Некоторые аспекты проблемы столкновений воздушных судов с птицами

Статья поступила в редакцию 18.09.2019 г.

УДК 598.2:59.018

 Силаева О.Л.

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН (ИПЭЭ РАН)

Москва 119071, Ленинский пр.33.

E-mail: Silaeva.o@gmail.com

// Башкирский орнитологический вестник. 2019. № 31. С. 22-34.

Введение

     Столкновения авиационной техники с птицами наносят миллионные ущербы авиакомпаниям по всему миру. Появления птиц на аэродромах могут вызывать тяжёлые последствия, связанные не только с ремонтом и потерей дорогостоящего оборудования (рис.1), но и с гибелью людей.

Рис. 1. Последствия столкновения самолёта с обыкновенной пустельгой

         В настоящее время в связи с увеличением числа воздушных перевозок и возрастанием скоростей полётов в мире и в нашей стране, соответственно, возрастает и число столкновений самолётов с птицами (ССП). На каждые 2000 полётов авиации приходится по одному инциденту (International Civil…, 2017).

         В США в последние годы отмечено значительное увеличение числа ССП: в 1990 было всего 1851 случаев, а в 2015 уже 13795. (Wildlife strikes…, 2016). В гражданской авиации стран Европы с 1980 по 2003 год произошло около 40640 ССП (Dekker, Van Gasteren, Shamoun-Baranes, 2003), а в европейской военной авиации –  43145 инцидентов (Dekker, Van Gasteren, 2005).

По данным Росавиации с 2004 по 2016 годы произошло 722 столкновения воздушных судов (ВС) с животными, при этом 17 – с млекопитающими, а остальные 705 – с птицами; среди этих случаев два серьёзных инцидента (Федеральное агентство…, 2019). Следует отметить, что регистрируются только случаи столкновений, приведшие к повреждениям самолёта. Обычно это происходит при столкновениях с птицами, относящимися по массе к категориям от В до Д[1]. Наиболее опасны столкновения с птицами, масса которых относится к категориям B, С и D, но, к счастью, инциденты с птицами высокой массы происходят редко. И такие инциденты всегда попадают в статистику столкновений, если таковая вообще ведется. Расследованию способствует то, что крупные птицы причиняют больший ущерб и оставляют более крупные остатки.

      В компании ПАО «Аэрофлот» в последние годы отмечена тенденция к увеличению числа столкновений ВС с птицами, и это связано не только с объективным возрастанием количества ССП, но и с фактом увеличения числа зарегистрированных инцидентов. Уже в течение пяти лет компания ПАО «Аэрофлот» сотрудничает с ИПЭЭ РАН, специалисты которого проводят исследования по определению вида при столкновениях с птицами ВС этой компании.

Столкновения птиц с воздушным судном как проявление биоповреждающей деятельности животных.

      Биоповреждения как результат жизнедеятельности птиц, возникают в результате столкновения жизненных интересов человека и животных. Основной задачей авиационной орнитологии как научно-технического направления является регулирование сложных отношений между человеком и представителями живой природы.

      Традиционные маршруты, по которым птицы мигрируют уже в течение многих лет, вдруг становятся летными коридорами для самолетов. Это значит, что при планировании аэродромов необходимо учитывать миграционные пути пернатых. Подавляющее большинство столкновений, около 70 – 80% происходит на высотах до 100 метров, то есть на этапах взлёта (разбег, отрыв от земли, набор высоты) и посадки (касание и пробег). На высотах от 100 до 500 метров зарегистрировано около 35% столкновений. Именно на этих высотах располагаются коридоры сезонных миграций птиц, а также проходят суточные миграции, и на этих же высотах воздушные суда заходят на посадку и выполняют взлёт в зонах аэродромов.

      Любой аэропорт является стихийным заповедником для животных. Мало посещаемые людьми территории привлекают птиц и других животных. Более тёплая по сравнению с окружающей средой и освещённая взлётно-посадочная полоса предоставляет особенно хорошие возможности для кормёжки беспозвоночными, и кроме того, отличный обзор, позволяющий не стать жертвой других животных. В условиях аэропорта можно найти места для гнездования и отдыха, что привлекает как оседлых, так и пролётных птиц.

     Особую опасность для авиации представляют мигрирующие птицы. Во-первых, потому что они не знакомы с ситуацией в аэропортах, где останавливаются на отдых и кормежку, а во-вторых, по причине своей многочисленности. Местные особи всегда осторожнее; они реже сталкиваются с ВС, так как имеют представление об опасности, которая исходит от взлетающего или приземляющегося самолёта. Местные популяции занимают часть экологической ёмкости угодий и препятствуют, таким образом, вселению новичков. И если всё-таки последние появляются, то аборигены изгоняют их или становятся примером для неадаптированных особей.

     Численность птиц на территории аэродрома и вблизи него значительно возрастает в сезон размножения; в это время меняется и качественный состав популяции появляются молодые неопытные особи, которые не представляют, какую опасность таят в себе приближающиеся воздушные судна и как надо на них реагировать. Стаи молодых необученных птиц часто не успевают избежать столкновения.

     Обычно рядом с аэропортами располагаются и другие привлекательные для птиц объекты – водные угодья, сельскохозяйственные поля с зерновыми культурами, элеваторы, свинарники, зверофермы, рыбозаводы, мясокомбинаты и т.д. Очень опасны свалки твердых бытовых отходов, на которых могут кормиться тысячные стаи чаек и врановых. Днём птицы кормятся на свалках, а вечером летят на ночлег, и если маршруты суточных перемещений птиц пересекают взлётно-посадочную полосу, то возникает прямая угроза столкновений. На территории самого аэропорта птицы, да и другие животные кормятся отходами бортовых кухонь, баров и ресторанов аэропорта, если эти отходы оказываются легко доступными.

Управление поведением птиц подразумевает отвлечение наиболее опасных для авиации видов от аэродрома, принуждение их искать другие места для пребывания, но не элиминацию особей. Мы должны учитывать и интересы птиц, хотя, конечно же, нельзя класть на одну чашу весов жизни животных и жизни людей. Однако при прочих равных условиях необходимо понимать, что некоторые проблемные для авиации виды являются редкими или уязвимыми, представляют эколого-экономическую ценность и могут стать невосполнимыми. Численность многих видов быстро сокращается в результате деятельности человека. Большинство видов птиц и других животных как звенья в цепи составляют биологическое разнообразие нашей орнитофауны и представляют ценные ресурсы. Вне ситуации аэродрома такие виды становятся полезными.

    На территории России сейчас почти каждый десятый вид занесён в «Красную книгу». Среди птиц, которые могут встречаться в аэропортах, есть редкие виды с разным природоохранным статусом, включённые в Красную книгу РФ и в Красную книгу международного Союза охраны природы. И такие виды – наше национальное достояние.

Создание баз данных

по столкновениям воздушных судов с птицами.

       В современную стратегию минимизации столкновений с птицами и другими животными входит обязательное определение видовой принадлежности животного, виновного в столкновении.

   Необходимо понять, какие виды птиц, в какое время и в каком месте наиболее опасны. Для обеспечения безопасности полётов авиации приходится учитывать особенности поведения вида. Среди птиц, появляющихся на аэродромах, не все представляют одинаковую опасность для ВС. Для выявления наиболее опасных нужна идентификация птицы, то есть определение её видовой, популяционной и возможно возрастной принадлежности. Эти данные можно получить, если проводить расследования всех случаев столкновений птиц с ВС с полной идентификацией вида, и делать это необходимо независимо от последствий инцидента. Расследования случаев столкновений проводятся службами аэропорта, но регистрируются часто только как столкновение с птицей без установления вида – в отчётах по ССП число инцидентов многократно превышает число случаев с определением вида. Обычно только в 3–5% случаев регистрируется вид -участник ССП.

   Сведения с идентификацией вида должны войти в обязательную для каждого аэропорта базу данных. Эти сведения помогут выяснить орнитологическую обстановку в аэропорту и по пути следования ВС, параметры риска и условия, с которыми может быть связано наибольшее число столкновений, а значит принять адекватные меры по контролю поведения животных, включая разработку средств управления их поведением в данном аэропорту. Кроме информации по виду, в базу данных включаются сведения о величине популяции вида, стайности, миграционной активности, способности избежать столкновения, характере и времени пребывания (сезон, время суток) и т.п.

    Сейчас у нас в стране прилагаются значительные усилия по формированию национальной информационной системы по потенциально опасным для полётов авиации видам птиц и созданию соответствующей страницы в Интернете. В этой области необходимо более тесное сотрудничество биологов и авиаторов.

Исследования морфологии пера за рубежом

      В США, странах Европы и Израиле уже в течение десятилетий действуют хорошо налаженные информационные системы, оперирующие базами данных по перьевой макро- и микроструктуре. В США все останки биологического происхождения после ССП направляются на идентификацию по единому адресу Смитсоновского института в Вашингтоне, поскольку исследования являются частью государственной программы США по проведению идентификации вида-участника столкновения с самолётами, принадлежащими национальным авиакомпаниям, во всех, то есть в 100% случаев инцидентов, даже не приведших к повреждениям.

     В специализированной лаборатории Смитсоновского института ежегодно проводится несколько тысяч экспертиз по идентификации вида по целому перу или его фрагментам в соответствие с соглашениями Института с ВВС США, ВМС США и Федеральным управлением гражданской авиации (Laybourne, Dove, 1994; Dove, 2002; Smithsonian Institution, Feather Identification Lab).

    Основу для практического направления диагностики таксона составили фундаментальные классические работы Нитцша (Nitzsch, 1840); Чандлера (Chandler, 1916); Лукаса и Стеттенхайма (Lucas, Stettenheim, 1972). Эти работы положили начало разработке методик изучения перьевого материала для выявления микроструктурных отличий, имеющих таксономическое значение. Они же определили место птилологии как научного направления наряду с остеологией и морфологией.

    Перьевые останки стали исследовать в светооптическом, а затем и в сканирующем микроскопе. Р. К. Лейборн из Смитсоновского института впервые начала определять мелкие остатки птиц после столкновения с ВС с помощью микроструктурного метода (Laybourne, 1974). С конца 80-ых начала 90-ых годов в США, Нидерландах и Израиле стали разрабатывать макро- и микроструктурные мультимедийные определители птиц по перьевым останкам под эгидой Экспертного центра по таксономической идентификации (Expert Center for Taxonomic Identification, ETI) и Европейского центра по идентификации останков птиц (Bird remains identification system, BRIS) (Prast, Shamoun, Bierhuizen, 1996). Данные BRIS стали активно использовать в интересах авиационной орнитологии.

   В дальнейшем активизировался поиск видоспецифических микроструктурных различий одиночного пера, что потребовало гигантских усилий и кропотливой работы изучения перьевых структур с помощью микроскопирования (Brom, 1991), которая была подхвачена и российскими учёными.

Исследования морфологии пера в России

     Методика идентификации вида после столкновения с ВС коренным образом отличается от определения того же вида в природе, что требует специальных навыков орнитологов-экспертов.

    Суть в том, что микроструктурные компоненты пера имеют более или менее постоянные характеристики, соответствующие таксону. В первую очередь это – элементы пухового луча: узлы и междоузлия, а также длина самого луча. Узлы могут быть хорошо развитыми или редуцированными, они имеют разную форму – круглую, треугольную, клювообразную, отличаются также по количеству и форме зубцов.

   В 60–70-х годах прошлого века исследования микроструктуры одиночного пера начали проводить учёные Российской академической и отраслевой науки (Бокариус, 1961; Бордонос, Булыга, 1968; Ильичёв, 1962; 1963). Однако вскоре академическая наука сосредоточилась на других не менее важных проблемах орнитологии.

Рис. 2. Систематизированные по птерилиям перья.

     Идентификация таксона птицы после столкновения с воздушным судном в России была инициирована в 90-е годы прошлого столетия (Ilyichev, Nechval, Biryukov, 1990). К тому времени лишь в некоторых аэропортах проводили определение вида после столкновения с использованием стандартных полевых определителей (макроструктурный метод), когда птица определяется по маховым и рулевым перьям, а также по наиболее характерным группам покровных перьев. Вид идентифицируют, сопоставляя оперение живой особи, тушки или фрагментов перьев с коллекционным и/или иллюстративным материалом видовых определителей. Но в авиационной орнитологии приходится работать также и с мелкими фрагментами пера.

    В начале 2000-х годов (Чернова, Ильяшенко, Перфилова, 2006), а также позднее в связи с работой по идентификации таксона птиц после столкновения с ВС в ИПЭЭ РАН начали активно развиваться исследования в этой области (Силаева, 2008; Силаева, Ильичёв, Чернова, 2012; Силаева, Чернова, Вараксин, 2015; Силаева, Чернова, Букреев, 2018).

 Рис.3. Дополнительные пуховые образования.

Модифицированные лучи с удлинёнными опахальцами (А 3); дополнительное перо (А, Б 1); пупочный пух (В 2).

     Российские учёные проводили также работы по макро-морфологии пера, анализировали морфометрические данные первостепенных маховых перьев Врановых видов птиц в поисках характерных для таксонов биометрических данных (Шарафутдинова, Валуев, 2009).

  Лаборатория экологии и управления поведением птиц является единственной в России, где проводятся идентификационные исследования, как по макро- так и по микроструктуре отдельного пера. В сотрудничестве со специалистами Кабинета молекулярной диагностики (заведующий д.б.н. М. В. Холодова) в ИПЭЭ РАН проводится также идентификация вида птицы после столкновения с ВС с использованием метода ДНК. Идентификация перьевого бионта требует комплексного подхода в зависимости от качества и количества собранного бионта. Оба метода часто используются параллельно и дополняют друг друга.

Рис. 4. Морфометрия элементов пухового луча покровного пера краснозобика

Условные обозначения: длина междоузлия, lмежд мкм; ширина междоузлия, wмежд мкм; длина узла, lузл мкм; ширина узла, wузл мкм.

 

    В рамках структурного метода, если позволяет бионт, применяются также и макроструктурные исследования. При этом используются коллекции, иллюстративный материал и классические полевые определители. В Лаборатории экологии и управления поведением птиц ИПЭЭ РАН (ЛЭУПП) собрана коллекция перьев, систематизированная по птерилиям (рис. 2). В коллекцию включены также отдельные покровные перья и перьевые фрагментов, собранные после ССП. Наш интерес к покровным перьям обусловлен спецификой работы ЛЭУПП, то есть необходимостью диагностики по одиночным перьям и их фрагментам.

    В ЛЭУПП разработана система диагностических признаков, в которую входят как микроструктурные так и макроструктурные признаки, в частности, дополнительные пуховые образования, к которым относятся дополнительное перо, пупочный пух и модифицированные лучи (Силаева, в печати) (рис. 3).

На основе количественных микроскопических признаков (рис. 4) в ЛЭУПП разрабатывается автоматический электронный идентификатор таксона птиц по микроструктуре пера.

 

Заключение

  Идентификация останков птиц позволяет формировать базы данных по видовому составу регионально опасных для авиации видов. Правильная диагностика вида повышает точность статистических данных и прогнозов по столкновениям ВС с птицами и способствует повышению безопасности полетов, позволяя принимать наиболее правильные меры по управлению поведением опасного для полётов авиации вида.

   Общероссийские районированные базы данных и информационные системы имеют и общебиологическое значение, позволяя уточнить распространение и встречаемость видов на территории России.

Изучение перьевых микроструктур формирует новое направление систематики и филогенетических исследований на основе использования данных по микро-архитектонике пера, что свидетельствует о фундаментальном значении этого направления. Особенности структур перьев имеют не только таксономическое значение, но показывают филогенетическое родство таксонов, а также индивидуальную, а возможно и популяционную изменчивость внутри таксономической группы, развивая таким образом новый метод неклассической систематики в птилологии.

Опыт работы ЛЭУПП по определению таксона птицы на основе микро-архитектоники одиночного пера свидетельствует о целесообразности использования микроструктурных элементов в рамках системы диагностических признаков для работ по идентификации останков птиц после столкновений с ВС.

   Работа по идентификации вида проводятся с использованием оборудования ЦКП “Инструментальные методы в экологии” при ИПЭЭ РАН (The study of identification is conducted using Joint Usage Center «Instrumental methods in ecology» at the IEE RAS).

Авторы выражают благодарность ведущему инженеру ИПЭЭ РАН Ю.А. Богдановой за помощь в оформлении рукописи.

 

Литература

 Бокариус К. И. Экспертиза птичьего пуха // Практика криминалистической экспертизы. Киев, 1961. Вып. 1.

  1. Бордонос Т. Г., Булыга Л. П. О некоторых особенностях строения перьев и пуха домашних животных // Криминалистическая и судебная экспертиза. Киев, 1968. Вып. 5.

  2. Ильичёв В. Д. Дополнительные опахала в птерилозисе уха птиц, их строение и функция // ДАН, 1962. Т. 144, № 5. С. 1185–1188.

  3. Ильичёв В. Д. Исследование тонкой структуры пера с помощью прибора ФМН‑2 // Зоол. журнал, 1963. Т. 42. № 10. С. 1584–1585.

  4. Силаева О.Л. Определение таксономической принадлежности птицы по одиночным перьям и их останкам // Успехи современной биологии. 2008. № C. 208-222.

  5. Силаева О.Л. Система диагностических признаков покровных перьев птиц отряда Ржанкообразных // Известия РАН, серия биологическая.

  6. Силаева О.Л., Ильичёв В.Д., Чернова О.Ф. Определитель птиц по перу и его фрагментам. Отряд Воробьинообразные (Passeriformes), Семейство Врановые (Corvidae). Саарбрюкен: LAP LAMBERT Academic Publishing. 2012. 316 с.

  7. Силаева О.Л., Ильичёв В.Д., Чернова О.Ф., Вараксин А.Н. Определитель птиц по перу и его фрагментам. Отряды: Курообразные (Galliformes), Голубеобразные (Columbiformes), Рябкообразные (Pterocletiformes). М.: ИПЭЭ. 2013. 120 с. + CD-ROM.

  8. Силаева О.Л., Чернова О.Ф, Вараксин А.Н. Определитель птиц по перу и его фрагментам. Отряд Гусеобразные (Anseriformes). М. 2015. 269 c. + CD-ROM.

  9. Силаева О.Л., Чернова О.Ф, Букреев С.А., Вараксин А.Н. Определитель птиц по перу и его фрагментам. Отряд Ржанкообразные (Сharadriiformes). М.: Товарищество научных изданий КМК, 2018. 385 с.

  10. Чернова О.Ф., Ильяшенко В.Ю., Перфилова Т.В. Архитектоника перьев и её диагностическое значение. М.: Наука, 2006. 98 с.

  11. Шарафутдинова Т. А., Валуев В. А. Идентификация Врановых птиц по первостепенным маховым перьям, оставшимся после попадания птицы в двигатель летательного аппарата // Вестник Оренбургского государственного университета. 2009. № 6 (100). С. 425–426.

  12. Brom T.G. The diagnostic and phylogenetic significance of feather structures. Published Ph. D. thesis, University of Amsterdam. 1991. 279 р.

  13. Dove C.J. The identification of bird strike remains // Flying Safety. 2002. № 9. V. 58. P. 5–8.

  14. Chandler A. C. A study of the structure of feathers with reference to their taxonomic significance // Univ. of Calif. Publ. 1916. V. 13. P. 243–446.

  15. Dekker A., Gasteren van H, Shamoun-Baranes J. Eurоbase, progress report and first impressions on bird species IBSC 26/WP-ID2 2003. Pp. 1-16.

  16. Dekker A, Gasteren van H.. Eurbase: military bird strike frequency in Europe // Proceedings of the Conference of the International Bird Strike Committee, 2005, V 27, pp. 1–

  17. Ilyichev V.D, Nechval N.A., Biryukov V.Y. A general statistical approach to identification of bird remains after collisions between aircraft and birds. BSCE 20, 1990. Pp. 169–178.

  18. Laybourne, R. Dove C. Feather identification method used by Smithsonian Museum, Washington. 22nd Meeting Bird Strike Committee Europe, Vienna, 1994. WP93. Pp. 529–534.

  19. Lucas A. M., Stettenheim P. R. Avian anatomy. Washington: US Dept. Agricult., 1972. Parts 1, 2. 750 p

  20. Nitzsch Ch. L. System der Pterylographie. Halle: Eduard Anton, 1840. 226 S.

  21. Prast W., Shamoun J., Bierhuizen B. et al. BRIS: A computer based bird remains identification system. Further developments // Birds of Europe. CD‑ROM, Amsterdam: ETI, 1996.

  22. Wildlife strikes to civil aircraft in the United States 1990-2015 // Federal aviation administration National Wildlife Strike Database. Serial Report № 22, November 102p.

Ресурсы интернета

  1. Федеральное агентство воздушного транспорта. Официальный сайт. – Безопасность полётов. Столкновения с птицами и другими животными. [Электронный ресурс]. https://www.favt.ru/dejatelnost-bezopasnost-poletov-stolknoveniya-ptici-stat/. Дата обращения 22.07.2019

  2. International Civil Aviation Organization Electronic Bulletin. // EB 2017/25. 12 May [Электронный ресурс]. https://www.icao.int/safety/IBIS/2008%20-%202015%20Wildlife%20Strike%20Analyses%20(IBIS)%20-%20EN.pdf. Датаобращения 22.07.2019.

  3. Smithsonian Institution, Feather Identification Lab [Электронный ресурс]. https://www.faa.gov/airports/airport_safety/wildlife/smithsonian/ Дата обращения 22.07.2019.

[1] Весовые категории птиц приняты по рекомендациям ИКАО (ICAO): А – масса птицы менее 110 г; B – от 110 до 1810 г; C – от 1810 до 3630 г; D – более 3600 г.