Казалось бы, после обрушения Басманного рынка вопрос этот становится риторическим. Трансвааль-парк и Бауманский рынок проектировал один и тот же архитектор – Нодар Канчели. Случайностей такого масштаба не бывает. Закономерность очевидная и она связана с именем Канчели.

Закономерность действительно есть, но она другого рода. Нодар Канчели известен в архитектурных кругах, как самый лучший архитектор нестандартных сооружений. И закономерность не в его фамилии, а в том, что обрушились именно крупные нестандартные сооружения, построенные по индивидуальным проектам. Т.е. сооружения, не имевшие предшественников, сооружения, которые были построены в таком крупном масштабе и такого вида впервые. А то, что их проектировал самый лучший архитектор Москвы — лишь вторая закономерность, не имеющая к причинам аварии прямого отношения. Просто Канчели в силу своего таланта оказался на переднем фронте создания крупных нестандартных сооружений, построение которых таит в себе скрытую и непознанную современной инженерной наукой опасность, имя которой – масштабный эффект.

Масштабный эффект впервые был открыт американскими инженерами в 30-е годы ХХ века, но обратили на него серьезное внимание лишь во второй половине ХХ века в связи с работой двух правительственных комиссий США и Великобритании, которые разбирались в причинах серии загадочных аварий и разрушений крупных инженерных объектов. Эти комиссии были созданы правительствами великих морских держав по требованию общественности после двух загадочных аварий с кораблями в Европе, которые безо всяких причин развалились на две части в 1943 («Шенектэди») и 1947 году («Эссо Манхэттен») в спокойной воде, стоя на якоре (рис.1).

рис.1

Эти две катастрофы с практически новыми кораблями, которые не имели никакого под собой основания, взбудоражили общественность Европы. В время работы комиссий были подняты материалы и по другим загадочным катастрофам и всплыло множество аналогичных таинственных случаев, причины которых так и не были установлены. Например, беспричинное разрушение моста «Хасселт» в Бельгии (1938 г.), Королевского моста в Мельбурне (1962 г.), хрупкое разрушение Чайнтонского ядерного реактора во Франции (1959 г.) и многие другие (тысячи) случаи. Наибольшее внимание привлекли аварии с американскими транспортными кораблями «Либерти», на которых из США во время Второй мировой войны перевозилась грузы в Европу. Очень часто эти корабли либо терпели аварию и их буксировали в порты, либо саморазрушались. За годы войны произошло более 1500 (!) таких аварий, которые сначала списали на действии немецких подводных лодок. Но когда война закончилась, и комиссии стали разбираться с фактами, обнаружилось, что все эти аварии никакого отношения к атакам немцев не имели – корабли разрушались сами по себе. 1500 однотипных случаев – это не две обрушившихся крыши. Они требовали системного анализа и объяснения причин. Поэтому, хотя комиссии обнаружили множество других подобных таинственных аварий с крупными сооружениями (кораблями, самолетами, мостами, трубопроводами, баками для хранения жидкостей и т.п.), истории которых уходил даже в XIX век, все свое внимание они сосредоточили на кораблях «Либерти».

Под руководством комиссий были проведены широкомасштабные (только отчеты писались 5 лет!) и дорогостоящее исследования, направленные на выяснение причин этих аварий. Проверили все, что только можно было проверить: правильность расчета конструкций, качество изготовления, качество материалов, квалификацию строителей, профессионализм фирм, которые строили корабли и многое другое. В том числе приняли во внимание и возможное влияние недавно открытого масштабного эффекта. Однако после всех проверок, после создания моделей кораблей, испытания их на стендах, после тщательной проработки всех вариантов комиссии сделали сногсшибательный вывод: «Казалось бы, основные факторы, которые находились под подозрением, а именно: сварка, квалификация изготовителей, конструкция, внутренние напряжения и даже качество материала – реабилитированы.

Разрушившийся мост

Причина беспокойства кроется в неуловимом свойстве материала» (1, с.368). Автор обзора работы этих комиссий американский специалист Дж.М.Бойд, обобщая проделанную гигантскую работу комиссий, уныло замечает, что специалисты так и не выяснив истинную причину таинственных аварий пришли к выводу, что их % очень низок и оставили в будущем этот процент как неизбежную плату за риск выхода на новые масштабы.

Попросту говоря, эту проблему замели под ковер. А сегодня мы продолжаем получать 1-3% необъяснимых разрушений в качестве заранее (!) принятой доли саморазрушений. Так что как кровли обрушались, так и будут продолжать обрушаться. А еще будут непредсказуемо разрушаться мосты, трубопроводы, емкости больших размеров

Следует отметить, что таинственные аварии объединяет следующее: все они происходили с самыми крупными сооружениями в своем классе, чаще всего с теми, которые проектировались в таком масштабе впервые, т.е. не имели предшественников. Аварии происходили без видимых на то причин, всегда неожиданно и чаще всего сопровождались громкий звуком, слегка напоминавшим хлопок или громкий треск. Еще одно косвенное статистическое наблюдение заключалось в том, что очень часто эти аварии происходили после прохождения температуры через область нуля, то есть в момент замерзания воды. Как известно, вода содержится внутри всех технических материалов, включая камень, бетон и даже металл. При замерзании вода расширяется, и это внутреннее напряжение может стать дополнительным фактором, который приводит к хрупкому разрушению конструкций (разрушительная сила замерзающей воды хорошо известно, давно используется человечеством в своих целях и является в частности основной причиной разрушении горных пород).

Басманный рынок. Москва, 23 февраля 2006г.

Автор данной работы в свое время работал в лаборатории прочности, которая была лидером в этих исследования в СССР. Причины разрушения твердых тел исследовались в лаборатории со всех сторон. Еще в 80-х годах при подготовке диссертации автор обратил внимание на масштабный эффект, суть которого в том, что чем крупнее тело, тем ниже его прочность. Эта эмпирическое наблюдение касается всех без исключения материалов, и оно противоречит каноническим представлениям о прочности, из которых такой вывод сделать просто невозможно. Но природа не считается с несовершенными теориями, у нее свои законы. Чтобы хоть как-то придать вид понимания, причину масштабного эффекта списали на статистический фактор, но исследовать его поведение на всем масштабе размеров конструкционных деталей не стали, ограничились диапазоном не выходящим за сантиметры.. Не сделано и обширное исследование этого эффекта в зависимости от попутных факторов (снижение температуры в отрицательную область, воздействие вибрации различных частотных спектров и т.п.). А поскольку полноценной теории этого эффекта нет, то до сих пор специалисты не могут предсказать, как сработает масштабный эффект при построении крупных нестандартных сооружений.

В 80-е годы автор организовал, поставил и руководил исследованиями влияния на масштабный эффект размеров объектов в одном из отраслевых НИИ. В течение нескольких лет были проведены многочисленные экспериментальные исследования, которые показали, что масштабный эффект имеет на первый взгляд странные свойства масштабной периодичности (то появляется с ростом размеров, то исчезает). Эти результаты при поддержке академика М.А.Садовского (который обнаружил аналогичные закономерности в прочностных свойствах горных пород) были несколько раз опубликованы в Докладах АН СССР. Уже тогда автору стало ясно, что причина странных свойств масштабного эффекта связана с кластерной структурой вещества. Однако кластеры и их свойства наука твердого тела начала полноценно исследовать только в 80-х годах, и влияние кластеров на прочность тела до сих пор не изучено инженерной наукой. Поэтому никакого внимание специалисты, рассчитывающие прочность конструкций на кластерное строение до сих пор не обращают внимания.

В 90-е годы по известным причинам исследования автора были прерваны, и вернулся к ним он только в конце 90-х, когда была в принципе завершена общая теория масштабных закономерностей, над которой автор работал более 20-ти лет.

Опуская детали этой теории, приведем основные выводы, которые можно сделать в конкретной области – прочности твердых тел. Прочность любых тел падает при увеличении их размеров по логарифмической зависимости, падает прочность не плавно, а скачками, на падение прочности может существенно повлиять множество внешних факторов, которые повышают внутреннюю энергонасыщенность тела: температура, вибрация, звуковые колебания и т.п. Внешним дополнительным толчком к хрупкому катастрофическому разрушению может послужить охлаждение тела из плюсовой области в минусовую (замерзание внутренней воды); вибрации, амплитуда которых (в любой части их обертонного спектра) может привести к быстрому росту больших кластеров внутри конструкций; звуковые волны, обертонный спектр которых также может стать стимулятором быстрого роста больших кластеров (под большими кластерами автор подразумевает кластеры внутри конструкции, размеры которых сопоставимы с критическим сечением конструкции) и некоторые другие обстоятельства, включая космические воздействия. Но все эти внешние причины являются, скорее всего, лишь последней каплей, которая ускорят процесс образования больших кластеров и скачкообразного понижения прочности, а не истинной причиной катастрофического разрушении. Их, несомненно, необходимо учитывать, но лишь как второстепенные причины разрушения. Истинная же причина заключается в свойстве любого вещества со временем меняться в направлении образования кластрно-иерархической структуры, причем, формирование кластеров всех уровней заканчивается только тогда, когда образуются большие кластеры. И если в силу каких-либо случайных причин (не учтенной соизмеримости больших кластеров с длиной конструкций, их толщиной и прочими факторами), количество больших кластеров точно укладывается в размеры конструкции, в момент их окончательного формирования прочность всей конструкции без видимых на то причин может упасть в несколько раз (!). Именно это приводит к катастрофическому, неожиданному (без внешних резких воздействий) саморазрушению.

В 1998 году осмысление этих теоретических выводов привело автора к решению ознакомить с ними структуры, которые бы могли повлиять на ситуацию. Была очень слабая надежда на то, что удастся организовать исследования влияния масштабного эффекта и кластерности структуры на прочность конструкций. Надежда была слабой по причине хорошо осознаваемого консерватизма власти и научного чиновничьего аппарата. Но ответственность специалиста перед общество не позволила скептическому отношению остановить процесс «пропаганды» полученных автором выводов. Автору удалось привлечь к этой проблеме серьезное внимание Совета Федерации (Приложение 1) из которого был направлен запрос в Совет Безопасности России (Приложение 2). После этого автора пригласили в Совбез и отнеслись к этим выводам крайне серьезно. Материалы были направлены в Комиссию по безопасности АН РАН, которую возглавлял академик К.В.Фролов. Его зам. член.-кор. АН РАН Н.А.Махутов отнесся к поднятой теме внимательно (Приложение 3) и пригласил автора на совещание, специально созванное по этому вопросу. Однако в ходе встречи (вопреки письменному ответу) специалисты Комиссии по безопасности дали автору понять следующее:

1. Про масштабный эффект они и без автора хорошо знают.

2. Они не считают его серьезной причиной, которая может приводить к катастрофам.

3. Если нужно с ним разобраться, они это сделают без посторонней помощи.

Автор в то время уже достаточно хорошо был знаком с приемами научной бюрократии и не стал повторять опыт Левши. Поэтому попытки организовать государственные исследования были прекращены. В 2000 году были предприняты организовать частные исследования этой проблемы на базе МАИ и нескольких других крупных инженерных центров, но состояние научно-экспериментальной базы к концу 90-х годов уже было катастрофическим и попытки не удались.

Чтоб оставить хотя бы какой-то след от проведенных поисков, автор издал книгу «Масштабный эффект – неразгаданная угроза» (М.: «Новый центр», 2001), в которой изложил свою концепцию, обоснованную фактами и научными данными. В приложении была документально изложена безрезультатная попытка автора достучаться до официальных структур, которые несут перед обществом ответственность за техническую безопасность всех объектов.

В конце книги автор писал: «… что, если загадочные разрушения кораблей и мостов в начале ХХ века – это лишь предвестники более грандиозных разрушений в начале XXI века?» (с.59). Автору очень не хочется быть плохим пророком, но после выхода этой книги, увы, в России произошло обрушение нескольких крупных нестандартных конструкций, аналогичные катастрофы прошли и в Европе. К сожалению, у автора есть некоторые расчеты, которые показывают, что их «плотность» во времени будет только нарастать.

Можно ли предотвратить катастрофы с крупными сооружениями? Безусловно, можно. Необходимо срочно повысить прочность конструкции всех без исключения крупных уникальных сооружений, созданных по индивидуальным проектам. Причем, упрочнить примерно в 2 раза, в противном случае потери от разрушений многократно превзойдут затраты на такие превентивные меры. Параллельно необходимо создать исследовательскую группу при любой государственной структуре или крупном инженерном центре (вне влияния на нее чиновников от науки) с самыми широкими возможностями проводить эксперименты, направленные на выявления особенностей масштабного эффекта. Автор готов бесплатно руководить этими исследованиями, если комиссии будут приданы необходимая испытательная база, специалисты и средства для проведения исследований. Работа этой комиссии должна закончиться только после того, как будет точно установлен характер масштабного эффекта в диапазоне размеров всех используемых в настоящее время конструкциях, после того, как будет исследовано влияние многократного охлаждения конструкций во влажное среде из плюсовой области в минусовую, после того, как будет исследовано воздействие вибрации в разном частотном спектре на характер роста кластеров внутри вещества и выявлены все опасные резонансные соотношения.

Сразу можно представить, что работа этой комиссии будет стоить недешево, очень недешево… Возможно она будет стоить половину стоимость Басманного рынка, или четверть стоимости Транвааль-парка…

Если это не будет сделано, то, увы, в следующих годах мы можем еще не раз узнать из новостей об очередной беде, о погибших людях и о беспричинном саморазрушении наиболее уникальных сооружений и конструкций. Тем, кто поверил автору, можно посоветовать только одно – обходить стороной любые крупные нестандартные объекты, остерегаться новых «самых крупных в мире» конструкций любого профиля. Особенно зимой, когда температура переходит из плюсовой области в минусовую, и тех уникальных сооружений, в которых играет громкая музыка или работают мощные установки (например, холодильные), создающие вибрацию. Совет, безусловно, почти бесполезный, но что еще можно предложить обществу, которое не желает ответственно исследовать причины таинственных саморазрушений?

С.И.Сухонос, к.т.н., директор «Центра новых технологий» (Москва), тел. (495) 363-35-88