Человечество изрядно пострадало от природы — чего стоят только извержения Везувия в 79 году и Кракатау в 1883 году, землетрясения в Шэньси в 1556 году и Лиссабоне в 1755 году, наводнение в Китае в 1931 году. Но с развитием электричества и электроники в мире появилась новая катастрофическая опасность — геомагнитные бури. Российские нормы их будто и не замечают.
Фото: Сергей Ермохин, Коммерсантъ / купить фото
Вторая по сборам перестраховочная компания мира швейцарская Swiss Re утверждает, что число природных катастроф за последние 30 лет едва ли не утроилось. Так же быстро растут и издержки. В 2011 году Маргарета Вальстрём, спецпредставитель тогдашнего генсекретаря ООН Пан Ги Муна, заявила, что последствия цунами в Японии обошлись на 60% дороже, чем последствия урагана Катрина в США в 2005 году,— а там только власти страны потратили $110 млрд. 2017 год был рекордным по величине ущерба.
Общество часто недооценивает стихию. Далеко не самое мощное извержение вулкана Эйяфьядлайёкюдль (Исландия, 2010 год), соответствовавшее четвертой из девяти возможных ступеней по шкале вулканической активности, привело к снижению коммерческого авиасообщения в Европе на 29% и многомиллиардным убыткам. Если так люди реагируют на очевидные бедствия, что говорить о невидимых опасных явлениях, в том числе связанных с космической погодой?
Тем не менее ОЭСР ставит геомагнитные бури в один ряд с такими глобальными бедствиями, как пандемии, кибератаки и финансовые кризисы. В США принята государственная концепция защиты национальной инфраструктуры от геомагнитной активности. В семи европейских странах риск геомагнитных бурь упомянут в национальных классификаторах рисков.
Ток-паразит
Солнце оказывает воздействие на наземную инфраструктуру — в виде геомагнитных бурь: они возникают как реакция на изменение магнитосферной-ионосферной токовой системы. В заземленных проводящих системах — линиях электропередачи, трубопроводах, железных дорогах, линиях связи — индуцируется паразитный ток ультранизкой частоты, так называемый геомагнитный ток, протекание которого может привести к сбоям или авариям.
Впервые влияние космической погоды на системы жизнедеятельности было зафиксировано еще в 1859 году и описано английским физиком Ричардом Каррингтоном. Представьте белоснежный пляж на Карибском море, тепло, и вдруг на небе — северное сияние! Именно это и произошло в 1859 году, и кроме караибов сиянием любовалась большая часть Европы — но по той же причине, что возникло сияние, возникли и сбои в работе телеграфа в Северной Америке и Европе.
Документированных случаев аварий из-за геомагнитных бурь немало. Первой стала Пасхальная буря 1940 года: она нарушила электроснабжение в Новой Англии, Нью-Йорке, Пенсильвании, Миннесоте, Квебеке и Онтарио, вызвала гигантскую перегрузку в Атлантическом кабеле между Шотландией и Ньюфаундлендом. В 1989 году относительно сильная буря парализовала энергосистему Квебека: за 92 секунды было потеряно 40% нагрузки региона, а полное восстановление произошло только через девять часов. Буря 2003 года была менее сильной, но последствия ее ощущались чуть ли не по всему миру. Развитие технических систем, уязвимых к геомагнитным бурям, приводит к тому, что список таких аварий будет только пополняться, а величина ущерба — увеличиваться.
Солнечный удар
Геомагнитные бури отличаются от других природных явлений. Во-первых, их не увидеть. Сигнал о начале геомагнитной бури — показание датчиков геомагнитных обсерваторий; предсказать ее можно по параметрам солнечного ветра, зарегистрированным спутниками. Во-вторых, геомагнитные бури охватывают территории большие, нежели ураганы, что приводит к единовременному отключению или сбою в работе множества систем. Длятся они от нескольких минут до нескольких дней, интенсивность воздействия часто и сильно меняется.
Частота геомагнитных бурь зависит от солнечного цикла. В районе максимума бури могут налетать раз в несколько дней. А супербури, подобные описанным выше, возникают несколько раз за цикл.
Протекание паразитных квазипостоянных геомагнитных токов, индуцированных бурей, не предусмотрено стандартами современных энергосистем. А их главное отличие от постоянной составляющей тока короткого замыкания состоит в длительности протекания.
Россия бури не боится
Ни один российский нормативный документ ничего не говорит о геомагнитных бурях, а занимается ими очень узкий круг ученых. Об опасности геомагнитных бурь для жизненно важных систем просто не знают — а даже если и знают, не представляют, что можно защититься или хотя бы минимизировать ущерб.
Для успешного противостояния солнечной стихии необходимо многостороннее взаимодействие промышленности, которая производит и использует оборудование, с операторами энергосистем и электронных сетей, с потребителями, с центрами прогнозирования космической погоды. Все это должно появиться на законодательном и нормативном уровнях. Но для начала геомагнитную угрозу надо хотя бы признать.
Специалисты кафедры «Теоретическая электротехника и электромеханика» Санкт-Петербургского политехнического университета предложили новый алгоритм оценки устойчивости энергосистем к геомагнитным бурям: предлагается рассматривать проблему как междисциплинарную, оценивать устойчивость систем, анализируя критические факторы различной природы. Исследователи СПбПУ рассматривают всю цепочку, связанную к геомагнитной бурей: от образования корональных дыр на поверхности Солнца до последствий от отключения лампочки у потребителя.
У операторов системы, уязвимой к геомагнитной буре, пишут исследователи, будет порядка 12 часов. Их, безусловно, недостаточно, чтобы найти оптимальный алгоритм управления — нужно заранее определить зоны высокого риска и выявить наиболее уязвимые места (как на рис. 2, где показаны уязвимости в объединенной энергосистеме Сибири). Создание подобных моделей позволит затем снизить затраты на проектирование и эксплуатацию энергосистемы, устойчивой к геомагнитным бурям.
Солнечные циклы
Солнечная активность определяется числом Вольфа — по имени швейцарского астронома Рудольфа Вольфа, который, во-первых, предложил метод ее определения, а во-вторых, исследовал архивные данные с 1749 года, после чего принял решение начинать отсчитывать солнечные циклы с 1755 года. В среднем они продолжаются 11 лет, радиоуглеродный анализ органических остатков показывает, что этот ритм выдерживается уже более 700 млн лет. Сейчас идет 24-й цикл, он относительно спокойный; 25-й цикл, предположительно, начнется в конце 2019 года.
Солнечная активность исключительно высока начиная с 1940-х годов — последний раз нечто подобное, судя по данным радиоуглеродного анализа, наблюдалось 9 тыс. лет назад.
Графическая визуализация зон высокого риска в единой энергосистеме России. Градация цвета от красного до голубого соответствует уменьшению риска негативного воздействия геомагнитных бурь
Графическая визуализация зон высокого риска в единой энергосистеме России. Градация цвета от красного до голубого соответствует уменьшению риска негативного воздействия геомагнитных бурь
Характер косвенного воздействия геомагнитных бурь на взаимосвязанные инфраструктуры. Градация цвета от желтого до красного соответствует увеличению тяжести последствий, от локальной деградации инфраструктуры до повсеместного отказа
Характер косвенного воздействия геомагнитных бурь на взаимосвязанные инфраструктуры. Градация цвета от желтого до красного соответствует увеличению тяжести последствий, от локальной деградации инфраструктуры до повсеместного отказа