ברגים שיכלו לגרום להתרסקות הצוללת טיטאן

הברגים המחברים את הצג לגוף הטיטאן עלולים לגרום לקליפת סיבי הפחמן להיחלש בהדרגה ולהימחץ מתחת למים כאשר תגיע לסף, אומרים מומחים.

הטרגדיה של ריסוק הצוללת טיטאן בקרקעית האוקיינוס ​​האטלנטי ב-23 ביוני משכה את תשומת ליבם של התקשורת ושל מומחים כאחד. מלבד הערות על שגיאות תכנון, שגיאות מבניות או צלילה עמוקה מדי של הטיטאן, הועלתה גם על ידי מומחים ההשערה של כשל עקב חומרים (כשל חומרים).

ישנם דיווחים כי יצרנית הספינה OceanGate הסבה באופן שרירותי את הטיטאן מכלי שיט מדעי לחישה מרחוק לאוניית שייט לנוסעים. תמונות של תהליך הבנייה שפרסמה OceanGate מראות כי החברה חיברה שני מסכי תצוגה ישירות לגוף הספינה, המכוסה בסיבי פחמן מבחוץ כפי שפרסם בעבר מנכ"ל החברה סטוקטון ראש.

שני מסכים המחוברים לגוף הספינה ומחוברים ידנית (למעלה) בטיטאן מוצגים בסרטון ההיכרות עם הצוללת טיטאן. צילום: OceanGate

זהו טאבו מכיוון שסיבי פחמן חזקים פי 5 מפלדה אך שבירים מאוד, ולעתים קרובות מעורבבים עם דבק שרף כדי להידבק לפני השטח של החומר המיועד לציפוי. תהליך ציפוי זה נוצר מכל שכבה על גבי השנייה, בדומה להדבקת שכבות של נייר עם דבק.

לכן, מבנה סיבי הפחמן לא יהיה יריעה מונוליטית טהורה, אלא חומר מרוכב של סיבי פחמן ושרף. OceanGate השתמשה בשם "מרוכב סיבי פחמן" עבור חומר זה בפטנט שהוענק בשנת 2021.

מכיוון שמדובר בחומר מרוכב, ישנם חללים מיקרוסקופיים במבנה סיבי הפחמן שהשרף אינו יכול למלא. OceanGate אומרת שיחס החללים נמוך מ-1%, אך מספר זה אינו מצוין במפורש. ההבדל בין יחס חללים של 0.99% ל-0.0000000000001% יכול להיות בעל השפעה עצומה על המסגרת המבנית הכוללת כמו גם על קצב השבר של החומר.

שיטת הקידוח וההברגה של המסך על גוף הספינה תיצור סדקים קטנים במשטח המרוכב שבפנים. לאחר צלילות רבות לביקור בטרופות הטיטאניק בעומק של 3,800 מטר, גוף הטיטאן נמצא תחת לחץ גדול כל הזמן במשך זמן רב, מה שגורם לסדקים להתפשט במהירות כמו זכוכית שבורה.

ניתן להשוות תופעה זו לתמונה של קרחון עם חור על פניו. הסדק הוא בתחילה קטן, אך בהדרגה, לאחר כל מכה ארוכה וחזקה מספיק, הוא יגרום לגוש של מאות מטרים להיסדק, מה שמוביל לסדיקת גוש קרח גדול.

סיבי פחמן ידועים בחוזקם, אך לא חוזק הדחיסה הוא המפתח לעמידה בלחץ בקרקעית האוקיינוס, אלא חוזק המתיחה שמונע מהשלדה להימתח ולהישבר.

סיבי פחמן מרוכבים נסדקים לאט יותר מאשר סיבי פחמן טהורים, מה שגורם לתהליך הסדיקה להתרחש בהדרגה, הסדקים המבניים קטנים מדי מכדי שניתן יהיה לזהותם מבחוץ. קצב הסדיקה בתוך אותה שכבת סיבי פחמן יגדל משכבה לשכבה, כך שהסדקים יגדלו בהדרגה, עד שהמבנה הפנימי ביותר יהיה חלש ביותר.

כאשר כל התנאים מתקיימים, התנגשות קלה בלבד, דחיפה החלקה עם כל חפץ על קרקעית האוקיינוס, מספיקה כדי לגרום לקריסה מחרידה של הצוללת טיטאן, שתגבה את חייהם של 5 אנשים על סיפונה.

במקרה כזה, המבנה המרוכב מסיבי פחמן יתפורר לפתע, למרות שמסעותיו הקודמים היו תקינים. זה מסביר מדוע מסעותיו הקודמים של טיטאן היו תקינים, אך המסע האחרון ב-18 ביוני היה כאשר החללית הגיעה לנקודת השבירה שלה.

אפילו אם ישנו פער מסוים בין גוף הטיטניום למעטפת החיצונית העשויה סיבי פחמן מרוכבים, כך שחורי הברגים לא יגרמו לסדקים, קידוח לתוך גוף הטיטניום של הספינה יוצר גם הוא הזדמנות להיווצרות חלודה על המתכת מהר יותר.

טיטניום פחות רגיש לחלודה מברזל ונחושת, אך צבע גוף הספינה אינו טיטניום טהור, אלא יותר דומה לסגסוגת טיטניום כפי שמפרסמת OceanGate, או חומר פלדה קשה בדומה לשימוש של חיל הים האמריקאי לצוללות.

תהליך עטיפת סיבי פחמן סביב גוף הטיטאן. מקור: OceanGate

OceanGate יכולה להשתמש בסגסוגת במקום טיטניום טהור לייצור גוף הספינה, מה שיפחית את עלויות הייצור, אך גם יהפוך אותו לרגיש יותר לחלודה. במקרה כזה, מיקומי הברגים תמיד יהיו הראשונים להחליד, מה שיוביל לסיכון להתפשטות ולהחלשת המבנה שמסביב.

ככל הנראה, לגוף הספינה OceanGate נוספו ברגים נוספים, מכיוון שהיא עברה הסבה להובלת תיירים והייתה צריכה להתקין ציוד תצפית נוסף. בנוסף, ריתוכים במסגרת הדלתות היו די מחוספסים, ללא כל הגנה נוספת מפני חלודה או קורוזיה, בדומה לעיצוב החלונות במרפסת ביתית.

בטכנולוגיית חומרים, החלק התחתון של הריתוך הוא הרגיש ביותר לחלודה ולבלאי מבני עקב מגע של לפחות שני חומרים שונים.

הסיכון בשיטה זו אף גבוה יותר משיטת הברגה. לריתוך עשויה להיות קשר מתכתי המוביל להתפשטות חלודה מהירה עקב קורוזיה אלקטרוכימית כאשר היא נחשפת ללחות גבוהה. כדי להגביל את הסיכון, היצרן יכול לכסות את הריתוכים הללו בסרט דק נגד שחיקה וקורוזיה כדי להגן על החומר והמבנה בתנאי חשיפה סביבתיים, אך אין ראיות לכך ש-OceanGate יישמה אמצעי בטיחות זה.

עיצוב הטיטאן מהפטנט המקורי של OceanGate מראה שהכלי השיט מבוסס על הצוללת אלווין DSV מימי עמוק מהדור הראשון, שעדיין בשימוש כיום. במקום להשתמש בצורה הכדורית המסורתית כדי לייעל את היכולת לעמוד בלחץ מכל הכיוונים, מר ראש הפך את הטיטאן לצינור כדי להכיל יותר נוסעים.

שני צידי הצנצנת עשויים טיטניום, בעוד שהמסגרת הגלילית המרכזית עטופה בשכבות של סיבי פחמן בעובי של כ-13 ס"מ. הגליל המרכזי נועד לשאת את הכוח העיקרי, כאשר זהו האזור בו התערב באמצעות ברגים וריתוך.

עיצוב הצוללת OceanGate כולל שני קצוות וטבעת, המחזקת את נקודת החיבור, עשויה טיטניום. גרפיקה: Oceanliner Designs

ציפוי הפחמן בעובי 13 ס"מ אולי מגביר את עמידות הספינה ללחץ חיצוני, אך הוא גם, שלא במתכוון, מגביר את שבירותה ומקשה על התבוננות בסדקים קטנים מאוד בתוך מבנה השכבה.

החיבורים בין גוף הצינור לראש וזנב הטיטניום אינם מודפסים בתלת-ממד מאותו אצווה אלא מרותכים יחד באמצעות מנגנון איטום, מה שיוצר סיכון להחלשת המסגרת המכנית. המבנה הכללי חלש מאוד עקב השימוש בחומרים רבים ושונים, כולל סיבי פחמן, טיטניום וזכוכית אקרילית. לכל חומר חוזק, התפשטות ושבירות שונים באותה סביבה.

זוהי גם הסיבה שטכנולוגיית הדפסה תלת-ממדית עדיפה לייצור גופי חלליות, למרות שהיא יקרה פי כמה משיטת ההרכבה. בעזרת טכנולוגיה זו, יצרנים צריכים להדפיס תלת-ממד פעם אחת בלבד כדי לקבל מוצר שלם, לא משנה כמה מורכב העיצוב, ללא כל ריתוך או ברגים, מה שעוזר להפחית את הסיכון למבנה הכולל.

בפטנט שלה, OceanGate מציינת כי בדקה את הצוללת טיטאן בבטחה בלחצים של 5,000 - 6,000 psi (פי 400 מלחץ אטמוספרי). לחץ בדיקה זה שווה ערך ללחץ שהצוללת תתמודד איתו בעומק של 4,000 מטרים.

אבל מבחינת תהליך הערכת הבטיחות, מדובר בטעות חמורה ביותר. ליצרן יש אחריות להבטיח שהמוצר יעמוד בתנאים חמורים פי כמה מאלה שבשימוש רגיל. OceanGate הייתה צריכה לוודא שהטיטאן יעמוד בלחץ של לפחות 8,000-10,000 psi לפני שאפשרה לו לפעול באופן סדיר ב-6,000 psi, במקום לאפשר לו לשאת תיירים ברמה המקסימלית לפי תוצאות הבדיקה.

טקטיקות השיווק של OceanGate עבור הטיטאן וחבילות השייט שלה העלו גם שאלות לגבי האם בדיקות הבטיחות בוצעו על פי סטנדרטים בינלאומיים.

פסולת מהצוללת טיטאן הובאה לנמל סנט ג'ון, קנדה, ב-28 ביוני. צילום: AP

OceanGate טענה כי הצוללת שלה חדשה כל כך שהיא עולה על תקני הבטיחות הרגילים ואינה ניתנת לבדיקה על ידי אף גוף. מצד שני, OceanGate משתמשת במושג הלא מוכח של "סגסוגת טיטניום - סיבי פחמן" בפטנט שלה, במקום להגדיר בבירור את החומר כ"סגסוגת טיטניום" ולא כקומפוזיט טיטניום וסיבי פחמן טהורים ולא כסיבי פחמן טהורים.

למעשה, יצרנים יכולים להשתמש בחומרים חדשים חזקים יותר, עמידים יותר וקשים יותר, אך עליהם תמיד להבטיח סטנדרטים של בטיחות מעל המינימום. שיפוץ עצמי וקביעת סטנדרטים של בטיחות תמיד עלולים לגרום לתאונות.

המאמר מייצג את דעותיו של המחבר דאנג נאט מין, כיום דוקטורנט במרכז להנדסת פני שטח מתקדמת של חומרים (ARC SEAM) של המועצה למחקר אוסטרלי, הממוקם באוניברסיטת סווינבורן לטכנולוגיה במלבורן.

דאנג נאט מין

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