Воздействие гелиогеофизических факторов на аварийность в гражданской авиации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат технических наук Ларичев, Игорь Леонидович

• Ларичев, Игорь Леонидович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ларичев, Игорь Леонидович

Введение.

Глава 1. Авиация и авиационные происшествия.

1.1. Самолеты, особенности устройства и движения.

1.2. Гражданская авиация и среда обитания.

1.3. Авиационные происшествия.

1.3.1. Официальные определения и временные вариации.

1.3.2. Классификация признаковых факторов, обуславливающих авиационные происшествия.

1.4. Выводы.

Глава 2. Воздействие гелиогеофизических явлений на организм человека.

2.1. Исходные представления.

2.2. Схематизированная картина динамики геофизических планетарных явлений, сосредоточенных во времени.

2.3. Обзор результатов по воздействию гелиогеофизических явлений на здоровье людей.

2.4. Выводы.

Глава 3. Развитие методов формирования планетарного индекса повышенной геофизической опасности для полетов самолетов.

3.1. Рассмотрение связи между геофизическими явлениями и авиационными происшествиями на основе кросскорреляционных оценок.

3.2. Метод интервальных оценок в применении к установлению связи между геофизическими возмущениями и авиационными происшествиями.

3.3. Обнаружение воздействий гелиогеофизических явлений на временное распределение числа авиационных происшествий на основе метода наложения эпох.

3.4. Вариации критической частоты на цепочках АИС как основа краткосрочного прогноза катастрофических землетрясений.

3.5. Алгоритм построения планетарного индекса геофизической опасности для полетов самолетов.

3.6. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Воздействие гелиогеофизических факторов на аварийность в гражданской авиации»

Актуальность проблемы. Последние десятилетия в мире наблюдается все возрастающая роль гражданской авиации в деятельности человечества. Это проявляется в увеличивающемся количестве воздушных рейсов, в интенсификации работы аэропортов, в увеличении количества аэропортов. Повышается количество гражданских воздушных судов одновременно находящихся в воздухе, это достигается, в частности, за счет сокращения интервалов вертикального эшелонирования. Вводятся в эксплуатацию воздушные лайнеры, вмещающие все большее количество пассажиров. Увеличивается число малых воздушных судов, в том числе находящихся в частном пользовании. Естественно, подобный рост сопровождается применением ряда мер технического и эксплуатационного характера, призванных обеспечить безопасность воздушного движения.

Вместе с тем происходят, по-видимому, неизбежные авиационные происшествия: катастрофы (с жертвами) и аварии. Статистика показывает, что, несмотря на технический прогресс, в последние десятилетия число авиационных происшествий в гражданской авиации не обладает ни возрастающей, ни уменьшающейся тенденцией. То же самое относится и к другому показателю - числу аварий на миллион самолето-вылетов. Данное явление было предметом исследования ряда организаций, как отечественных так и зарубежных. Общим результатом таких исследований была дифференциация летных происшествий по причинным факторам. На первом месте (60-70%) по всеобщему мнению находится так называемый человеческий фактор - различные ошибки и неадекватные действия экипажей самолетов, наземного персонала, обслуживающего полеты и т.д. На втором месте находится технический фактор - неисправности и отказы авиационной техники (до 20%). Далее следуют погодные и неопознанные факторы. Каждый из этих факторов является следствием целого ряда причин. Их можно разделить на природные и антропогенные. К числу природных причин относятся главным образом геофизические явления, которые в соответствии с пространственными масштабами можно подразделить на планетарные (десятки тыс.км), региональные {тыс.км) и локальные {сотни км). Антропогенные явления можно подразделить на техногенные (поля радиостанций, аварии на ядерных объектах) и социальные (эксплуатация устаревшей или изношенной техники, плохие условия труда авиационных специалистов в ряде стран).

Из всех планетарных геофизических явлений следует выделить атмосферные эффекты, связанные с землетрясениями, солнечными вспышками и магнитными бурями. В целом ряде исследований указывается на воздействие этих явлений на состояние здоровья различных категорий населения. Существенно, что в РФ и в ряде других стран имеются устоявшиеся геофизические службы для наблюдения этих явлений, которые при их соответствующем развитии могли бы послужить основой для выработки прогностической информации предупреждающей экипажи, находящиеся в полете, и наземные службы о геофизической опасности для полетов воздушных судов. В геофизических исследованиях, в частности, вариаций магнитного поля Земли принята система дискретных характеристик, именуемых индексами. Подобная система может быть разработана и применительно к геофизической опасности для полетов воздушных судов. В силу специфики работы экипажей самолетов представляется целесообразным придавать индексу два значения: "опасно"/ "безопасно". В таком виде геофизическая информация может быть легко воспринята экипажами. Этим определяется актуальность проблемы исследований планетарных геофизических явлений в контексте разработки представлений о планетарном индексе геофизической опасности для полетов воздушных судов, как одной из компонент суммарного геофизического индекса.

Целью работы является создание схемы обработки текущих данных о планетарных геофизических явлениях, позволяющей получить прогностическую информацию для выработки данных о величине планетарного индекса геофизической опасности для полетов воздушных судов гражданской авиации.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

Охарактеризовать взаимную географию планетарного распределения авиалиний (дальние и местные), с одной стороны, и положение источников сейсмического воздействия на атмосферу, а также временную группировку вспышечных и магнитных буревых явлений, с другой стороны.

Разработать представления о пространственно-временных сосредоточенных объектах применительно к авиационным происшествиям и к планетарным геофизическим явлениям, включая анализ различных схем установления связи между событиями.

- С помощью интервальных (годовых и квартальных) оценок получить неизвестные ранее подтверждения факта связи между появляемостью сосредоточенных планетарных геофизических явлений и появляемостью авиационных происшествий.

Проанализировать пространственно-временные группировки авиационных происшествий в периоды после катастрофических землетрясений, солнечных вспышек Х-класса, и магнитных бурь.

- Разработать представления о суммарном индексе геофизической опасности для полета воздушных судов гражданской авиации и о его компоненте — планетарном индексе геофизической опасности.

Методы исследования. В работе применяются традиционные классификации воздушных происшествий и планетарных геофизических явлений. Для установления связи между явлениями с различной сосредоточенностью в пространстве-времени применяется метод сопоставления группировок появляемости событий. Группировки сопоставляются на основе интервальных оценок, метода наложения эпох, а также на основе локализации происшествий на плоскостях дальность-время. Для проверки детерминированного характера группировок используется сопоставление с распределением Пуассона, являющегося моделью случайных редких группировок на плоскости соответствующих параметров.

Достоверность и обоснованность предложенных подходов определяется использованием прямой связи между появляемостью сосредоточений во времени планетарных геофизических явлений и появляемостью воздушных происшествий в гражданской авиации. Прозрачность применяемых методов расчета, соответствующих инженерно-техническим подходам также свидетельствует в пользу обоснованности предложенного алгоритма.

Научная новизна состоит в следующем:

- На основе интервальных оценок (год, квартал) с использованием полувекового массива данных о воздушных происшествиях получены новые данные, свидетельствующие о наличии связи между потоком данных о планетарных геофизических феноменах и потоком данных о воздушных происшествиях в гражданской авиации.

- Впервые получена двумерная картина точек, соответствующих происшествиям на плоскости - сдвиг дат относительно момента главного удара катастрофического землетрясения и расстояние от эпицентра до места воздушного происшествия.

- Впервые получена двумерная картина точек, соответствующих происшествиям на плоскости - сдвиг дат относительно солнечной вспышки рентгеновского класса (в полосе широт 25 < РГ ^ 60) и расстояние от места авиационного происшествия до земного экватора.

- Впервые разрабатывается концепция индекса опасности для полетов воздушных судов в гражданской авиации.

На защиту выносятся:

- Установление связи между потоком данных о воздушных происшествиях в гражданской авиации и потоком данных о числе катастрофических землетрясений (М>7) и значениями среднеквартальных Ар- индексов на основе интервальных оценок интервалы - год, квартал) с использованием массива данных за полувековой период. Коэффициенты связи находятся на уровне ~ 0,7.

- Результаты анализа распределения точек, соответствующих отдельным воздушным происшествиям на плоскости — сдвиг дат происшествия и катастрофического землетрясения, расстояние между местом происшествия и эпицентром, заключающиеся в установлении двух типов неравномерностей распределения точек: наличие пустой зоны при малых сдвигах (0-2 дня) и расстояниях (0-4 тыс.км) и наличие областей сгущений точек.

- Результаты анализа распределения точек, соответствующих отдельным воздушным происшествиям на плоскости, — сдвиг дат происшествия относительно дат геоэффективных рентгеновских вспышек (25 < УУ <60), расстояние от экватора до места происшествия, -заключающиеся в установлении факта неравномерного распределения точек на плоскости.

- Схема формирования в бинарном коде планетарного индекса геофизической опасности для полетов воздушных судов в гражданской авиации.

Практическая и научная ценность диссертационной работы обусловлена ее прикладной ориентацией на создание информационного планетарного индекса геофизической опасности для полетов воздушных судов, использование которого должно привести к снижению числа воздушных происшествий в гражданской авиации. Научная ценность работы заключается в установлении ряда конкретных проявлений воздействия на организмы пилотов и специалистов наземных служб гелиогеофизических явлений: катастрофических землетрясений, солнечных вспышек Х-класса, магнитных бурь.

Реализация и внедрение результатов работы. Полученные в диссертации результаты использовались в научно-исследовательских работах ИПГ по тематике НИОКР «Резонанс».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на:

- юбилейной научной конференции, посвященной десятилетию РФФИ, г.Москва, 2002 г.

III Научно-практической конференции "Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций", г.Москва, 2003г.

- международной научной конференции "Авиация и космонавтика", г.Москва, 2003г.

- научной конференции молодых специалистов Института прикладной геофизики, г.Москва, 2003г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, из них 4 — научные статьи и брошюра, 6 тезисов докладов на научных конференциях.

Личный вклад соискателя. Все исследования, изложенные в диссертации проведены лично соискателем в процессе научной работы. Из совместных публикаций в диссертацию включен лишь тот материал, который непосредственно принадлежит соискателю, заимствованный материал обозначен в работе ссылками.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы. Имеет общий

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Ларичев, Игорь Леонидович

Основные результаты, которые могут быть положены в основу формирования планетарного индекса геофизической опасности, получены методом наложения эпох.

Установлено, что катастрофические землетрясения, солнечные вспышки ^-класса и начало магнитных бурь могут быть использованы как предикторы периодов повышенной опасности для полета самолетов, предложена нелинейная (пороговая) схема формирования планетарного индекса гелиогеофизической опасности для полета самолетов.

Заключение.

В работе исследован круг вопросов, связанных с воздействием сосредоточенных по времени гелиогеофизических феноменов (катастрофические землетрясения, солнечные вспышки Х-класса, магнитные бури) на частоту авиационных происшествий в гражданской авиации. Проведенные исследования позволили получить следующие результаты.

Совокупность самолетов, находящихся в воздухе и перемещающиеся по стандартным маршрутам, а также наземные службы, являются планетарным явлением, равно как и гелиогеофизические феномены воздействия на среду обитания самолетов — катастрофические землетрясения, солнечные вспышки Х-класса, магнитные бури.

Различные классификации признаковых факторов, обуславливающих авиационные происшествия, сходятся в одном — так называемый человеческий фактор (действия пилотов и специалистов наземных служб) обуславливает до 70% всех авиационных происшествий.

Проведенные до сих пор исследования воздействия гелиогеофизических факторов, в основном, относятся к лицам, характеризуемых категорией пониженного здоровья (больные, младенцы, космонавты после длительного пребывания в космосе).

- Проведенные до настоящего времени исследования воздействий гелиогеофизических феноменов на организм человека не были ориентированы на развитие методов прогнозирования временных интервалов неблагоприятных для полетов гражданской авиации.

- Установлен методом интервальных оценок фундаментальный факт воздействия геофизических феноменов (сейсмической и геомагнитной обстановкой) на организмы контингента, относящегося к лицам повышенной категории здоровья, - пилотов и специалистов наземных служб.

- Установлены методом наложения эпох прогностические свойства моментов катастрофических землетрясений (Л/>7), солнечные вспышки ^-класса и начала магнитных бурь, как предикторов повышенной частоты авиационных происшествий с временем прогнозирования от одного до семи дней.

- Установлен методом картирования фундаментальный факт неравномерности пространственно-временного распределения авиационных происшествий в том числе следующий факт, что в день катастрофического землетрясения авиационные происшествия происходят на дальностях от эпицентра более 4-5 тыс.км.

Приложены схемы формирования индекса планетарной геофизической опасности для полетов самолетов на основании данных о сейсмической, солнечной и геомагнитной обстановке.

На основании изложенного представляется возможным сделать следующие выводы.

- Проведенное рассмотрение ориентировано на научно-техническую проблематику разработки и обоснования методов определения воздействий гелиогеофизических феноменов на организм пилотов и носит характер завершенного исследования.

- Научно-техническая проблема установления фактов и определения характеристик воздействия гелиогеофизичеких явлений на аварийность в гражданской авиации нашла свое решение на основе использования потока данных о моментах катастрофических землетрясений солнечных X-вспышек и начала магнитных бурь, как краткосрочных предикторов периодов повышенной вероятности авиационных происшествий. На основе этих предикторов прогнозирование интервалов времени, неблагоприятных для полетов гражданской авиации может быть осуществлено при сравнительно малых экономических затратах. Здесь потребуется сформировать оптимальную структуру индекса гелиогеофизической опасности для полетов самолетов на основе имеющейся в гелиогеофизических службах информации, а также организовать передачу значений индекса на борт самолетов, находящихся в полете.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ларичев, Игорь Леонидович, 2004 год

1. Жуковский Н.Е., Избранные сочинения. M.-J1. ГИТТЛ, 1948. Т1, 392 с.

2. Ветчинкин В.П., Динамика самолета, M.-JI: Машиностроение, 1933 г., 400 с.

3. Котин М.Г., Динамика взлета и посадки самолетов, М: Машиностроение, 1984, 256 с.

4. Flight International, 1998, 12 Aug.

5. Flight International, 1998, 28 Jan.

6. Flight International, 2003, 21 Jan.

7. Croft J.W. NASA tackles loss of control // Aerospace America, 2003, March, p.42-45.

8. Ларичев И.JI. Воздействие катастрофических землетрясений на аварии и катастрофы в гражданской авиации // международная конференция Авиация и Космонавтика, М., 2003 г.,

9. Ларичев И.Л. О связи пространственно-временного распределения происшествий в гражданской авиации с местом эпицентров и временем катастрофических землетрясений. // Труды ИПГ. -2004. -Вып.82. — С.44-50.

10. Ларичев И. Л. Установление связи между появляемостью геофизических пространственно-временных сосредоточенных явлений и группироанием авиационных происшествий методом интервальных оценок. // Труды ИПГ. -2004. -Вып.82. -С.66-70

11. Сергеенко Н.П., Кулешова В.П. Об изменении медицинских показателей во время гелиогеофизических возмущений // Биофизика, 1995 г. Т.40, вып.4, С.825-828.

12. Ораевский В.Н., Ионова В.Г., Канониди Х.Д., Сазонова Е.А., Сергеенко Н.П. Влияние гелиогеофизических возмущений на систему гемостаза здоровых людей и лиц с хронической цереброваскулярной патологией, Препринт №9 (1137), М.: ИЗМИРАН, 2000 г., 25 с.

13. Авдюшин С.И., Данилов А.Д. Рассказ о космической погоде, С.П-б.: Гидрометеоиздат, 1993 г., 160 с.

14. Ляхов А.Н., Козлов С.И., Смирнов Л.В. // Физические проблемы экологии, М.: МГУ, 2001 г., №7.

15. Ананьин И.В., Мерзлый A.M., Сорокин Л.Р. в книге Атлас временных вариаций . М.: Научный мир, РАН, Т.2, 2002 г., 282 с.

16. Бреус Т.К. Влияние солнечной активности на биологические объекты // докторская диссертация, М.: Институт космических исследований, 2003 г., 31 с.

17. Калинин Ю.К., Сергеенко Н.П. Движущиеся уединенные макронеоднородности, возникающие ионосфере за несколько часов до катастрофических землетрясений// ДАН, 2002 г., Т.387, С. 105-107.

18. Ионосферно-магнитная служба. Сб. под редакцией Авдюшина С.И. и Данилова А.Д. JI.-д.: Гидрометеоиздат, 1987 г., 244 с.

19. Иванов-Холодный Г.С., Никольский Г.М. Солнце и ионосфера, М.: Наука, 1969 г., 455с.

20. Данилов А.Д., Кароль И.Л. Атмосферный озон, Л.-д.: Гидрометеоиздат, 1991 г., 120 с.

21. Жарков В.Н. Внутреннее строение Земли и планет, М.: Наука, 1983 г., 416 с.

22. Гзовский М.В. Основы тектонофизики, М.: Наука, 1975 г., 536 с.

23. Калинин Ю.К., Сергеенко Н.П., и др. Ионосферный контроль в экологии, М.: Госэкоцентр, 2002 г., 88 с.

24. Калинин Ю.К., Платонов Т.Д., Цветков С.И. Статистические свойства сигналов на ионосферных трассах, М.: Институт криптографии, №5815, 2002 г., 140 с.

25. Калинин Ю.К. Квантильная нормировка ионосферных сигналов // Геомагнитизм и аэрономия, Т.25, 1985 г., №6, С.941-944.

26. Гурфинкель Ю.И., Кулешов В.П., Ораевский В.Н. Оценки влияния геомагнитных бурь на частоту появления острой сердечно-сосудистой патологии // Биофизика, 1998 г. Т.43, вып.4, С. 654-658.

27. Комаров В.Ф., Бреус Т.К. и др. Медико-биологические эффекты солнечной активности // Вестник Российской академии Медицинский наук, 1994 г., №11, С.37-49.

28. Пудовкин O.A., Аганов В.М. и др. Статистика пусков РКН и КА с отечественных космодромов // Новости космонавтики, 1996 г., Т.6, №6.

29. Страхование космических рисков, М.: Рус.-фильм, 1997 г., 187 с.

30. Космонавтика под ред.Глушко В.П., М.: Советская энциклопедия, 1985 г., 527 с.

31. Абрамович М., Стеган И. Справочник по специальным функциям, М.: 1997 г., 890 с.

32. Королюк B.C., Портенко Н.И. и др. Справочник по теории вероятности и математической статистике, М.: Наука, 1985 г., 640 с.

33. N.P.Danilkin, Yu.K.Kalinin N.P.Kotonaeva, I.L.Larichev, N.P.Sergeenko Macroscale ionospheric irregularities registered by the Mir onboard ionosonde // International Journal of Geomagnetism and Aeronomy, Vol.4, №3, 2004.

34. Авдюшин С.И., Гусев A.H., Калинин Ю.К., Ларичев И.Л., Тулинов Г.Ф. Планетарная геофизика и безопасность в авиации // международная конференция Авиация и Космонавтика, М., 2003 г.

35. Солнечная и солнечно-земная физика. Под ред. Бруценка А. И Дюранд Ш. М.:Мир. 1980.254 с.

36. Ларичев И.Л. Воздействие гелиогеофизических явлений на авиационные происшествия в гражданской авиации, Государственный центр экологических программ, М. 2004 г., 42 с.