البراغي التي ربما تسببت في تحطم الغواصة تيتان

ويقول الخبراء إن البراغي التي تثبت الشاشة على هيكل تيتان قد تتسبب في إضعاف هيكل ألياف الكربون تدريجيا وسحقه تحت سطح البحر عندما يصل إلى عتبة.

وقد جذبت مأساة غرق الغواصة تيتان في قاع المحيط الأطلسي في 23 يونيو/حزيران الماضي اهتمام وسائل الإعلام والخبراء على حد سواء. بالإضافة إلى التعليقات حول أخطاء التصميم والأخطاء الهيكلية أو الغوص عميقًا جدًا في سفينة تيتان، أثار الخبراء أيضًا فرضية الفشل بسبب المواد (فشل المواد).

تشير العديد من مصادر المعلومات إلى أن الشركة المصنعة OceanGate قامت بتحويل سفينة Titan بشكل تعسفي من أغراض الاستشعار عن بعد العلمية إلى السياحة البشرية. وتُظهر صور بناء السفينة التي نشرتها شركة OceanGate شاشتين عرض مثبتتين مباشرة على الهيكل، والذي تم تغطيته بألياف الكربون على الجانب الخارجي كما أعلن الرئيس التنفيذي للشركة Stockton Rush.

تم تثبيت الشاشتين على الهيكل وتوصيلهما يدويًا (أعلاه) في تيتان كما هو موضح في مقطع الفيديو التعريفي للغواصة تيتان. الصورة: أوشن جيت

وهذا أمر محظور لأن ألياف الكربون أقوى بخمس مرات من الفولاذ ولكنها هشة للغاية، وغالبًا ما يتم خلطها بغراء الراتينج لتلتصق بسطح المادة المراد تغطيتها. يتم إنشاء هذه العملية عن طريق تداخل الطبقات، على غرار لصق طبقات الورق بالغراء.

وبالتالي فإن هيكل ألياف الكربون لن يكون عبارة عن صفائح متجانسة خالصة، بل عبارة عن مركب من ألياف الكربون مع الراتنج. استخدمت شركة OceanGate اسم "مركب ألياف الكربون" للمادة في براءة اختراع حصلت عليها في عام 2021.

نظرًا لأنه مركب، فسيكون هناك العديد من الفجوات المجهرية في بنية ألياف الكربون التي لا يستطيع الراتنج ملئها. وقالت شركة أوشن جيت إن معدل الشواغر أقل من 1%، لكن الرقم لم يتم توضيحه على وجه التحديد. يمكن أن يؤثر الفرق بين نسبة الفراغ البالغة 0.99% و0.0000000000001% بشكل كبير على الإطار الهيكلي بأكمله بالإضافة إلى معدل تفتت المادة.

ستؤدي طريقة حفر الشاشة وربطها بالهيكل إلى إنشاء شقوق صغيرة في السطح المركب الداخلي. بعد رحلات غوص عديدة لزيارة حطام تيتانيك على عمق 3800 متر، ظل هيكل تيتان تحت ضغط كبير بشكل مستمر لفترة طويلة، مما تسبب في انتشار الشقوق بسرعة مثل الزجاج المكسور.

يمكن مقارنة هذه الظاهرة بصورة نهر جليدي به ثقب على سطحه. يبدو الشق صغيرًا في البداية، ولكن تدريجيًا، بعد كل دقّة طويلة بما يكفي وبقوة كافية، سوف يتسبب في انقسام كتلة من مئات الأمتار، مما يؤدي إلى تشقق كتلة كبيرة من الجليد.

تشتهر ألياف الكربون بقوتها، ولكن ليست القوة الانضغاطية هي العامل الأساسي لتحمل الضغط في قاع المحيط، ولكن قوة الشد هي التي تمنع الإطار من التمدد والانكسار.

تتشقق ألياف الكربون المركبة بشكل أبطأ من ألياف الكربون النقية، مما يتسبب في حدوث عملية التشقق تدريجيًا، والشقوق الهيكلية صغيرة جدًا بحيث لا يمكن اكتشافها من الخارج. سيزداد معدل الكسر داخل نفس طبقة ألياف الكربون من طبقة إلى أخرى، وبالتالي سينمو الشق بشكل أكبر، حتى يجعل البنية الداخلية ضعيفة للغاية.

عندما تتوافر كل الظروف، فإن مجرد تصادم بسيط، أو دفع انزلاقي مع أي جسم في قاع المحيط، يكفي للتسبب في انهيار مروع للغواصة تيتان، ما يودي بحياة 5 أشخاص كانوا على متنها.

في هذه الحالة، سوف ينهار هيكل مركب ألياف الكربون فجأة، على الرغم من عدم وجود أي خلل في الأوقات السابقة. وهذا يفسر لماذا كانت رحلات تيتان السابقة عادية، ولكن رحلتها الأخيرة في 18 يونيو كانت عندما وصلت السفينة إلى نقطة الانهيار.

حتى لو كانت هناك فجوة معينة بين هيكل التيتانيوم والغلاف الخارجي المصنوع من ألياف الكربون بحيث لا تسبب فتحات البراغي الشقوق، فإن الحفر في هيكل التيتانيوم للسفينة يخلق أيضًا فرصة لحدوث الصدأ بشكل أسرع على المعدن.

يعتبر التيتانيوم أقل عرضة للصدأ من الحديد والنحاس، ولكن لون الهيكل ليس من التيتانيوم الخالص، بل يشبه سبيكة التيتانيوم كما تعلن شركة OceanGate، أو مادة فولاذية صلبة تشبه تلك التي تستخدمها البحرية الأمريكية في الغواصات.

عملية لف ألياف الكربون حول هيكل تيتان. المصدر: OceanGate

يمكن لشركة OceanGate استخدام سبيكة لصنع الهيكل بدلاً من التيتانيوم الخالص لتقليل تكاليف التصنيع، ولكن أيضًا جعلها أكثر عرضة للصدأ. في هذه الحالة، سيكون موقع المسمار دائمًا هو المكان الأول الذي يتعرض للصدأ، مما يؤدي إلى خطر انتشار الصدأ وإضعاف الهيكل المحيط به.

من المرجح أن سفينة OceanGate كانت بحاجة إلى إضافة المزيد من البراغي إلى هيكلها، حيث تم تحويلها لحمل السياح وكانت بحاجة إلى تثبيت المزيد من معدات المراقبة. بالإضافة إلى ذلك، توجد على جانب الباب لحامات إطار خشنة إلى حد ما، بدون طلاء إضافي مضاد للصدأ أو مضاد للتآكل، على غرار تصميم تركيب النافذة على الشرفة في المنزل.

في تكنولوجيا المواد، يكون الجانب السفلي من اللحام هو الأكثر عرضة للصدأ والتدهور الهيكلي بسبب ملامسة مادتين مختلفتين على الأقل.

تعتبر المخاطر في هذه الطريقة أعلى من طريقة المسمار. قد تحتوي اللحامات على روابط معدنية تؤدي إلى انتشار الصدأ بسرعة بسبب التآكل الكهروكيميائي عند تعرضها للرطوبة العالية. لتقليل المخاطر، يمكن للمصنعين طلاء هذه اللحامات بغشاء رقيق مضاد للتآكل والتآكل لحماية المادة والهيكل في ظل ظروف التعرض البيئي، ولكن لا يوجد دليل على أن شركة OceanGate قد نفذت هذا الإجراء الأمني.

يُظهر تصميم الغواصة تيتان من براءة اختراع OceanGate الأصلية أن السفينة تعتمد على الجيل الأول من غواصة أعماق البحار Alvin DSV التي لا تزال قيد الاستخدام حتى اليوم. بدلاً من استخدام الشكل الكروي التقليدي لتحسين القدرة على تحمل الضغط من جميع الاتجاهات، قام السيد راش بتحويل الغواصة تيتان إلى شكل أنبوب لحمل المزيد من الركاب.

يتكون جانبا الجرة من مادة التيتانيوم، في حين أن الإطار الأسطواني في الوسط مغلف بطبقات عديدة من ألياف الكربون يبلغ سمكها حوالي 13 سم. في هذا التصميم تصبح كتلة الأسطوانة المركزية هي منطقة تحمل الحمل الرئيسية، في حين أن هذه هي المنطقة التي تم التدخل فيها بإجراءات البراغي واللحام.

يتميز تصميم الغواصة OceanGate بوجود جرتين وحلقتين معززتين لنقطة الاتصال، مصنوعة من التيتانيوم. الرسومات: تصاميم أوشنلاينر

قد يساعد الطلاء الكربوني الذي يبلغ سمكه 13 سم السفينة على زيادة مقاومتها للضغط الخارجي، ولكنه أيضًا يزيد من هشاشتها بشكل غير مقصود ويجعل من الصعب ملاحظة الشقوق الصغيرة جدًا داخل بنية الطبقة.

لا تتم طباعة المفاصل بين جسم الأنبوب والرأس والذيل المصنوعين من التيتانيوم بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد من دفعة واحدة، بل يتم لحامها معًا باستخدام آلية الختم، مما يخلق خطر إضعاف الإطار الميكانيكي. سيكون الهيكل العام ضعيفًا جدًا بسبب استخدام مواد مختلفة متصلة ببعضها البعض من ألياف الكربون والتيتانيوم والزجاج الأكريليكي. تتمتع كل مادة بقوة وتمدد وهشاشة مختلفة في نفس البيئة.

وهذا هو السبب أيضًا وراء تفضيل تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لتصنيع هياكل المركبات الفضائية، على الرغم من أنها أكثر تكلفة بكثير من طريقة التجميع. بفضل هذه التقنية، لا يحتاج المصنعون إلا إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد مرة واحدة للحصول على منتج كامل، بغض النظر عن مدى تعقيد التصميم، دون أي لحام أو براغي، مما يساعد على تقليل المخاطر على الهيكل العام.

وفي براءتها، ذكرت شركة OceanGate أنها اختبرت الغواصة Titan بأمان عند ضغوط تتراوح بين 5000 - 6000 رطل لكل بوصة مربعة (400 مرة أكبر من الضغط الجوي). ويعادل هذا الضغط الاختباري الضغط الذي تواجهه السفينة على عمق 4000 متر.

ولكن بالنسبة لعملية تقييم السلامة، فهذا خطأ خطير للغاية. تقع على عاتق الشركة المصنعة مسؤولية ضمان قدرة المنتج على تحمل ظروف أكثر قسوة عدة مرات من تلك المتوقعة في ظل الاستخدام العادي. كان ينبغي لشركة OceanGate أن تضمن أن يكون Titan قادرًا على تحمل ما لا يقل عن 8000-10000 رطل لكل بوصة مربعة من الضغط قبل السماح له بالعمل بانتظام عند 6000 رطل لكل بوصة مربعة، بدلاً من السماح له بنقل السياح على المستوى الأقصى وفقًا لنتائج الاختبار.

كما أثارت تكتيكات التسويق التي اتبعتها شركة OceanGate لسفينة Titan ورحلاتها الاستكشافية تساؤلات حول ما إذا كانت عمليات التفتيش المتعلقة بالسلامة قد أجريت وفقًا للمعايير الدولية.

تم نقل حطام الغواصة تيتان إلى ميناء سانت جون، كندا، في 28 يونيو. الصورة: وكالة أسوشيتد برس

وزعمت شركة OceanGate أن منتجها الغاطس جديد للغاية لدرجة أنه يتجاوز معايير السلامة التقليدية ولا يمكن فحصه من قبل أي وكالة. من ناحية أخرى، تستخدم OceanGate مفهوم "سبائك التيتانيوم - ألياف الكربون" غير المثبت في براءة الاختراع، بدلاً من تعريف المادة بوضوح على أنها "سبائك التيتانيوم" وليس مركب التيتانيوم الخالص وألياف الكربون وليس ألياف الكربون الخالصة.

في الواقع، يمكن للمصنعين استخدام مواد جديدة أقوى وأكثر متانة وصلابة، ولكن يتعين عليهم دائمًا ضمان معايير السلامة فوق الحد الأدنى. إن القيام بالأعمال بنفسك وتحديد معايير السلامة الخاصة بك يحمل دائمًا خطر التسبب في الحوادث.

تمثل المقالة آراء المؤلف دانج نهات مينه، وهو حاليًا مرشح للحصول على درجة الدكتوراه في مركز مجلس البحوث الأسترالي للهندسة السطحية المتقدمة للمواد (ARC SEAM)، ومقره في جامعة سوينبورن للتكنولوجيا في ملبورن.

دانج نهات مينه

رابط المصدر: https://vnexpress.net/nhung-con-vit-co-the-khien-tau-lan-titan-gap-nan-4627263.html