Глобальные изменения климата привели к аномально высоким температурам в летний период и отсутствию достаточного количества осадков. В свою очередь, более жаркая погода способствует увеличению количества и интенсивности лесных пожаров по всему миру.
Согласно статистическим данным, 2017 год был рекордным по количеству лесных пожаров. В Калифорнии выгорело более миллиона акров (более 4100 км2) лесных насаждений и несколько населенных пунктов. В Португалии от пожаров погибло 66 человек. По всей Южной Европе, в результате сухой жаркой погоды, которая усугублялась сильными ветрами, зарегистрировано удвоение количества лесных пожаров. Служба лесов США потратила рекордные $2 млрд. на решение данной проблемы.
По заявлению экспертов, в будущем ситуация только усугубиться, чему будут способствовать экстремальные погодные условия и повышение уровня человеческой деятельности в зонах с повышенным риском возгорания. Сезонные лесные пожары станут более продолжительными и интенсивными.
В последние годы для решения возникших проблем пожарные эксперты, инженеры и промышленность объединили усилия, чтобы разработать новые, более действенные методы борьбы и технологические решения, которые позволят огнеборцам более эффективно и с меньшим количеством усилий тушить лесные пожары. При этом, одними из приоритетных направлений являются развитие и совершенствование пожарной авиационной техники, включая беспилотную, мониторинг и контроль ситуации с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), а также прогнозирование с использованием технологии искусственного интеллекта.
Процесс воздушного пожаротушения обычно начинается с развертывания специальных наземных сил, которые доставляются в пострадавший район наземным транспортом или вертолетами, может использовать и более экзотический способ, когда пожарные прыгают с парашютом. Основной задачей данных подразделений является оценка ситуации, разработка плана действий и корректирование действий экипажей воздушных транспортных средств, участвующих в тушении пожара.
В подобных операциях может использоваться широкий арсенал вертолетов и самолетов, начиная небольших винтокрылых машин, способных за раз доставить около 3 тыс. литров воды, до огромных самолетов-танкеров, перевозящих десятки тонн антипирена (добавки для увеличения огнезащиты, которые замедляют горение и воспламенение материала).
Несомненным рекордсменом среди «летающих пожарных» является реактивный самолет Global SuperTanker (на базе Boeing 747-200), способный за раз доставить 73 тыс. литров реагента, замедляющего горение. Свою «минуту славы» он заслужил, попав на страницы СМИ в конце 2017 года, когда его использовали для борьбы с лесными пожарами в Южной Калифорнии. В большинстве случаев самолеты используются для непрямых атак на пожар (согласно сообщениям, Global SuperTanker способен прокладывать непрерывные линии замедления горения протяженностью до 3 км).
В противоположность самолетам, вертолеты больше подходят для непосредственного тушения отдельных очагов пожаров из-за своей способности зависать на одном месте. Несомненным младшим братом Global SuperTanker среди винтокрылых машин является двухмоторный S-64 Aircrane (Воздушный кран) компании Erickson Aviation, способный единоразово доставить к месту пожара до 10 тыс. литров воды. Изначально производимый компанией Sikorsky как S-64 Skycrane, данный вертолет был сильно модифицировано для целей пожаротушения, и также как Global SuperTanker активно использовался для борьбы с огнем в Калифорнии.
По словам пилота S-64 Aircrane, ветерана воздушной пожарной службы Рэнди Эрвина, основным преимуществом винтокрылой машины является то, что ему не нужно возвращаться на базу для заправки водой. Вертолет может засасывать жидкость из любого близлежащего водоема посредством специального шланга с насосом, которая висит под шасси.
«При погружении шланга в воду минимум на 18 дюймов (45 см) насос будет закачивать воду в бак со скоростью 3 тыс. галлонов в минуту (почти 11,5 тыс. литров в минуту). При этом процесс полной загрузки бака займет всего 40 секунд», - пилот S-64 Aircrane, ветерана воздушной пожарной службы Рэнди Эрвин.
S-64 Aircrane может также набирать воду в резервуар без использования насоса, для этого применяется специальная труба, которая производит забор жидкости во время движения вертолета вперед.
В емкости вертолета установлен специальный датчик, который позволяет контролировать объем воды. Используя данное устройство, пилот может точно контролировать сброс жидкости, определяя так называемый уровень покрытия.
«Если известно, сколько в резервуаре воды, то можно рассчитать давление на выходной заслонке. на двери. И когда пилот выбирает (например) уровень покрытия 5 (эквивалент 5 галлонов воды на 10 квадратных футов), заслонка откроется ровно настолько, чтобы обеспечить заданное покрытие. По мере того, как количество воды в резервуаре уменьшается, автоматика открывает заслонку все больше и больше, чтобы поддерживать необходимый расход», - пилот S-64 Aircrane, ветерана воздушной пожарной службы Рэнди Эрвин.
Безусловно, использование Global SuperTanker и S-64 Aircrane позволяет более эффективно бороться с лесными пожарами, и дает надежду, что они помогут в более сложных ситуациях. Но действительно ли ситуация ухудшается?
Профессор Иоганн Голдаммер, ведущий специалист по пожарам и директор Глобального центра мониторинга пожаров (GFMC) в Институте химии Макса Планка в Германии, нисколько в этом не сомневается. Он заявил, что изменение сезонных моделей, связанных с изменением климата, приводит к более продолжительным, более тяжелым сезонам пожаров.
«Такой регион, как западное побережье США, переживает все более продолжительный сезон пожаров, который сейчас, похоже, длится весь год. Все это усугубляется изменением моделей поведения людей. Мы модифицируем землю путем сплошных рубок, заселения, развития промышленности, сельского хозяйства и так далее. При этом меняются режимы пожаров и уязвимости экосистем», - профессор Голдаммер, ведущий специалист по пожарам и директор Глобального центра мониторинга пожаров (GFMC).
Мнение немецкого профессора разделяет и Боб Ганн, исполняющий обязанности директора Центра передовых технологий воздушного пожаротушения в Колорадо. Он также заявил, что вмешательство человека в природу существенно повышает пожарную обстановку и приводит к увеличению интенсивности пожаров.
Команда Ганна находится на переднем крае изучения того, как технологии могут помочь огнеборцам справиться с этой растущей проблемой. Ключевым направлением исследований является разработка инструментов, которые позволят пожарным справляться с огнем в темное время суток. В большинстве случаях условия в ночное время идеальны для тушения пожаров: пониженные температуры, повышенная влажность и часто более слабые ветры приводят к тому, что интенсивность огня снижается, предоставляя больше возможностей для наземного персонала. Однако, более благоприятные условия, в большинстве случаев, перевешиваются проблемами плохой видимости и, следовательно, повышенным риском столкновения с огнем.
Системы ночного видения, подобные тем, которые используются военными, кажутся здесь готовым решением. Однако, по словам Ганна, данные технологии не подходят из-за высокого контраста между темнотой и светом, создаваемым огнем. Именно поэтому его команда исследует применение технологии дополненной реальности (AR), специально оптимизированной для пожаротушения.
Аналогичные усилия предпринимаются в Европе. Жан Мишель Дюмаз возглавляет подразделение SAFE на юге Франции, общественную организацию, нацеленную на развитие технологий и сотрудничество в различных областях безопасности и обороны.
«Во Франции крупные сильные пожары происходят днем, когда усиливается ветер и становится жарче, но после 10 вечера условия для тушения значительно улучшаются», - глава подразделения SAFE Жан Мишель Дюмаз.
Дюмаз добавил, что его организация в настоящее время поддерживает проект Extrem OWL, в рамках которого французского компания по обработке изображений Nexvision разрабатывает систему видения дополненной реальности для пилотов пожарных вертолетов.
Разумеется, еще одним способом решения проблемы риска полета человека ночью является использование беспилотных летательных аппаратов. В частности, в США беспилотники становятся неотъемлемой частью арсенала пожарного.
Департамент внутренних дел США (DoI) эксплуатирует около 350 квадрокоптеров с дистанционным управлением, из которых около 100 БПЛА используются специально для ведения разведывательных и картографических операций при тушении пожаров. Только в 2017 году DoI совершил около 660 полетов для борьбы с 71 пожаром по всей стране.
Брэд Кекериц, начальник отдела БПЛА Министерства обороны США, объяснил, что беспилотники предоставили возможность, которой раньше не было: позволить пожарным командам проводить воздушную разведку, когда использование пилотируемых самолетов было слишком опасным.
«У нас десятки самолетов находились на земле в Калифорнии, потому что дым был слишком густой, чтобы они могли летать. Но мы смогли использовать беспилотники. Надели очки виртуальной реальности (VR) на одного из специалистов на границе пожара, и он руководил операцией», - начальник отдела БПЛА Министерства обороны США Брэд Кекериц.
Использование дронов все чаще помогает пожарным предпринимать быстрые действия и не дает небольшим пожарам выйти из-под контроля. Кекериц сказал, что во время операции в Калифорнии были многочисленные случаи, когда БПЛА, работающие в условиях плохой видимости для пилотируемых самолетов, помогли обнаружить точечные возгорания, которые прорвались через линию огня, и быстро их потушить с помощью мобильных команд.
Чад Рунян, руководитель программы UAS для Лесной службы США, которая является основным пользователем технологии беспилотников, добавил, что наличие дронов также облегчает внедрение других новых систем в полевые условия.
«Вы не можете просто прикрутить старую камеру или передатчик на пилотируемый самолет, согласования подобных действий весьма длительные, иногда на процесс утверждения требуются годы. С беспилотными системами проще, мы можем задать производителю необходимые требования и получить новейшие системы с лучшими камерами», - руководитель программы UAS для Лесной службы США Чад Рунян.
Хотя большинство существующих технологий предназначены для мониторинга и разведки, Рунян предполагает, что БПЛА в конечном итоге будут использоваться для пожаротушения.
Лесная служба уже провела совместно Lockheed Martin испытания БПЛА для тушения пожаров. Для этого использовалась как беспилотная версия вертолета Kaman Aerospace KMAX.
«Вы можете увидеть, как люди забирают существующий у нас парк самолетов и превращают их воздушные суда, которыми при необходимости можно управлять дистанционно», - руководитель программы UAS для Лесной службы США Чад Рунян.
При этом он добавил, по территории США самолеты перемещаются исключительно в пилотируемом режиме, а в качестве БПЛА они используются только во время борьбы с пожарами.
Дроны также начинают важную играть роль при стратегической разведке. В 2017 году государственное противопожарное агентство штата Калифорния использовало беспилотники Reaper (военные самолеты, разработанные General Atomics) для мониторинга пожаров и передачи информации командирам на местах.
Кекериц считает, что в более долгосрочной перспективе, высотные автономные машины, способные оставаться в воздухе месяцами, будут ключевым инструментом в арсенале пожаротушения. По его словам, Министерство обороны активно изучает возможности инициативы Google по созданию стратосферных аэростатов Project Loon, предназначенных для обеспечения возможности подключения связи к удаленным районам.
«Мы работаем с ними, чтобы объединить в сеть аэростаты над западными штатами, которая обеспечит постоянную связь с системами камер на высоте 65 000 футов (20 км), которые, в свою очередь, могут охватывать обширную область и искать горячие точки, либо составлять карту или вести прямую трансляцию», - начальник отдела БПЛА Министерства обороны США Брэд Кекериц.
Хотя привлекательность стратосферных систем заключается в том, что они предлагают многие из преимуществ спутников без дорогостоящих затрат на запуск, разработки в области спутниковых технологий также могут помочь пожарным в будущем.
Шон Триплетт из Лесной службы США сказал, что обычные спутники использовались в течение ряда лет для понимания воздействия лесных пожаров. Однако, появление спутников Cubesat (небольших недорогих устройств, которые все шире используются исследователями) имеет большие перспективы для мониторинга лесных пожаров. По его словам, их можно запускать на орбиту стаями до 200 единиц, обеспечивая гораздо более равномерное покрытие, чем могут обеспечить существующие орбитальные спутники, которые обычно проходят на заданной точкой только каждые четыре-шесть часов.
Поскольку беспилотники, спутники и стратосферные платформы могут предоставить подробное отображение ситуации, разворачивающейся на земле, то у пожарного будущего не будет недостатка в данных. Однако, тут возникает самая большая проблема, - как можно быстрее перевести всю эту информацию в полезную форму. Это особенно сложно в США, в которых, в отличие от Европы, нет однородной сотовой связи.
«Самая большая проблема, с которой мы сталкиваемся, когда боремся с лесными пожарами - они находятся в очень труднодоступной местности. Доступно очень мало подходящих баз данных, и в большинстве случаев связь с сотовой сетью отсутствует. Мы не собираемся посылать пожарным простые изображения, им не нужны красивые картинки. Они хотят видеть векторные данные: что, где и как горит. Проблемы заключаются в том, что придется распространять итоговый продукт анализа через сеть, которая вообще не предназначена для обработки таких объемов информации», - сотрудник Лесной службы США Шон Триплетт.
Возможное решение данной проблемы изучается командой Ганна в Колорадо. Его проект Datalink тестирует опытный образец радиосистемы, который может отправлять базовые данные о ситуации, такие как точки возгорания, линии огня и т.д., непосредственно на смартфоны пилотов.
«На западе США во многих местах сеть слабая или вообще отсутствует. Нам нужна альтернатива, которой может пользоваться несколькими пожарных, а не только одним-двумя человеками», - Боб Ганн, исполняющий обязанности директора Центра передовых технологий воздушного пожаротушения в Колорадо.
Команда Ганна также изучает, каким образом данные, полученные современными системами мониторинга, могут использоваться в высокоточных системах прогнозирования пожара - инструментах, которые могут оказать существенное влияние на планирование пожарными своих действий.
Хотя моделирование пожара уже используется, возможности системы ограничены, отчасти потому, что используемые данные о погоде не очень надежны. Чтобы изменить это, команда из Колорадо работает с NCAR (Национальным центром атмосферных исследований) над созданием системы, использующей детальную модель погоды под названием «Быстрое обновление с высоким разрешением», которая дает более качественный прогноз, чем уже существующие инструменты. Система в настоящее время проходит апробацию и может быть запущена всего через пару лет.
Аналогичная работа ведется в Европе в рамках проекта TechForFire – инициативы, возглавляемой французским специалистом по информационным системам Noveltis, который разрабатывает инструменты для объединения данных, полученных камерами на передовой линии, с погодными моделями и информацией о ветре для прогнозирования развития пожара. Жан Мишель Дюмаз из SAFE утверждает, что в настоящее время данная система испытывается несколькими пожарными подразделениями.
Как заявил профессор Голдаммер, его впечатляет скорость развития технических инноваций. Он считает, что на данный момент самая большая проблема заключается в обеспечении того, чтобы различные технологии не развивались изолированно друг от друга. Необходимо, чтобы отрасль и агентства по всему миру работали вместе и делились опытом и знаниями.
Может показаться заманчивым рассматривать лесные пожары, как локальное явление. Однако подобный подход, с высокой вероятностью, приведет к разобщению согласованных международных усилий по решению проблем, связанных с лесными пожарами, которые ежегодно выбрасывают в атмосферу порядка 0,6 млрд. тонн углекислого газа.
«В отличие от других стихийных бедствий все выбросы от этих пожаров переносятся в общую глобальную атмосферу, которая не различает, выделяется этот парниковый газ от пожара в Калифорнии или Сибири. Он здесь, он циркулирует по всему миру и является частью все более теплой атмосферы», - профессор Голдаммер, ведущий специалист по пожарам и директор Глобального центра мониторинга пожаров (GFMC).
