Превратности космической погоды
Превратности космической погоды
Развёртывание современной инфраструктуры в Арктической зоне Российской Федерации (АЗРФ) сталкивается со специфической для высоких широт проблемой: воздействием космической погоды. При этом чем шире становится зона внедрения передовых технологий, тем чувствительнее сбои, происходящие в них из–за воздействия негативных природных факторов.
В число наиболее существенных сбоев входят геоиндуцированные токи, возбуждаемые в технологических системах при резких изменениях геомагнитного поля. Наведённые при магнитных бурях токи вызывают сбои в работе энергетических и транспортных систем.
Одним из практических шагов по уменьшению ущерба, наносимого технологическим системам природными факторами, является разработка моделей, способных осуществлять прогнозирование возможных рисков в оперативном режиме.
– Арктика — тяжёлый регион для полевых наблюдений, — говорит заведующий лабораторией физики околоземного пространства Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН, доктор физико–математических наук, профессор Вячеслав Пилипенко. —
В высоких широтах, на арктическом побережье и островах наблюдательная база геофизики в РФ явно недостаточна, особенно по сравнению с Канадой, США и скандинавскими странами, несмотря на все усилия отечественных институтов.
Благодаря гранту Российского научного фонда удалось развернуть магнитную обсерваторию «Белое море», оснащённую векторным магнитометром POS–4 отечественного производства. Информация с неё непрерывно поступает в аналитический центр геомагнитных данных ГЦ РАН. Станция «Белое море» играет важную роль в расширении сети магнитных наблюдений обсерваторского класса в Арктической зоне.
Истории известны примеры серьёзных аварий в энергетических системах северных стран при экстремально мощных магнитных бурях. Современные сети высоковольтных ЛЭП постоянно расширяются, их связанность растёт, и повторение такой бури может вызывать существенные нарушения на более обширных территориях. Существует и другой аспект проблемы, который следует учитывать: под «прикрытием» магнитной бури возможно проведение скрытой компьютерной атаки на энергетические системы конкурентов. А наличие современных спутниковых систем делает реальным предсказание магнитной бури за несколько дней.
Сети высоковольтных ЛЭП, простирающиеся на многие сотни километров, являются по существу излучающими антеннами очень больших масштабов. Из–за присутствия в энергетических системах сильных нелинейных элементов (например тиристоров) в ЛЭП возникают и излучаются высокие гармоники частоты. Они, как показали расчёты, могут эффективно проникать в ионосферу и магнитосферу и регистрироваться на спутниках как электромагнитные узкополосные излучения. От некоторых ЛЭП они обнаруживаются даже в космосе, являясь показателем несбалансированной работы ЛЭП под воздействием токов. Интенсивность этого излучения постоянно нарастает по мере технологического развития, и Земля может скоро оказаться в электромагнитном окружении промышленного происхождения.
Масштабная работа учёных в этой области выстроена сегодня в четырёх основных направлениях: исследование воздействия космической погоды на энергетические и железнодорожные системы; изучение крупных геологических структур и осадочных бассейнов; оценка сейсмической и геодинамической опасностей в районах перспективного развития инфраструктуры российской Арктики и попытки повлиять на климатические процессы, критичные для её развития. В комплексе это даст возможность оценить риски и предупредить ущерб от вероятных геофизических процессов для энергетических и транспортных систем в Арктике.
Помимо продолжения исследований воздействия космической погоды на электрические сети и спутниковую навигацию, начинается детальное изучение сбоев в работе систем автоматики и сигнализации на участках железнодорожных сетей в высоких широтах. Известны случаи, когда сильные магнитные бури парализовывали на много часов железнодорожное сообщение на Сибирской, Северной и Октябрьской железных дорогах из–за ложных срабатываний систем сигнализации. Каковы закономерности воздействия геомагнитных возмущений на работу автоматики железных дорог и как его минимизировать — одна из основных задач разрабатываемого проекта исследований.
Арктическая зона РФ сегодня — малоизученный регион с точки зрения геодинамической опасности. Принятые для разных частей этого региона стандарты значительно отличаются от реального положения дел, что связано с существенной нестабильностью некоторых природных процессов, причинами появления которой стали изменение климата, таяние ледников и деградация вечной мерзлоты, а также активная разработка месторождений полезных ископаемых. Планируется создать экспертную ГИС–систему признаков возможного возникновения опасных сейсмических и других геодинамических событий в российской Арктике и методики расчёта сейсмической опасности для заданных территорий.
Учёные также планируют разработать геоинформационные технологии сбора, анализа и прогнозирования на основе спутниковой информации и моделей климатических параметров, которые непосредственно влияют на состояние инфраструктуры железнодорожного транспорта в Арктике. Результаты исследований должны дать новую информацию для поиска и разведки нефтегазовых месторождений в континентальной части и на шельфе.
Планируемый объём финансирования проекта в 2021 году — 30 миллионов рублей, в последующие — сумма будет меньше. При этом должен вырасти объём софинансирования информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте от промышленного партнёра в размере порядка 400 тысяч долларов. При этом средства, идущие на научные гранты, расходуются не только на научные исследования, но и инвестируются в высокотехнологичное оборудование — новейшие серверы, системы хранения и передачи данных, геофизическую аппаратуру.
