Научные разработки при тушении лесных пожаров

Не всегда водный поток может эффективно и в короткий срок потушить возгорание леса. Способы пожаротушения могут различаться. Ниже рассмотрим, как нейтрализуют лесные пожары в России и в других странах.

В Москве и Московской области не было сильных пожаров в это лето, но многие другие россияне испытали на себе действия стихийного бедствия. В Сибири — к примеру, в неподалеку от Байкала — было обнаружено более 100 возгораний площадью более 150 тыс. га. А дым от пламени в окрестностях Чернобыля долетел до проживающих в Брянской области.

О борьбе с возгораниями в лесах России и за ее пределами, и о том, каковы бывают инновационные технологии пожаротушения, помог узнать физик и математик П.Стрижак, являющийся научным сотрудником в политехническом институту в Томске, и исполнителем проекта научного фонда России по разработке ресурсосберегающих и безвредных методов нейтрализации больших очагов возгорания.

По какой причине в России до сих пор невозможно справляться с возгораниями леса эффективными методами?

Лесные пожары не просто так называются стихией. У них есть особые свойства, с трудом прогнозируемые во временном промежутке без всякого фундаментального исследования. В последние десятилетия в России и в других странах была проделана большая работа по изучения прогнозов распространения возгораний леса. В их числе вышел «Атлас пожарной опасности», где обозначены территории с высокой вероятностью пожаров в различные временные промежутки. Уже применяются особые программы, которые следят за возгораниями лесов при помощи орбитальных спутников. Во всем мире ищутся решения данной проблемы. Довольно большое количество наработок по этим пунктам у ученых из Австралии, США, Канады, Испании и других стран.

Для эффективного сопротивления лесным возгораниями необходимы как точные прогнозы, так и удобные методики и технологии, позволяющие сотрудникам МЧС быстро реагировать. Во многих странах, включая Россию, информация о возгорании леса доходит слишком поздно, как выясняется на практике.

Поэтому пожарные вынуждены не столько тушить пламя, сколько пытаться локализовать его, не дать огню добраться до близлежащих населенных пунктов.

Наибольшую проблему представляет то, что в России нет эффективных методов и путей, позволяющих быстро привести в готовность комплекс средств тушения пожаров. Зачастую большинство средств не дают должного эффекта…

Методики сопротивления лесным возгораниями при помощи авиации, применяющиеся в России, основывались лет 50–60 назад, но улучшаются каждый год. Большой упор осуществлен на поднимание различных баков с водой над территорией возгорания и их доставке при помощи летательных средств. В последние десятилетия данные технологии значительно изменились с учетом обновления технического парка, имеющегося на балансе пожарных служб. На практике выясняется, на таких огромных территориях как у нас техника, которая есть у МЧС, уже не справляется.

Обычно, по окончании сброса жидкости в очаг возгорания воздушный аппарат летит обратно, чтобы в очередной раз наполнить баки для жидкости. В течение этого времени все усилия от уже совершенного полета сходят на нет.

К несчастью, у других стран подобные проблемы тоже имеют место.

В Америке основной упор происходит не на выброс воды, а на работу пожарных на территории возгорания. Они по максимуму и без всякого контроля заливают очаг пожара водой, и после этого уже начинают свою работу пожарные.

Пожарные Испании и Канады при тушении огня пользуются маленькими летательными аппаратами типа кукурузников. Подобный самолет совершает заправку бака водой над озером, не садясь, и далее летит к месту возгорания. В России пользуются более массивными самолетами. Зачастую их бывает один или два. К примеру, канадцы посылают три или четыре воздушных судна.

Недостатки имеющихся в России методов пожаротушения с использованием авиации.

В России в основном требуется, чтобы самолет доставил как можно больше воды к месту возгорания и сбросил все за один прием. Обычно, в данном случае пара летательных аппаратов тушит огонь монолитным потоком воды. При этом не используются распылители жидкости, в воздушном судне просто открывают люк и выбрасывают ее.

Такие действия имеют следствием повторное воспламенение в том же самом месте через небольшой промежуток времени.

Смысл в том, чтобы жидкость сбрасывалась на максимально большой участок возгорания, покрывая пламя туманом. За счет этого обеспечивается присутствие испарений воды в пожаре на участке возгорания. Сперва выдавливаются кислород и частицы горения из очага, и таким образом гореть уже становится нечему. Во вторую очередь, снижается температура на площадь возгорания, так как пламя тратит всю теплоэнергию на создание пара. Далее жар понижается вследствие прохождения сквозь огонь концентрированных частиц воды, чья теплопроводность сильно выше, чем у продуктов горения.

В проекте «Разработка фундаментальных основ ресурсоэффективных и безопасных технологий тушения крупных лесных пожаров распределенными во времени и пространстве потоками капель воды полидисперсного состава с использованием авиации», реализуемого за счет средств Российского научного фонда, за три года необходимо создать хотя бы в виде модели технологию, подразумевающую нейтрализацию огня с помощью потока пара и капель воды.

Суть заключается в создании временного интервала между выбросами жидкости с летательного аппарата и размещением их на различных уровнях.

Пример нескольких летящих один за другим летательных аппаратов. Первый из них летит ниже остальных и поливает все жидкостью с каплями, имеющие диаметр, к примеру, 1–2 мм. Следующий самолет идет выше, но распространяет частицы меньшего диаметра, для примера, 0,5 мм. В итоге, при таком количестве самолетов и их расстановке есть возможность по максимуму плотно оросить всю поверхность возгорания облаком из капель воды. Получается своего рода буфер площади возгорания. Но для подобного водяного облака жидкости требуется гораздо меньшее количество, чем при нейтрализации возгорания традиционным способом.

ТПУ выполняет этот проект РНФ при участии ВНИИПО в Балашихе и Института теплофизики СО РАН в Новосибирске. Для решения подобных задач в проекте имеются все необходимые возможности.

Проект рассчитан на три года с возможностью продления еще на два. На первом году проекта в 2014 произведены лабораторные исследования. В лабораторном были скомплектованы установки со смоделированными пожарами, их высота составлял не более метра. Испытывались различные типы капель, спреи и аэрозоли, или большая масса воды. Работа проводилась не только с водой, но и с различными типами жидкостей и их разновидностями, которые применяются при пожаротушении.

В следующем году на полях ВНИИПО, г. Балашиха, и испытательном поле МЧС в Кемеровском регионе были проведены тесты в реальности. Сейчас идет работа над проектировкой моделей с возможностью прогнозирования характеристик огневых процессов, чтобы можно было использовать новейшие технические решения.

В третий проектный год нужно будет сделать испытания с применением воздушных судов и разработать новые методики, позволяющие использовать эту технику для нейтрализации сильных возгораний.

Когда появится возможность внедрения разработок.

Основные тесты назначены на лето 2015 и 2016 годов. В завершение следующего года появятся существенные результаты – главные части инновационного комплекса пожаротушения.

В 2015 году в особом контейнере ВНИИПО в городе Балашиха были проведены тесты по определению наиболее наилучшего диаметра частиц для нейтрализации огня эффективно. Выяснилось, что для наибольшего пара в огне (на смоделированном пламени) частицам следует быть диаметром от 200 до 400 микрон. В то же время на испытательной территории МЧС в Кемерово была выявлена нагрузка от ветра и высокой температуры воздуха : данное обстоятельство вызвало повторное распространения пламени после тушения. Поэтому сейчас мы корректируем заготовки с учетом скорости ветра.

Имеет ли значение природный рельеф?

Методики не имеют привязки к определенному ландшафту. Важная задача — знание высоты огня и характеристики массива леса.

При применении новейших технологий появится возможность нейтрализовать возгорания, как в районе Байкала, так и в центральной России.

Главная задача — правильно определить характеристики очага пожара, владеть информацией о плотности деревьев, их среднюю величину и т.д.

Какие факторы могут воспрепятствовать использованию этого метода?

Само собой, главное специалистам необходимо убедить и доказать, что лишь небольшая часть жидкости имеет эффективное воздействие на огонь, то есть одна десятая каждого литра.

В этом и будет заключаться основная задача отказа от привычного метода выброса воды на очаг пламени. На следующем этапе нужно будет закончить плановые тесты и сделать оценку причин, усложняющих тушение огня. В данный момент основным препятствием на пути внедрения новых технологий становится фактор ветра и действие продуктов горения на поток водяного пара и капель. Во время горения у различных типов лесов скорость движения сажи различна. Поэтому для различных типов лесных массивов требуются разные размеры капель, которые могли бы проходить сквозь массу продуктов сгорания. И конечно же важным моментом является разработка эффективных конструкций аэрозолей, чтобы реализовать данную технологию.

Подобные инновационные методы пожаротушения воспринимаются большинством специалистов со скепсисом. Согласно их точке зрения, необходимы многолетние фундаментальные исследования и дальнейшее доказательство необходимости их внедрения перед запуском процесса. В довершение нельзя не согласиться, что многие тушащие средства неэффективны в использовании. Поэтому основной задачей является произвести опыты и доказать важность внедрения данной технологии.