Gaszenie high-tech

W obliczu rosnącej liczby wielkopowierzchniowych pożarów lasów na świecie tradycyjne metody gaśnicze coraz częściej wspierają nowoczesne technologie – od samolotów-cystern po drony i roboty.

Przełom zimy i wiosny budzi nowe życie, ale jednocześnie potężną siłę niszczenia. Przesuszona ściółka i czynnik ludzki to niebezpieczna kombinacja prowadząca do powstawania pożarów.

Pożary lasów stają się jednym z najbardziej dotkliwych skutków zmian klimatycznych. Wystarczy spojrzeć na dane z 2023 roku – na globie ziemskim spłonęło wówczas około 3.9 miliona km2 terenów zielonych. 

Inwazja megapożarów
Szczególnie tragiczny rekord odnotowała wtedy Kanada, gdzie od czerwca do września pożary zniszczyły około 15 mln ha terenów zielonych – powierzchnię większą niż zajmuje Grecja. W samej prowincji Quebec uległo spaleniu 4,3 mln ha lasu, w tym 1,1 mln ha lasów produkcyjnych  (82-krotność średniej z poprzednich 10  lat) z zapasem szacowanym na 31 mln m³ drewna.
Trzeba tu zaznaczyć, że szacunki te dotyczyły wyłącznie starszych drzewostanów (>70 lat) oraz tych zlokalizowanych na terenach o małym nachyleniu (do 40 proc. czyli około 22 stopni). Oznacza to, że w ciągu zaledwie czterech miesięcy zniszczeniu mogło ulec tyle drewna, ile rocznie pozyskuje się w Polsce.

A przecież lasy to nie tylko drewno, ale też miejsce bytowania całej rzeszy stworzeń, na człowieku kończąc. Wpływ tej klęski żywiołowej na człowieka nie ograniczył się tylko do populacji lokalnych, choć to je najbardziej doświadczył. Smugi dymu z północy prowincji pogorszyły znacząco jakość powietrza nie tylko w Stanach Zjednoczonych, ale również tysiące kilometrów dalej – w Europie Zachodniej.

Niestety, to nie są i nie będą odosobnione przypadki. Kolejne europejskie rekordy w zeszłym roku (przekroczony milion ha), szczególnie dotkliwe dla Portugalii i Hiszpanii, potwierdzają tylko katastrofalny trend. 

Zmianie ulega również wielkość pojedynczych zdarzeń pożarowych. Coraz powszechniej tworzą się tzw. megapożary o zasięgu powyżej 10 000 ha, których tradycyjne środki gaśnicze często nie są w stanie opanować.

Niebezpieczeństwo to także nie ominie Polski, chociaż szybkie wykrywanie, błyskawiczna reakcja i znakomita infrastruktura naziemna czynią nasz system ochrony przeciwpożarowej jednym z najlepszych w Europie.

Według danych Urzędu Publikacyjnego Unii Europejskiej obejmujących lata 2013–2022, średnia powierzchnia pożaru w Polsce wyniosła zaledwie 0,46 ha – wobec średniej europejskiej na poziomie 7,28 ha (5,79 ha bez Hiszpanii i Portugalii) – i to pomimo ponad trzykrotnie większej liczby zdarzeń.

Tradycyjny oręż do walki z ogniem
Arsenał do walki z żywiołem w lesie obejmuje zarówno jednostki naziemne, jak i wsparcie lotnicze. W Polsce podstawą są środki naziemne złożone najczęściej ze specjalistycznych pojazdów ratunkowo-gaśniczych Straży Pożarnej i samochodów z modułami gaśniczymi, których rodzaj dostosowywany jest do charakteru i skali zagrożenia. Przenośne pompy „pływające” pobierają wodę bezpośrednio z jezior, rzek lub innych zbiorników wodnych, dzięki czemu strażacy mogą prowadzić akcję gaśniczą nawet w miejscach oddalonych od infrastruktury wodociągowej. 

Siły powietrzne są wykorzystywane tam, gdzie niezbędna jest szybka i skondensowana akcja, zwłaszcza na obszarach niedostępnych dla jednostek naziemnych, np. z powodu braku instrastruktury.
Wśród nich wyróżniają się samoloty gaśnicze, zwane również samolotami-cysternami. Do najbardziej znanych na świecie konstrukcji tego typu należą kanadyjskie amfibie Canadair CL-215 i CL-415, stanowiące od dziesięcioleci kluczową część flot powietrznych straży pożarnych w Europie i Ameryce Północnej. 

Ich największymi zaletami są niezwykła zwrotność i możliwość pobierania wody bezpośrednio z naturalnych zbiorników wodnych podczas ślizgu po tafli wody. Model CL-415 przy prędkości 130 km/h w 12 sekund napełnia swoje zbiorniki około 6 100 litrami wody, po czym wraca na miejsce pożaru i dokonuje precyzyjnego 3-sekundowego zrzutu środka gaśniczego. Siła tego zrzutu jest na tyle ogromna, że może powodować wykorzenianie się drzew. Schedę po dwóch nieprodukowanych już kultowych modelach stanowi DHC-515. Zgodnie z zapowiedziami producenta, od 2028 roku model ten będzie transportować w rejon pożaru do 7000 litrów substancji gaśniczych, w tym 6137 litrów wody i 680 litrów środka pianotwórczego. 

Historia zna jednak znacznie potężniejsze konstrukcje, jak Boeing 747 Supertanker. Ten podniebny gigant jednorazowo zrzucał aż 74 000 litrów środków gaśniczych. Ostatecznie przeszedł na emeryturę – głównie przez trudną sytuację finansową producenta oraz wymogi techniczne, które spełniało tylko niewiele lotnisk.

Obecnie używane olbrzymy – rosyjski Ilyushin Il-76P i amerykański DC-10 Air Tanker, dostarczają od 45 do 50 tysięcy litrów środków gaśniczych. 
Z kolei śmigłowce stosowane są do punktowych zrzutów środków gaśniczych. Ich największą zaletą jest zdolność do startu i lądowania w terenie przygodnym, co pozwala na szybkie dostarczenie sprzętu i zasobów ludzkich w trudno dostępne obszary leśne. Pełnią one również funkcję dogaszania pożaru po wysiłku samolotów-cystern. 

W działaniach gaśniczych wykorzystuje się kilka typów śmigłowców. Lekkie śmigłowce (np. francusko-niemiecki Airbus H125) używane są głównie do transportu niewielkich zespołów strażaków oraz do prowadzenia obserwacji z powietrza. Często są również wyposażone w specjalny zbiornik podwieszany pod kadłubem, tzw. Bambi Bucket, który napełniany w 20 sekund umożliwia punktowy zrzut od 400 do 1000 litrów wody. Największe maszyny tego typu, jak amerykański Boeing CH-47 Chinook czy rosyjski Mil Mi-26, to pierwotnie konstrukcje wojskowe. Oprócz transportu całych strażackich zespołów wraz z ekwipunkiem, mogą dostarczyć do 15 000 litrów środków gaśniczych, stanowiąc potężne narzędzie w walce z  pożarami.

Nowością dostosowaną do gaszenia pożarów są produkowane w Polsce (PZL Mielec) śmigłowce Sikorsky S-70 FireHawk o pojemności zbiornika około 3 800 litrów i możliwości pracy w nocy. Aktualnie sprawdza się także ich potencjał do wykonywania w pełni autonomicznych misji.
Połączenie różnych typów maszyn – samolotów, śmigłowców oraz pojazdów naziemnych – tworzy kompleksowy system walki z pożarami lasów. Każdy z aplikowanych środków pełni określoną funkcję: samoloty i śmigłowce umożliwiają szybkie skoncentrowane działanie z powietrza na wielkopowierzchniowe pożary, natomiast jednostki naziemne prowadzą bezpośrednie działania gaśnicze na mniejszych powierzchniach i zabezpieczają teren po opanowaniu ognia. Takie zestawy trzeba jednak wciąż dostosowywać do zmieniających się potrzeb związanych ze skutecznym gaszeniem ognia tu i teraz. 

W Polsce, w powszechnym zastosowaniu jest krajowa konstrukcja PZL M18 Dromader z jednorazowym ładunkiem do 2 500 litrów. Samoloty-cysterny są niezbędnym rozwiązaniem w sytuacjach, gdy ze względu na znaczny obszar pożaru potrzebna jest ciągła linia zrzutu wody, ale także do równomiernego rozprzestrzeniania tzw. retardantów pożaru lub środków zwilżających.

Nowi pogromcy pożarów
Zacznijmy klasycznie – od dronów. Mogą one stanowić realną pomoc w przeciwdziałaniu rozprzestrzeniania się ognia na kilku płaszczyznach. Po pierwsze, wyposażone w zbiorniki wody, substytuują pracę śmigłowców w precyzyjnych zrzutach środków gaśniczych. Ma to tym większe znaczenie, że w przeciwieństwie do większości śmigłowców mogą one pracować w nocy i w gorszych warunkach atmosferycznych, co pozwala na ciągłą akcję gaśniczą przez całą dobę. Wprawdzie nocne ochłodzenie zwykle opóźniało progres pożaru i przerwy w pracy śmigłowców nie były aż tak decydujące.

Jednak postępujące zmiany klimatyczne zrewidowały tę prawidłowość wymuszając ciągłą akcję gaśniczą. Po drugie – i co równie ważne – drony umożliwiają zbieranie informacji o pożarze lasu w czasie rzeczywistym. Stałe mapowanie jego przebiegu z niskiego pułapu lotu dronem zamiast tradycyjnej komunikacji radiowej służb ratowniczych, pozwala na dokładniejsze zaplanowanie akcji gaśniczej, dobór optymalnych środków, ale przede wszystkich lepszą ochronę życia człowieka. 
Jednym z przykładów takich urządzeń jest dron Thunder Wasp produkowany przez szwedzką ACC Innovation, a zautomatyzowany przez kanadyjski FireSwarm Solutions. 

Urządzenie o wymiarach od 5,5 do 7,5 metrów, wyposażone jest w zbiornik na wodę o pojemności do 400 litrów i wydajny silnik pozwalający na pracę w powietrzu bez narażania życia pilotów.
Kluczową zaletą dronów FireSwarm jest ich zdolność do współpracy w tzw. „roju”.

Mowa tu o flocie od 3 do 5 maszyn, które działają naprzemiennie, pobierając wodę ze zbiorników i gasząc nią postępują¬cy pożar. Zastosowane algorytmy umożliwiają stałą komunikację między dronami, warunkując unikanie kolizji oraz przesyłanie informacji uzyskanych z czujników jednej maszyny kolejnym, co umożliwia dalszą optymalizację misji.  

Bardzo możliwe, że w niedalekiej przyszłości jeden pilot będzie mógł sterować jednocześnie całym rojem dronów. Jego zadaniem będzie nadzorowanie urządzeń w celu potwierdzenia, że rzeczywiście wykonują zadania, do których zostały zaprogramowane. Choć system nie jest jeszcze dostępny komercyjnie, pomyślnie przeszedł już testy podczas niewielkich pożarów w Szwecji. Kolejnym kluczowym krokiem mają być zaplanowane na najbliższe dni próby w Kolumbii Brytyjskiej, które przyspieszą wprowadzenie technologii na rynek.

Producenci zapowiadają, że jedna taka maszyna ma kosztować 1,4 mln USD (5,25 mln PLN), czyli 3-dronowa flota będzie w cenie lekkiego śmigłowca.

Roboty
Mamy również cały arsenał komercyjnych już robotów do gaszenia pożarów. Na pierwszy ogień idzie słynny francuski Colossus (Shark Robotics), który w 2019 roku pomógł uratować katedrę Notre Dame, a od końca 2023 roku kilka jego sztuk zasila szeregi Państwowej Straży Pożarnej w Polsce. Ten ważący pół tony elektryczny robot to wielozadaniowa platforma: oprócz gaszenia płomieni, neutralizuje toksyczne gazy, monitoruje rozwój ognia w czasie rzeczywistym i ewakuuje poszkodowanych z najbardziej niebezpiecznych stref. 

Operator może nim sterować z bezpiecznej odległości jednego kilometra, a zamontowane działo wodno-pianowe wyrzuca aż 3000 litrów wody na minutę. Dzięki napędowi gąsienicowemu Colossus może poruszać się po trudnym terenie, pokonując spadki o nachyleniu do 40 stopni. 

Na rynku dostępne są także bardzo wydajne roboty o kompaktowej budowie, zaprojektowane tak, by swobodnie mieścić się w świetle drzwi. Przykładem może tu być amerykański (Howe & Howe Technologies), którego niewielkich rozmiarów działo może tłoczyć nawet 9 500 litrów wody na minutę. Z kolei Fire Ox (Lockheed Martin) to jednostka wyposażona we własny zbiornik na wodę o pojemności około 950 litrów.
Dzięki zaawansowanej optyce – systemom LiDAR, kamerom termowizyjnym i podczerwieni – roboty gaśnicze z chirurgiczną precyzją mapują teren i wykrywają zarzewia ognia. Choć pojedynczy robot nie ugasi wielkiego pożaru lasu, jest nieoceniony przy ewakuacji czy też dogaszaniu pogorzelisk.

Tak jak w przypadku dronów, przełom przynosi jednak współpraca wielu maszyn. Badania australijskiego Griffith University wraz z przedsiębiorstwem inżynieryjnym Cyborg Dynamics Engineering z początku tego roku wykazały, że hybrydowy rój pięciu autonomicznych maszyn (jeden fizyczny pojazd i cztery jego cyfrowe bliźniaki) osiąga zdumiewającą, niemal stuprocentową skuteczność (99,67%) w samodzielnym wykrywaniu i tłumieniu ognia.

Oczywiście, wdrożenie opisanych robotów w terenie leśnym utrudnia deficyt infrastruktury wodnej oraz bariery komunikacyjne na linii operator–maszyna. Z kolei drony, podobnie jak inne urządzenia bezzałogowe wykorzystywane w leśnictwie, ograniczane są przez krótką autonomię lotu oraz bardzo restrykcyjne regulacje prawne. Mimo wysokich kosztów inwestycyjnych, rozwój tych systemów pozostaje nieunikniony – ich nadrzędnym celem jest bowiem minimalizacja ryzyka dla personelu i zastąpienie ludzi na linii frontu.

Najlepsza gaśnica to ta, której nie trzeba używać
Choć nowoczesna technologia robi ogromne wrażenie, wiara w jej wszechmoc bywa złudna. Nawet najbogatsze państwa dysponują ograniczonymi zasobami sprzętowymi, które w obliczu narastającego kryzysu klimatycznego stają się niewystarczające. Globalne ocieplenie nie tylko zwiększa częstotliwość pożarów, ale też drastycznie zwiększa ich intensywność. Co więcej, w Polsce ponad 90 proc. pożarów to wynik bezpośredniej bądź pośredniej działalności człowieka, w tym nieostrożności podczas procesu pozyskania drewna. 

To pokazuje, że nawet najdoskonalsze maszyny są jedynie linią obrony, a nie rozwiązaniem problemu. Ostatecznie to nie samoloty, drony i roboty, lecz prewencja i systemy wczesnej detekcji pozostają tymi najskuteczniejszymi narzędziami. Jak technologia pomaga wykryć pierwsze iskry, zanim zamienią się w piekło? O tym w następnym miesiącu.
dr inż. Marta Trzcianowska Instytut Inżynierii Mechanicznej SGGW w Warszawie