| | | | |
№18(545)
27-04-2004
Павел Янышев
КАК ИЗБЕЖАТЬ КАТАСТРОФ
Многочисленные техногенные катастрофы последнего времени на суше, в океане, в воздухе и в космосе ставят под сомнение, казалось бы, незыблемые постулаты классической физики, в том числе физики твердого тела. К разрушению объектов техносферы, а вместе с тем к гибели людей слишком часто приводят процессы, вероятность которых оценивается официальной наукой на уровне один случай из миллиона или даже ниже того. В качестве примера можно привести аварии на буровых платформах в Северном море и Мексиканском заливе. За последние годы их произошло 15: при том, что статистическая вероятность таких катастроф — один раз в 20 миллионов лет. Для объяснения этих и других подобных фактов привлекаются такие причины, как недопустимые ошибки персонала при эксплуатации данных объектов техносферы, несоблюдение технологии изготовления их деталей, направленные диверсии и тому подобное. В данной связи американским физиком Чизхопмом был даже выведен "закон", согласно которому "человек, создавая технические средства, обязан учитывать возможность их поломки, поскольку абсолютно надежного оборудования не существует, и любая конструкция может выйти из строя в самый неподходящий момент времени".
В результате подобного сугубо эмпирического подхода теория катастроф применительно к объектам техносферы строится на основе статистического (вероятностного) подхода. Так, в частности, срок эксплуатации подводных лодок (не более 25 лет) основан прежде всего на статистике катастроф, число которых после этого временного рубежа резко учащается. То же касается и других объектов техносферы: от космических кораблей до труб коммунального хозяйства. Или, если угодно, наоборот: от труб коммунального хозяйства до космических кораблей. Кто же ошибается: статистика или физика?
Эффективное и достижимое разрешение проблемы техногенных катастроф, на мой взгляд, лежит совершенно в иной плоскости. Необходимо только отказаться от идущей еще из XVII века традиции использовать для определения свойств вещества газ, да еще в обличье "идеального газа", силы взаимодействия между частицами которого, да и размер самих частиц, принимаются равными нулю, а потом распространять полученные результаты на жидкости и твердые тела. Температурная зависимость кинетической энергии молекулы одноатомного идеального газа, подчиняющаяся классическим и релятивным распределениям Максвелла, Бозе—Эйнштейна, Ферми—Дирака применительно к твердым телам не подтверждается, поскольку в реальных веществах, прежде всего в металлах как основных конструктивных материалах современных промышленных технологий структурные (внутренние) напряжения могут достигать предела текучести (разного знака), к тому же при отсутствии специфических внутренних взаимодействий между молекулами твердого тела, оказались бы невозможными ни существование кристаллов, с их различными группами симметрии, ни само существование сил упругости внутри твердого тела.
Математический аппарат теории упругости разработан еще в начале второй половины XIX века, однако на практике не используется из-за отсутствия способа разделения упругих и пластических деформаций твердого тела. То же самое касается и физических объяснений феномена симметрии кристаллов. Казалось бы, все эти теоретические соображения чрезвычайно далеки от предотвращения катастроф типа Чернобыля или "Курска". На деле же речь идет о необходимости и возможности принципиально иного подхода к контролю качества материалов и деталей. Этот подход основывается на том доказанном факте, что избыточные силы в твердом теле изменяют его структуру и, соответственно, свойства. Уравновешивание этих избыточных сил (структурных, температурных и межатомных природных) позволяет достичь нового качества однородности (истинной сплошности) твердого тела, что ведет к гарантированной стабильности его состояния в течение 40-60 и более лет. Любая деформация твердого тела с этих позиций является реакцей на силовое воздействие. Если воздействие изотропно, то вызванная силами деформация распределяется по всему твердому телу одновременно с воздействием сил и согласуется с его кристаллической симметрией. При упругом состоянии тела деформация происходит одновременно с приложением нагрузки. При упругопластическом состоянии тела деформация запаздывает относительно нагрузки. Линейная зависимость контролируемого параметра в исследуемом теле свидетельствует о том, что все физические явления внутри него сводятся к движениям совершенно одинаковых частиц вещества, обладающих постоянными силами и свойствами. Проще всего в качестве контролируемого параметра использовать микроупругость. Это означает, что в упорядоченном металле деформация будет носить упруго-однородный характер, а в неупорядоченном возникнут пластические дефекты, приводящие в конечном итоге к разрушению данной детали.
Именно такого рода "причины" сплошь и рядом приходится называть экспертам, устанавливающим динамику тех или иных техногенных катастроф. "Не открылась дверь", "не закрылся кран", "отказ двигателя", "разрыв трубы" и т.п. Достаточно в этой связи посмотреть на официальные трактовки некоторых космических катастроф советского периода.
24 апреля 1967 года при возвращении на Землю корабля "Союз-1" погиб летчик-космонавт СССР Владимир Комаров. Министр общего машиностроения С.А.Афанасьев по этому поводу заявил: "основные и самые тяжелые по последствиям аварии систематически происходят с объектами разработки ЦКБЭМ (бывшего ОКБ-1 С.П.Королева), достаточно посмотреть на исход летных испытаний всех четырех кораблей "Союз", чтобы убедиться в изобилии недоработок".
19 апреля 1971 года состоялся запуск первой в мире орбитальной станции "Салют-1". Всё началось с того, что отсек с научной аппаратурой, где были солнечный телескоп и другие астрофизические приборы, не открылся (отказ замка). Первый полет на станцию корабля "Союз-10", состоявшийся 23 апреля 1971 года, оказался неудачным. Космонавтам так и не удалось перейти на борт "Салюта", и через 5,5 часов совместного полета аппараты пришлось развести из-за "неполадок в стыковочном узле".
Наступила очередь "Союза-11": Г.Добровольский, В.Волков, В.Пацаев. Космонавты выполнили насыщенную программу исследований, и после контрольных проверок герметизации спускаемого аппарата экипаж получил добро на возвращение. 30 июня 1971 года экипаж приземлился уже без признаков жизни — в верхних слоях атмосферы произошла разгерметизация. Комиссия, исследовавшая причины катастрофы, выдвинула версию "самопроизвольного открытия во время отстрела орбитального отсека".
Смена технологических режимов производства и контроля качества в соответствии с требованиями систематической физики твердого тела (достижение равновесности сил, однородности и стабильности, РОС-технологии) способна не только свести "отказы" даже самых сложных технических объектов практически к нулю и значительно увеличить срок их службы, но параллельно уменьшить массу конструкционных материалов и снизить трудоемкость производства.
Понятно, что масштабное внедрение РОС-технологий будет сопровождаться гигантским экономическим эффектом: как за счет снижения себестоимости, так и за счет замедленной амортизации и безаварийности созданных с их использованием объектов. Сегодня же, при нынешнем уровне износа российской техносферы на 60-80%, для ликвидации последствий катастроф в тратится в 3 раза больше средств, чем на ремонт и смену оборудования и коммуникаций. Без перехода на относительно недорогие и чрезвычайно эффективные РОС-технологии никакой реконструкции отечественной инфраструктуры достичь не удастся — хотя бы из-за банальной нехватки текущего финансирования. Между тем эта проблема уже в самое ближайшее время станет определяющей для будущего России. А если непрерывный "вектор катастроф", начатый 18 лет назад с Чернобыля, будет продолжен в пространстве и во времени, результатом рано или поздно окажется полное разрушение существующей на территории современной РФ техносферы — со всеми вытекающими для населения последствиями.
1.0x
