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近幾天，全世界不少人密切關(guān)注著探訪“泰坦尼克”號(hào)沉船的“泰坦”號(hào)深海潛水器失聯(lián)事件。美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)22日證實(shí)，失蹤的泰坦?jié)撍髟谒陆怏w，5名乘客全部遇難。美國(guó)海軍少將約翰·莫格表示，在“泰坦尼克”號(hào)殘骸附近發(fā)現(xiàn)的“泰坦”號(hào)的部分殘骸，與“船只災(zāi)難性內(nèi)爆”相符。

“泰坦”號(hào)悲劇背后有許多問(wèn)題值得探討與思索。比如，如何理解“災(zāi)難性內(nèi)爆”?一艘潛水艇應(yīng)該具備哪些安全功能?

什么是“災(zāi)難性內(nèi)爆”?

澳大利亞阿德萊德大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授埃里克·弗西爾23日發(fā)表在《對(duì)話》雜志上的文章稱，大多數(shù)在深海作業(yè)的潛水器和潛艇都有一個(gè)由高屈服強(qiáng)度的單一金屬材料制成的壓力容器。對(duì)于下潛相對(duì)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(duì)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(hào)殘骸所在的深度)可能出現(xiàn)的破碎壓力。然而“泰坦”號(hào)卻不同。弗西爾表示，它的壓力容器是由鈦和復(fù)合碳纖維組合制成的。從結(jié)構(gòu)工程的角度來(lái)看，這有點(diǎn)“不尋常”，因?yàn)樵谏顫摰那闆r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(yīng)更大范圍的壓力，在恢復(fù)到大氣壓力后不會(huì)留下任何可測(cè)量的永久應(yīng)變(或稱“塑性應(yīng)變”)。它會(huì)收縮以適應(yīng)壓力，并在壓力減輕時(shí)重新膨脹。而碳纖維復(fù)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(huì)受到某種程度的損失。復(fù)合材料有可能出現(xiàn)“分層”，導(dǎo)致增強(qiáng)層的分離。這將產(chǎn)生一個(gè)缺陷，即由于水下壓力而引發(fā)瞬間內(nèi)爆。在不到一秒鐘的時(shí)間里，這艘潛水艇會(huì)被3800米水柱的重量壓倒，它將立即塌陷。

弗西爾還表示，內(nèi)爆本身會(huì)在不到20毫秒的時(shí)間內(nèi)殺死所有人，人腦甚至無(wú)法以這種速度處理信息。盡管結(jié)局是毀滅性的，但這或許在某種程度上讓“泰坦”號(hào)的乘客們免受可怕而漫長(zhǎng)的折磨。

深潛器安全性值得研究

“泰坦”號(hào)的考察活動(dòng)由美國(guó)海洋之門勘探公司組織。早在2018年，海洋之門的員工就對(duì)潛水器的安全表示了擔(dān)憂。同年，30多名行業(yè)專家、海洋學(xué)家和探險(xiǎn)家發(fā)表致海洋之門的公開(kāi)信，他們對(duì)海洋之門無(wú)視標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證流程表示擔(dān)憂，并警告“實(shí)驗(yàn)性”方法可能會(huì)導(dǎo)致負(fù)面結(jié)果。

不過(guò)，由于“泰坦”號(hào)在國(guó)際水域作業(yè)，它在技術(shù)上不受任何一個(gè)國(guó)家的法規(guī)管理。

那么，潛水器應(yīng)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(huán)境保護(hù)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(hào)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(dǎo)致瞬間內(nèi)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(yè)通常會(huì)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于4000米深的泰坦號(hào)的壓力船體是否足夠安全?“泰坦”號(hào)是由碳纖維-鈦復(fù)合材料制成的。與只用金屬材料相比，設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)評(píng)估這些材料非常復(fù)雜。這就是為什么海洋之門為“泰坦”號(hào)配備了“實(shí)時(shí)船體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”。

潛水器還需要有足夠的氧氣儲(chǔ)備、可靠的主電源和備用系統(tǒng)，以及在斷電的情況下有備用動(dòng)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(diǎn)是潛水器需要具備安全系統(tǒng)。GPS、便攜式衛(wèi)星電話和自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)都不能在水下使用，為此一些潛艇配備了遇險(xiǎn)信標(biāo)，相當(dāng)于緊急無(wú)線電示位信標(biāo)。

為什么億萬(wàn)富翁愛(ài)冒險(xiǎn)?

“泰坦”號(hào)潛水器的悲劇也使人們意識(shí)到世界上最富有的群體之間日益增長(zhǎng)的極限旅游趨勢(shì)。“泰坦”號(hào)潛水器內(nèi)部令人震驚，它沒(méi)有椅子，以密封袋為廁所，卻需要5名乘客每人支付25萬(wàn)美元購(gòu)買船票。

心理學(xué)家斯科特·萊昂斯博士解釋說(shuō)，新技術(shù)使富人有條件追求越來(lái)越危險(xiǎn)的刺激，如太空旅行、深海探索和極限運(yùn)動(dòng)。尋求刺激的行為產(chǎn)生于大腦杏仁核區(qū)域，會(huì)引發(fā)多巴胺、腎上腺素和血清素等的釋放，能緩解疼痛、產(chǎn)生對(duì)無(wú)聊或麻木的暫時(shí)逃避感和權(quán)力感，這會(huì)讓人上癮。然而，這種興奮是短暫的，只持續(xù)約60至90秒。

關(guān)鍵詞： 材料科學(xué) 深海潛水器 安全功能 鋼制船體