. И., Ораевский В. Н. и др. Гелиофизические факторы и авиационные происшествия./Биофизика. – М.: 1998, вып. 4. С. 742 – 745.
9. Бреус Т. К., Комаров Ф. И., Рапопорт С. И. и др. Геофизические факторы и их воздействие на циклические процессы в биосфере. – М.: ВИНИТИ, 1989, 75 с.
10. Литвин О. Н., Мерзлый А. М., Подобайло Н. Ф., Сорокин Л. В. Результаты оценки возможных причин и последствий вытекания электролита из конденсатора ЭТО-2 (схемный № С6) в блоке управления БУ-14 сер. 02 № 303776 автопилота АП-6ЕМ-3П вар.1 сер. 01 № 30420 самолета Ил-18В RA-75840, потерпевшего катастрофу 19 ноября 2001 года. – В кн.: 10 конференция ОРАП. – М.: ОРАП, 2002. С.160 – 165.
11. ХХ век: хроника необъяснимого. От катастрофы к катастрофе. – М.: Олим; ООО «Фирма «Издательство АСТ», 1999. – 496 с.
12. Оценка функционирования автоматического радиокомпаса АРК-9 в последнем полете самолета Як-40 RА № 87552 29.01.1997 г./Волков Б.А./ Отчет МАК – М.: МАК, 1997, 60 с.
13. Анализ возможного влияния излучений телефона мобильной связи на работу радиотехнических средств самолета Як-40, потерпевшего катастрофу 17.05.2001 г. в районе аэропорта Сари (Иран)./Техническая справка КБ9-10-60-2001. – М.: МАК, 2001, 7 с.
