(相關資料圖)

近幾天，全世界不少人密切關注著探訪“泰坦尼克”號沉船的“泰坦”號深海潛水器失聯事件。美國海岸警衛隊22日證實，失蹤的泰坦潛水器在水下解體，5名乘客全部遇難。美國海軍少將約翰·莫格表示，在“泰坦尼克”號殘骸附近發現的“泰坦”號的部分殘骸，與“船只災難性內爆”相符。

“泰坦”號悲劇背后有許多問題值得探討與思索。比如，如何理解“災難性內爆”?一艘潛水艇應該具備哪些安全功能?

什么是“災難性內爆”?

澳大利亞阿德萊德大學機電工程學院副教授埃里克·弗西爾23日發表在《對話》雜志上的文章稱，大多數在深海作業的潛水器和潛艇都有一個由高屈服強度的單一金屬材料制成的壓力容器。對于下潛相對較淺的深度(大約小于300米)的潛水器，其壓力容器材料通常是鋼;對于較深的深度，則用鈦。

鈦或厚鋼的壓力容器通常是球形的，可承受在3800米的深度(“泰坦尼克”號殘骸所在的深度)可能出現的破碎壓力。然而“泰坦”號卻不同。弗西爾表示，它的壓力容器是由鈦和復合碳纖維組合制成的。從結構工程的角度來看，這有點“不尋常”，因為在深潛的情況下，鈦和碳纖維是具有巨大不同特性的材料。

鈦是有彈性的，可適應更大范圍的壓力，在恢復到大氣壓力后不會留下任何可測量的永久應變(或稱“塑性應變”)。它會收縮以適應壓力，并在壓力減輕時重新膨脹。而碳纖維復合材料要硬得多，與鈦的彈性不一樣。

弗西爾指出，幾乎可以肯定的是，由于這些材料之間的差異，完整性會受到某種程度的損失。復合材料有可能出現“分層”，導致增強層的分離。這將產生一個缺陷，即由于水下壓力而引發瞬間內爆。在不到一秒鐘的時間里，這艘潛水艇會被3800米水柱的重量壓倒，它將立即塌陷。

弗西爾還表示，內爆本身會在不到20毫秒的時間內殺死所有人，人腦甚至無法以這種速度處理信息。盡管結局是毀滅性的，但這或許在某種程度上讓“泰坦”號的乘客們免受可怕而漫長的折磨。

深潛器安全性值得研究

“泰坦”號的考察活動由美國海洋之門勘探公司組織。早在2018年，海洋之門的員工就對潛水器的安全表示了擔憂。同年，30多名行業專家、海洋學家和探險家發表致海洋之門的公開信，他們對海洋之門無視標準認證流程表示擔憂，并警告“實驗性”方法可能會導致負面結果。

不過，由于“泰坦”號在國際水域作業，它在技術上不受任何一個國家的法規管理。

那么，潛水器應具備哪些安全功能?弗西爾介紹稱，首先是“適航性”，即是否適合使用，是否可安全操作，以及是否符合環境保護的要求。

其次是耐壓性。潛水器和潛艇的形狀一般是球體或圓柱體，這種情況在幾何上更能抵抗破碎的壓力。“泰坦”號必須在4000米深度的海水中承受370巴的壓力。船體的任何缺陷都可能導致瞬間內爆。

那么，低于什么閾值，“非圓形”的幾何形狀才有缺陷?弗西爾表示，在幾百米深處使用水下船只的行業通常會使用鋼制船體，這種船體的不圓度閾值通常低于船只直徑的0.5%。

這個標準對于4000米深的泰坦號的壓力船體是否足夠安全?“泰坦”號是由碳纖維-鈦復合材料制成的。與只用金屬材料相比，設計和結構評估這些材料非常復雜。這就是為什么海洋之門為“泰坦”號配備了“實時船體健康監測系統”。

潛水器還需要有足夠的氧氣儲備、可靠的主電源和備用系統，以及在斷電的情況下有備用動力源(例如液壓)，這將有助于釋放安全繩并升回水面。

還有一點是潛水器需要具備安全系統。GPS、便攜式衛星電話和自動識別系統都不能在水下使用，為此一些潛艇配備了遇險信標，相當于緊急無線電示位信標。

為什么億萬富翁愛冒險?

“泰坦”號潛水器的悲劇也使人們意識到世界上最富有的群體之間日益增長的極限旅游趨勢。“泰坦”號潛水器內部令人震驚，它沒有椅子，以密封袋為廁所，卻需要5名乘客每人支付25萬美元購買船票。

心理學家斯科特·萊昂斯博士解釋說，新技術使富人有條件追求越來越危險的刺激，如太空旅行、深海探索和極限運動。尋求刺激的行為產生于大腦杏仁核區域，會引發多巴胺、腎上腺素和血清素等的釋放，能緩解疼痛、產生對無聊或麻木的暫時逃避感和權力感，這會讓人上癮。然而，這種興奮是短暫的，只持續約60至90秒。

關鍵詞： 材料科學 深海潛水器 安全功能 鋼制船體