Skru yang boleh menyebabkan kapal tenggelam Titan terhempas

Skru yang menahan paparan pada badan kapal Titan boleh menyebabkan cengkerang gentian karbon menjadi lemah secara beransur-ansur dan dihancurkan di bawah laut apabila ia mencapai ambang, kata pakar.

Tragedi kapal selam Titan yang dihancurkan di dasar Lautan Atlantik pada 23 Jun telah menarik perhatian kedua-dua media dan pakar. Selain komen tentang kesilapan reka bentuk, kesilapan struktur atau menyelam terlalu dalam di Titan, hipotesis kegagalan akibat bahan (Materials Failure) juga telah dibangkitkan oleh pakar.

Terdapat laporan bahawa pengeluar OceanGate telah sewenang-wenangnya menukar Titan daripada kapal penderiaan jauh saintifik kepada kapal persiaran penumpang. Imej proses pembinaan yang dikeluarkan oleh OceanGate menunjukkan bahawa syarikat itu telah memasang dua skrin paparan terus ke badan kapal, yang diliputi gentian karbon di bahagian luar seperti yang pernah diiklankan oleh CEO Stockton Rush.

Dua skrin yang dipasang pada badan kapal dan disambung tangan (di atas) di Titan ditunjukkan dalam video pengenalan tenggelam Titan . Foto: OceanGate

Ini adalah pantang larang kerana gentian karbon adalah 5 kali lebih kuat daripada keluli tetapi sangat rapuh, sering dicampur dengan gam resin untuk melekat pada permukaan bahan yang akan ditutup. Proses salutan ini dibuat daripada setiap lapisan di atas satu sama lain, sama seperti melekatkan lapisan kertas dengan gam.

Oleh itu, struktur gentian karbon bukan lembaran monolitik tulen, tetapi komposit gentian karbon dan resin. OceanGate menggunakan nama "komposit gentian karbon" untuk bahan ini dalam paten yang diberikan pada 2021.

Kerana ia adalah komposit, terdapat lompang mikroskopik dalam struktur gentian karbon yang tidak dapat diisi oleh resin. OceanGate mengatakan nisbah kekosongan adalah kurang daripada 1%, tetapi nombor ini tidak dinyatakan secara khusus. Perbezaan antara nisbah lompang 0.99% dan 0.0000000000001% boleh memberi impak yang besar pada keseluruhan rangka kerja struktur serta kadar patah bahan.

Kaedah penggerudian dan skru skrin pada badan kapal akan mewujudkan retakan kecil pada permukaan komposit di dalamnya. Selepas beberapa kali menyelam untuk melawat bangkai Titanic pada kedalaman 3,800 m, badan kapal Titan sentiasa mengalami tekanan hebat untuk jangka masa yang lama, menyebabkan keretakan merebak secepat kaca pecah.

Fenomena ini boleh dibandingkan dengan imej glasier dengan lubang di permukaannya. Retakan itu pada mulanya kecil, tetapi secara beransur-ansur, selepas setiap pukulan yang cukup lama dan cukup kuat, ia akan menyebabkan blok ratusan meter terbelah terbuka, membawa kepada bongkah ais retak yang besar.

Gentian karbon terkenal dengan kekuatannya, tetapi bukan kekuatan mampatan yang menjadi kunci untuk menahan tekanan di dasar lautan, tetapi kekuatan tegangan yang menghalang rangka daripada regangan dan pecah.

Rekahan gentian karbon komposit lebih perlahan daripada gentian karbon tulen, menyebabkan proses keretakan berlaku secara beransur-ansur, retakan strukturnya terlalu kecil untuk dikesan dari luar. Kadar keretakan dalam lapisan gentian karbon yang sama akan meningkat dari satu lapisan ke lapisan, jadi rekahan akan beransur-ansur berkembang, sehingga struktur paling dalam menjadi sangat lemah.

Apabila semua syarat dipenuhi, hanya perlanggaran sedikit, tolakan gelongsor dengan mana-mana objek di dasar laut, sudah cukup untuk menyebabkan keruntuhan dahsyat kapal tenggelam Titan, meragut nyawa 5 orang di atas kapal.

Dalam kes itu, struktur komposit gentian karbon akan tiba-tiba runtuh, walaupun perjalanan sebelumnya adalah normal. Ini menjelaskan mengapa perjalanan Titan sebelum ini adalah perkara biasa, tetapi perjalanan terakhir pada 18 Jun adalah apabila kapal angkasa mencapai titik pecahnya.

Walaupun terdapat jurang tertentu antara badan kapal titanium dan kulit luar komposit gentian karbon supaya lubang skru tidak menyebabkan keretakan, penggerudian ke dalam badan kapal titanium juga mewujudkan peluang untuk karat pada logam berlaku dengan lebih cepat.

Titanium kurang terdedah kepada karat berbanding besi dan tembaga, tetapi warna badan kapal bukanlah titanium tulen, tetapi lebih seperti aloi titanium seperti yang diiklankan oleh OceanGate, atau bahan keluli keras yang serupa dengan kegunaan Tentera Laut AS untuk kapal selam.

Proses membalut gentian karbon di sekeliling badan kapal Titan. Sumber: OceanGate

OceanGate boleh menggunakan aloi dan bukannya titanium tulen untuk membuat badan kapal, mengurangkan kos pembuatan, tetapi juga menjadikannya lebih mudah terdedah kepada karat. Dalam kes itu, lokasi bolt akan sentiasa menjadi yang pertama berkarat, membawa kepada risiko merebak dan melemahkan struktur sekeliling.

OceanGate berkemungkinan mempunyai skru tambahan yang ditambahkan pada badan kapalnya, kerana ia sedang ditukar untuk membawa pelancong dan perlu memasang lebih banyak peralatan pemerhatian. Selain itu, kimpalan bingkai pada pintu agak kasar, tanpa sebarang perlindungan karat atau kakisan tambahan, sama seperti reka bentuk tingkap di balkoni rumah.

Dalam teknologi bahan, bahagian bawah kimpalan adalah yang paling mudah terdedah kepada karat dan kemerosotan struktur akibat sentuhan sekurang-kurangnya dua bahan yang berbeza.

Risiko dalam kaedah ini adalah lebih tinggi daripada kaedah bolting. Kimpalan mungkin mempunyai ikatan logam yang membawa kepada penyebaran karat yang cepat disebabkan oleh kakisan elektrokimia apabila terdedah kepada kelembapan yang tinggi. Untuk mengehadkan risiko, pengilang boleh menutup kimpalan ini dengan filem anti-lelasan, anti-karat nipis untuk melindungi bahan dan struktur dalam keadaan pendedahan alam sekitar, tetapi tiada bukti bahawa OceanGate telah melaksanakan langkah keselamatan ini.

Reka bentuk Titan daripada paten asal OceanGate menunjukkan kapal itu adalah berdasarkan kapal selam laut dalam Alvin DSV generasi pertama, yang masih digunakan hari ini. Daripada menggunakan bentuk sfera tradisional untuk mengoptimumkan keupayaan menahan tekanan dari semua arah, Encik Rush menukar Titan menjadi tiub untuk menampung lebih ramai penumpang.

Kedua-dua belah balang diperbuat daripada titanium, manakala bingkai silinder tengah dibalut dengan lapisan gentian karbon kira-kira 13 cm tebal. Silinder tengah direka bentuk untuk menanggung daya utama, manakala kawasan ini telah campur tangan dengan bolting dan kimpalan.

Reka bentuk kapal selam OceanGate mempunyai dua hujung dan cincin, yang menguatkan titik sambungan, diperbuat daripada titanium. Grafik: Reka Bentuk Oceanliner

Salutan karbon setebal 13 cm boleh meningkatkan ketahanan kapal terhadap tekanan luaran, tetapi ia juga secara tidak sengaja meningkatkan kerapuhannya dan menjadikannya lebih sukar untuk melihat retakan yang sangat kecil di dalam struktur lapisan.

Sambungan antara badan tiub dan kepala dan ekor titanium tidak dicetak 3D daripada satu kelompok tetapi dikimpal bersama menggunakan mekanisme pengedap, mewujudkan risiko melemahkan bingkai mekanikal. Struktur keseluruhannya sangat lemah kerana penggunaan banyak bahan yang berbeza, termasuk gentian karbon, titanium dan kaca akrilik. Setiap bahan mempunyai kekuatan, pengembangan dan kerapuhan yang berbeza dalam persekitaran yang sama.

Ini juga merupakan sebab mengapa teknologi percetakan 3D lebih disukai untuk pembuatan badan kapal angkasa, walaupun ia berkali ganda lebih mahal daripada kaedah pemasangan. Dengan teknologi ini, pengeluar hanya perlu mencetak 3D sekali untuk mendapatkan produk yang lengkap, tidak kira betapa rumitnya reka bentuk, tanpa sebarang kimpalan atau bolt, membantu mengurangkan risiko kepada struktur keseluruhan.

Dalam patennya, OceanGate menyebut bahawa ia telah menguji kapal tenggelam Titan dengan selamat pada tekanan 5,000 - 6,000 psi (400 kali tekanan atmosfera). Tekanan ujian ini bersamaan dengan tekanan yang akan dihadapi oleh kapal selam pada kedalaman 4,000 meter.

Tetapi dari segi proses penilaian keselamatan, ini adalah ralat yang sangat serius. Pengilang mempunyai tanggungjawab untuk memastikan bahawa produk boleh menahan keadaan berkali-kali lebih teruk daripada yang digunakan biasa. OceanGate sepatutnya memastikan bahawa Titan boleh menahan sekurang-kurangnya 8,000-10,000 psi tekanan sebelum membenarkan ia beroperasi secara tetap pada 6,000 psi, dan bukannya membenarkan ia membawa pelancong pada tahap maksimum mengikut keputusan ujian.

Taktik pemasaran OceanGate untuk Titan dan pakej pelayaran ekspedisinya juga menimbulkan persoalan sama ada pemeriksaan keselamatan telah dijalankan mengikut piawaian antarabangsa.

Serpihan daripada kapal selam Titan dibawa ke pelabuhan Saint John, Kanada, pada 28 Jun. Foto: AP

OceanGate telah mendakwa bahawa kapal selamnya adalah sangat baharu sehingga melebihi piawaian keselamatan biasa dan tidak boleh diperiksa oleh mana-mana agensi. Sebaliknya, OceanGate menggunakan konsep "aloi titanium - gentian karbon" yang belum terbukti dalam patennya, dan bukannya mentakrifkan dengan jelas bahan itu sebagai "aloi titanium" dan bukan komposit titanium dan gentian karbon tulen dan bukan gentian karbon tulen.

Malah, pengeluar boleh menggunakan bahan baharu yang lebih kuat, lebih tahan lama dan lebih keras, tetapi mereka mesti sentiasa memastikan standard keselamatan melebihi tahap minimum. Pengubahsuaian lakukan sendiri dan menetapkan standard keselamatan anda sendiri sentiasa berpotensi menyebabkan kemalangan.

Artikel itu mewakili pandangan pengarang Dang Nhat Minh, yang kini merupakan calon PhD di Australian Research Council Centre for Advanced Surface Engineering of Materials (ARC SEAM), yang berpangkalan di Swinburne University of Technology di Melbourne.

Dang Nhat Minh

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