Οι βίδες που ασφαλίζουν την οθόνη στο κύτος του Τιτάνα θα μπορούσαν να προκαλέσουν σταδιακή αποδυνάμωση του κελύφους από ανθρακονήματα και σύνθλιψη κάτω από τη θάλασσα όταν φτάσει σε ένα όριο, λένε οι ειδικοί.
Η τραγωδία της συντριβής του υποβρυχίου Τιτάνα στον πυθμένα του Ατλαντικού Ωκεανού στις 23 Ιουνίου έχει προσελκύσει την προσοχή τόσο των μέσων ενημέρωσης όσο και των ειδικών. Εκτός από τα σχόλια για σχεδιαστικά λάθη, δομικά λάθη ή υπερβολική κατάδυση στον Τιτάνα, οι ειδικοί έχουν επίσης θέσει την υπόθεση της αστοχίας λόγω υλικών (Materials Failure - Αστοχία Υλικών).
Υπάρχουν αναφορές ότι ο κατασκευαστής OceanGate μετέτρεψε αυθαίρετα το Titan από επιστημονικό σκάφος τηλεπισκόπησης σε επιβατηγό κρουαζιερόπλοιο. Εικόνες από τη διαδικασία κατασκευής που δημοσίευσε η OceanGate δείχνουν ότι η εταιρεία έχει βιδώσει δύο οθόνες απευθείας στο κύτος, το οποίο είναι καλυμμένο με ανθρακονήματα εξωτερικά, όπως είχε διαφημίσει κάποτε ο Διευθύνων Σύμβουλος Stockton Rush.
Δύο οθόνες βιδωμένες στο κύτος και χειροποίητα συνδεδεμένες (παραπάνω) στο Titan εμφανίζονται στο εισαγωγικό βίντεο του υποβρυχίου Titan. Φωτογραφία: OceanGate
Αυτό αποτελεί ταμπού επειδή οι ίνες άνθρακα είναι 5 φορές πιο ανθεκτικές από τον χάλυβα αλλά πολύ εύθραυστες, συχνά αναμειγνύονται με ρητίνη κόλλας για να κολλήσουν στην επιφάνεια του υλικού που πρόκειται να καλυφθεί. Αυτή η διαδικασία επίστρωσης δημιουργείται από κάθε στρώση το ένα πάνω στο άλλο, παρόμοια με την επικόλληση στρώσεων χαρτιού με κόλλα.
Η δομή από ανθρακονήματα δεν θα ήταν επομένως ένα καθαρό μονολιθικό φύλλο, αλλά ένα σύνθετο υλικό από ανθρακονήματα και ρητίνη. Η OceanGate χρησιμοποίησε την ονομασία «σύνθετο υλικό από ανθρακονήματα» για αυτό το υλικό σε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας που χορηγήθηκε το 2021.
Επειδή πρόκειται για σύνθετο υλικό, υπάρχουν μικροσκοπικά κενά στη δομή από ανθρακονήματα που η ρητίνη δεν μπορεί να γεμίσει. Η OceanGate αναφέρει ότι ο λόγος κενών είναι μικρότερος από 1%, αλλά αυτός ο αριθμός δεν προσδιορίζεται συγκεκριμένα. Η διαφορά μεταξύ ενός λόγου κενών 0,99% και 0,00000000000001% μπορεί να έχει τεράστιο αντίκτυπο στο συνολικό δομικό πλαίσιο, καθώς και στον ρυθμό θραύσης του υλικού.
Η μέθοδος τρυπήματος και βιδώματος της οθόνης στο κύτος θα δημιουργήσει μικρές ρωγμές στην εσωτερική σύνθετη επιφάνεια. Μετά από πολλές καταδύσεις για την επίσκεψη στο ναυάγιο του Τιτανικού σε βάθος 3.800 μέτρων, το κύτος του Τιτάνα βρίσκεται συνεχώς υπό μεγάλη πίεση για μεγάλο χρονικό διάστημα, με αποτέλεσμα οι ρωγμές να εξαπλώνονται τόσο γρήγορα όσο τα σπασμένα γυαλιά.
Αυτό το φαινόμενο μπορεί να συγκριθεί με την εικόνα ενός παγετώνα με μια τρύπα στην επιφάνειά του. Η ρωγμή είναι αρχικά μικρή, αλλά σταδιακά, μετά από κάθε αρκετά μεγάλη κρούση με αρκετή δύναμη, θα προκαλέσει τη διάσπαση ενός μπλοκ εκατοντάδων μέτρων, οδηγώντας σε ράγισμα ενός μεγάλου μπλοκ πάγου.
Οι ίνες άνθρακα είναι γνωστές για την αντοχή τους, αλλά δεν είναι η αντοχή σε θλίψη που είναι το κλειδί για την αντοχή στην πίεση στον πυθμένα του ωκεανού, αλλά η αντοχή σε εφελκυσμό που εμποδίζει το πλαίσιο να τεντωθεί και να σπάσει.
Οι σύνθετες ίνες άνθρακα ραγίζουν πιο αργά από τις καθαρές ίνες άνθρακα, με αποτέλεσμα η διαδικασία ρωγμάτωσης να συμβαίνει σταδιακά, οι δομικές ρωγμές είναι πολύ μικρές για να ανιχνευθούν από έξω. Ο ρυθμός ρωγμάτωσης μέσα στο ίδιο στρώμα ινών άνθρακα θα αυξάνεται από στρώμα σε στρώμα, επομένως οι ρωγμές θα μεγαλώνουν σταδιακά, μέχρι η εσωτερική δομή να είναι εξαιρετικά αδύναμη.
Όταν πληρούνται όλες οι προϋποθέσεις, μια μικρή σύγκρουση, μια ολισθαίνουσα ώθηση με οποιοδήποτε αντικείμενο στον πυθμένα του ωκεανού, είναι αρκετή για να προκαλέσει μια τρομακτική κατάρρευση του υποβρυχίου Titan, στοιχίζοντας τη ζωή σε 5 άτομα που επέβαιναν.
Σε αυτή την περίπτωση, η σύνθετη δομή από ανθρακονήματα θα κατέρρεε ξαφνικά, παρόλο που τα προηγούμενα ταξίδια ήταν κανονικά. Αυτό εξηγεί γιατί τα προηγούμενα ταξίδια του Τιτάνα ήταν κανονικά, αλλά το τελευταίο ταξίδι στις 18 Ιουνίου ήταν όταν το διαστημόπλοιο έφτασε στο σημείο θραύσης του.
Ακόμα κι αν υπάρχει ένα συγκεκριμένο κενό μεταξύ του κύτους από τιτάνιο και του εξωτερικού κελύφους από σύνθετο υλικό από ανθρακονήματα, έτσι ώστε οι οπές των βιδών να μην προκαλούν ρωγμές, η διάτρηση στο κύτος από τιτάνιο του πλοίου δημιουργεί επίσης την ευκαιρία για ταχύτερη σκουριά στο μέταλλο.
Το τιτάνιο είναι λιγότερο ευάλωτο στη σκουριά από τον σίδηρο και τον χαλκό, αλλά το χρώμα του κύτους δεν είναι καθαρό τιτάνιο, αλλά μάλλον μοιάζει με κράμα τιτανίου όπως διαφημίζει η OceanGate, ή με ένα σκληρό ατσάλινο υλικό παρόμοιο με αυτό που χρησιμοποιεί το Ναυτικό των ΗΠΑ για τα υποβρύχια.
Η διαδικασία περιτύλιξης του κύτους του Τιτάνα με ανθρακονήματα. Πηγή: OceanGate
Η OceanGate θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει ένα κράμα αντί για καθαρό τιτάνιο για την κατασκευή του κύτους, μειώνοντας το κόστος κατασκευής, αλλά και καθιστώντας το πιο ευάλωτο στη σκουριά. Σε αυτήν την περίπτωση, οι θέσεις των μπουλονιών θα ήταν πάντα οι πρώτες που θα σκουριάζονταν, με αποτέλεσμα τον κίνδυνο εξάπλωσης και αποδυνάμωσης της γύρω δομής.
Το OceanGate πιθανότατα είχε προσθέσει επιπλέον βίδες στο κύτος του, καθώς μετατρεπόταν για να μεταφέρει τουρίστες και χρειαζόταν να εγκαταστήσει περισσότερο εξοπλισμό παρατήρησης. Επιπλέον, οι συγκολλήσεις του πλαισίου στις πόρτες ήταν αρκετά τραχιές, χωρίς καμία πρόσθετη προστασία από σκουριά ή διάβρωση, παρόμοια με το σχεδιασμό των παραθύρων σε ένα μπαλκόνι σπιτιού.
Στην τεχνολογία υλικών, η κάτω πλευρά της συγκόλλησης είναι η πιο ευάλωτη στη σκουριά και τη δομική φθορά λόγω της επαφής τουλάχιστον δύο διαφορετικών υλικών.
Ο κίνδυνος σε αυτήν τη μέθοδο είναι ακόμη υψηλότερος από ό,τι στη μέθοδο με βίδες. Η συγκόλληση μπορεί να έχει μεταλλικό δεσμό που οδηγεί σε ταχεία εξάπλωση της σκουριάς λόγω ηλεκτροχημικής διάβρωσης όταν εκτίθεται σε υψηλή υγρασία. Για να περιορίσει τον κίνδυνο, ο κατασκευαστής μπορεί να καλύψει αυτές τις συγκολλήσεις με μια λεπτή αντιτριβική και αντιδιαβρωτική μεμβράνη για να προστατεύσει το υλικό και τη δομή σε συνθήκες περιβαλλοντικής έκθεσης, αλλά δεν υπάρχουν στοιχεία ότι η OceanGate έχει εφαρμόσει αυτό το μέτρο ασφαλείας.
Ο σχεδιασμός του Τιτάνα από την αρχική πατέντα της OceanGate δείχνει ότι το σκάφος βασίζεται στο υποβρύχιο βαθέων υδάτων Alvin DSV πρώτης γενιάς, το οποίο χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα. Αντί να χρησιμοποιήσει το παραδοσιακό σφαιρικό σχήμα για να βελτιστοποιήσει την ικανότητα αντοχής στην πίεση από όλες τις κατευθύνσεις, ο κ. Rush μετέτρεψε το Τιτάνα σε σωλήνα για να φιλοξενήσει περισσότερους επιβάτες.
Οι δύο πλευρές του βάζου είναι κατασκευασμένες από τιτάνιο, ενώ το κεντρικό κυλινδρικό πλαίσιο είναι τυλιγμένο με στρώματα από ανθρακονήματα πάχους περίπου 13 εκ. Ο κεντρικός κύλινδρος έχει σχεδιαστεί για να φέρει την κύρια δύναμη, ενώ αυτή είναι η περιοχή στην οποία έχουν γίνει επεμβάσεις με βίδες και συγκολλήσεις.
Ο σχεδιασμός του υποβρυχίου OceanGate διαθέτει δύο άκρα και έναν δακτύλιο από τιτάνιο, ο οποίος ενισχύει το σημείο σύνδεσης. Γραφικά: Oceanliner Designs
Η επίστρωση άνθρακα πάχους 13 cm μπορεί να βοηθήσει το πλοίο να αυξήσει την αντοχή του στην εξωτερική πίεση, αλλά επίσης αυξάνει ακούσια την ευθραυστότητά του και καθιστά πιο δύσκολη την παρατήρηση πολύ μικρών ρωγμών στο εσωτερικό της δομής του στρώματος.
Οι ενώσεις μεταξύ του σώματος του σωλήνα και της κεφαλής και της ουράς από τιτάνιο δεν εκτυπώνονται τρισδιάστατα από μία μόνο παρτίδα, αλλά συγκολλούνται μεταξύ τους χρησιμοποιώντας μηχανισμό στεγανοποίησης, δημιουργώντας κίνδυνο αποδυνάμωσης του μηχανικού πλαισίου. Η συνολική δομή είναι πολύ αδύναμη λόγω της χρήσης πολλών διαφορετικών υλικών, συμπεριλαμβανομένων των ινών άνθρακα, του τιτανίου και του ακρυλικού γυαλιού. Κάθε υλικό έχει διαφορετική αντοχή, διαστολή και ευθραυστότητα στο ίδιο περιβάλλον.
Αυτός είναι επίσης ο λόγος για τον οποίο η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης προτιμάται για την κατασκευή σωμάτων διαστημοπλοίων, παρόλο που είναι πολλές φορές πιο ακριβή από τη μέθοδο συναρμολόγησης. Με αυτήν την τεχνολογία, οι κατασκευαστές χρειάζονται μόνο μία φορά για να εκτυπώσουν τρισδιάστατα για να έχουν ένα ολοκληρωμένο προϊόν, ανεξάρτητα από το πόσο περίπλοκος είναι ο σχεδιασμός, χωρίς συγκόλληση ή βίδωμα, συμβάλλοντας στη μείωση του κινδύνου για τη συνολική δομή.
Στην πατέντα της, η OceanGate αναφέρει ότι έχει δοκιμάσει με ασφάλεια το υποβρύχιο Titan σε πιέσεις 5.000 - 6.000 psi (400 φορές την ατμοσφαιρική πίεση). Αυτή η δοκιμαστική πίεση είναι ισοδύναμη με την πίεση που θα αντιμετώπιζε το υποβρύχιο σε βάθος 4.000 μέτρων.
Ωστόσο, όσον αφορά τη διαδικασία αξιολόγησης της ασφάλειας, αυτό είναι ένα εξαιρετικά σοβαρό σφάλμα. Ο κατασκευαστής έχει την ευθύνη να διασφαλίσει ότι το προϊόν μπορεί να αντέξει συνθήκες πολύ πιο σοβαρές από αυτές της κανονικής χρήσης. Η OceanGate θα έπρεπε να είχε διασφαλίσει ότι το Titan θα μπορούσε να αντέξει τουλάχιστον 8.000-10.000 psi πίεσης πριν του επιτρέψει να λειτουργεί τακτικά στα 6.000 psi, αντί να του επιτρέψει να μεταφέρει τουρίστες στο μέγιστο επίπεδο σύμφωνα με τα αποτελέσματα των δοκιμών.
Οι τακτικές μάρκετινγκ της OceanGate για το Titan και τα πακέτα κρουαζιέρας- αποστολής του έχουν επίσης εγείρει ερωτήματα σχετικά με το κατά πόσον οι επιθεωρήσεις ασφαλείας έχουν διεξαχθεί σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα.
Τα συντρίμμια από το υποβρύχιο Titan μεταφέρθηκαν στο λιμάνι του Σεντ Τζον στον Καναδά στις 28 Ιουνίου. Φωτογραφία: AP
Η OceanGate ισχυρίστηκε ότι το υποβρύχιο σκάφος της είναι τόσο καινούργιο που υπερβαίνει τα συνήθη πρότυπα ασφαλείας και δεν μπορεί να ελεγχθεί από καμία υπηρεσία. Από την άλλη πλευρά, η OceanGate χρησιμοποιεί την αναπόδεικτη έννοια του «κράματος τιτανίου - ινών άνθρακα» στην ευρεσιτεχνία της, αντί να ορίσει σαφώς το υλικό ως «κράμα τιτανίου» και όχι ως καθαρό σύνθετο υλικό τιτανίου και ινών άνθρακα και όχι ως καθαρές ίνες άνθρακα.
Στην πραγματικότητα, οι κατασκευαστές μπορούν να χρησιμοποιούν νέα υλικά που είναι πιο ισχυρά, πιο ανθεκτικά και πιο σκληρά, αλλά πρέπει πάντα να διασφαλίζουν πρότυπα ασφαλείας πάνω από το ελάχιστο. Η ανακαίνιση "φτιάξ' το μόνος σου" και ο καθορισμός των δικών σας προτύπων ασφαλείας ενέχει πάντα τη δυνατότητα να προκαλέσει ατυχήματα.
Το άρθρο αντιπροσωπεύει τις απόψεις του συγγραφέα Dang Nhat Minh, ο οποίος είναι επί του παρόντος υποψήφιος διδάκτορας στο Κέντρο Προηγμένης Μηχανικής Επιφανειών Υλικών του Αυστραλιανού Συμβουλίου Έρευνας (ARC SEAM), με έδρα το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Swinburne στη Μελβούρνη.
Ντανγκ Νατ Μινχ
[διαφήμιση_2]
Σύνδεσμος πηγής
Σχόλιο (0)