Csavarok, amelyek a Titan merülőhajó lezuhanását okozhatták

A szakértők szerint a kijelzőt a Titan testéhez rögzítő csavarok a szénszálas héj fokozatos gyengülését és a víz alatti összenyomódását okozhatják, amikor eléri a küszöbértéket.

A Titan tengeralattjáró június 23-i, az Atlanti-óceán fenekén történt tragédiája felkeltette mind a média, mind a szakértők figyelmét. A tervezési hibákról, szerkezeti hibákról vagy a Titan túl mélyre merüléséről szóló megjegyzések mellett a szakértők felvetették az anyaghibák (Materials Failure) okozta meghibásodás hipotézisét is.

Jelentések szerint az OceanGate gyártó önkényesen átalakította a Titan nevű hajót egy tudományos távérzékelő hajóból egy személyszállító óceánjáróvá. Az OceanGate által közzétett építési folyamatról készült képek azt mutatják, hogy a cég két kijelzőt csavarozott közvetlenül a hajótestre, amelyet kívülről szénszállal borítottak, ahogy azt Stockton Rush vezérigazgató egykor hirdette.

A Titan merülőhajó bemutatkozó videójában két, a hajótesthez csavarozott és kézzel összeillesztett (fent) képernyő látható. Fotó: OceanGate

Ez egy tabu, mivel a szénszál ötször erősebb, mint az acél, de nagyon törékeny, gyakran gyantaragasztóval keverik, hogy a bevonandó anyag felületéhez tapadjon. Ez a bevonási eljárás az egyes rétegek egymásra helyezésével jön létre, hasonlóan ahhoz, mint amikor ragasztóval ragasztjuk össze a papírrétegeket.

A szénszálas szerkezet tehát nem egy tiszta monolitikus lemez lenne, hanem szénszál és gyanta kompozitja. Az OceanGate egy 2021-ben megadott szabadalomban a „szénszálas kompozit” nevet használta erre az anyagra.

Mivel kompozitról van szó, a szénszálas szerkezetben mikroszkopikus üregek vannak, amelyeket a gyanta nem tud kitölteni. Az OceanGate szerint az üregességi arány kevesebb, mint 1%, de ezt a számot nem határozták meg konkrétan. A 0,99% és a 0,00000000000001% üregességi arány közötti különbség óriási hatással lehet a teljes szerkezeti vázra, valamint az anyag törési sebességére.

A háló fúrásának és a hajótestre csavarozásának módszere apró repedéseket hoz létre a belső kompozit felületen. Miután számos merüléssel látogatták meg a 3800 méter mélyen található Titanic roncsát, a Titan hajóteste hosszú időn át folyamatosan nagy nyomás alatt áll, ami miatt a repedések olyan gyorsan terjednek, mint a törött üveg.

Ez a jelenség egy gleccser képéhez hasonlítható, amelynek felszínén lyuk van. A repedés kezdetben kicsi, de fokozatosan, minden elég hosszú és kellő erővel történő kalapácsütés után egy több száz méteres tömb szétrepedését okozza, ami egy nagy jégtömb repedéséhez vezet.

A szénszál az erősségéről ismert, de nem a nyomószilárdság a kulcsfontosságú az óceán fenekén lévő nyomás elviseléséhez, hanem a szakítószilárdság, ami megakadályozza a váz megnyúlását és törését.

A kompozit szénszál lassabban reped, mint a tiszta szénszál, ezért a repedési folyamat fokozatosan megy végbe, a szerkezeti repedések túl kicsik ahhoz, hogy kívülről észrevehetők legyenek. A szénszál ugyanazon rétegén belüli repedések sebessége rétegről rétegre növekszik, így a repedések fokozatosan növekednek, amíg a legbelső szerkezet rendkívül gyengévé nem válik.

Amikor minden feltétel teljesül, egy apró ütközés, egy csúszó lökés bármilyen tárggyal az óceán fenekén, elég ahhoz, hogy a Titan tengeralattjáró szörnyű összeomlását okozza, öt fedélzeti ember életét követelve.

Ebben az esetben a szénszálas kompozit szerkezet hirtelen szétesne, annak ellenére, hogy a korábbi utak normálisak voltak. Ez magyarázza, hogy a Titan korábbi útjai miért voltak normálisak, de a június 18-i utolsó út volt az, amikor az űrszonda elérte a töréspontját.

Még ha van is egy bizonyos rés a titán hajótest és a szénszálas kompozit külső héj között, hogy a csavarlyukak ne okozzanak repedéseket, a hajó titán hajótestébe fúrva a fém gyorsabb rozsdásodására is lehetőség nyílik.

A titán kevésbé érzékeny a rozsdára, mint a vas és a réz, de a hajótest színe nem tiszta titán, hanem inkább egy titánötvözetre hasonlít, ahogy az OceanGate hirdeti, vagy egy kemény acél anyagra, hasonlóan ahhoz, amit az amerikai haditengerészet tengeralattjárókhoz használ.

A Titan hajótestének szénszálas tekercselésének folyamata. Forrás: OceanGate

Az OceanGate a tiszta titán helyett ötvözetet használhatna a hajótest gyártásához, csökkentve a gyártási költségeket, de egyben érzékenyebbé téve azt a rozsdásodásra. Ebben az esetben a csavarok helye mindig elsőként rozsdásodna, ami a környező szerkezet szétterjedésének és gyengülésének kockázatához vezetne.

Az OceanGate törzséhez valószínűleg további csavarokat szereltek, mivel turisták szállítására alakították át, és további megfigyelőberendezéseket kellett felszerelni. Ezenkívül az ajtók kerethegesztései meglehetősen durvák voltak, mindenféle további rozsda- vagy korrózióvédelem nélkül, hasonlóan egy otthoni erkély ablakainak kialakításához.

Az anyagtechnológiában a hegesztés alsó oldala a legérzékenyebb a rozsdára és a szerkezeti romlásra legalább két különböző anyag érintkezése miatt.

Ennél a módszernél a kockázat még nagyobb, mint a csavarozásos módszernél. A hegesztés fémes kötést tartalmazhat, ami magas páratartalomnak kitéve az elektrokémiai korrózió miatt gyors rozsdaterjedéshez vezet. A kockázat csökkentése érdekében a gyártó ezeket a hegesztéseket egy vékony kopás- és korróziógátló fóliával vonhatja be, hogy megvédje az anyagot és a szerkezetet a környezeti hatásoktól, de nincs bizonyíték arra, hogy az OceanGate bevezette volna ezt a biztonsági intézkedést.

Az eredeti OceanGate szabadalomban szereplő Titan-dizájn azt mutatja, hogy a hajó az első generációs Alvin DSV mélytengeri merülőhajón alapul, amelyet ma is használnak. A hagyományos gömb alakú forma helyett, amely optimalizálta a minden irányból érkező nyomás ellenállását, Mr. Rush cső alakúvá alakította a Titant, hogy több utast tudjon befogadni.

Az üveg két oldala titánból készült, míg a központi hengeres keretet körülbelül 13 cm vastag szénszálas rétegek borítják. A központi henger a fő erő viselésére szolgál, ezt a területet csavarozással és hegesztéssel alakították ki.

Az OceanGate merülőhajó két véggel és egy titánból készült gyűrűvel rendelkezik, amely megerősíti a csatlakozási pontot. Grafika: Oceanliner Designs

A 13 cm vastag szénbevonat segíthet a hajónak növelni a külső nyomással szembeni ellenállását, de akaratlanul is növeli a ridegségét, és megnehezíti a rétegszerkezeten belüli nagyon apró repedések megfigyelését.

A csőtest és a titán fej és farok közötti illesztéseket nem egyetlen tételből 3D nyomtatással készítik, hanem egy tömítőmechanizmus segítségével hegesztik össze, ami a mechanikus keret gyengülésének kockázatát hordozza magában. Az összszerkezet nagyon gyenge a sokféle anyag, többek között a szénszál, a titán és az akrilüveg használata miatt. Minden anyagnak eltérő a szilárdsága, a tágulása és a ridegsége ugyanabban a környezetben.

Ez az oka annak is, hogy az űrhajók testeinek gyártásához a 3D nyomtatási technológiát részesítik előnyben, annak ellenére, hogy sokszor drágább, mint az összeszerelési módszer. Ezzel a technológiával a gyártóknak csak egyszer kell 3D nyomtatást végezniük egy komplett termékhez, függetlenül attól, hogy mennyire összetett a terv, hegesztés vagy csavarozás nélkül, ami segít csökkenteni az egész szerkezetre leselkedő kockázatot.

Szabadalmában az OceanGate megemlíti, hogy a Titan merülőhajót biztonságosan tesztelte 5000-6000 psi (a légköri nyomás 400-szorosa) nyomáson. Ez a tesztnyomás megegyezik azzal a nyomással, amellyel a merülőhajó 4000 méteres mélységben szembesülne.

A biztonsági értékelési folyamat szempontjából azonban ez egy rendkívül súlyos hiba. A gyártó felelőssége, hogy a termék a szokásos használatnál sokszor súlyosabb körülményeket is kibírjon. Az OceanGate-nek biztosítania kellett volna, hogy a Titan legalább 8000-10 000 psi nyomást bírjon ki, mielőtt engedélyezte volna a rendszeres 6000 psi nyomáson való működést, ahelyett, hogy a teszteredmények szerint turistákat szállított volna a maximális szinten.

Az OceanGate Titannal és annak expedíciós hajóút- csomagjaival kapcsolatos marketingtaktikájuk kérdéseket vetett fel azzal kapcsolatban is, hogy a biztonsági ellenőrzéseket a nemzetközi szabványoknak megfelelően végezték-e el.

A Titan tengeralattjáró törmelékét június 28-án szállították a kanadai Saint John kikötőjébe. Fotó: AP

Az OceanGate azt állította, hogy a merülőhajója annyira új, hogy meghaladja a szokásos biztonsági előírásokat, és semmilyen ügynökség nem vizsgálhatja felül. Másrészt az OceanGate a szabadalmában a nem bizonyított „titánötvözet - szénszál” koncepciót használja, ahelyett, hogy egyértelműen „titánötvözetként” definiálná az anyagot, és nem tiszta titán és szénszál kompozitként, illetve nem tiszta szénszálként.

Valójában a gyártók használhatnak új, erősebb, tartósabb és keményebb anyagokat, de mindig biztosítaniuk kell a minimális biztonsági előírásokat meghaladó szintű biztonságot. A barkácsolás és a saját biztonsági előírások felállítása mindig balesetveszélyes.

A cikk Dang Nhat Minh szerző nézeteit tükrözi, aki jelenleg PhD-hallgató az Ausztrál Kutatási Tanács Fejlett Anyagfelszíni Mérnöki Központjában (ARC SEAM), a Melbourne-i Swinburne Műszaki Egyetemen.

Dang Nhat Minh

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