ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าสกรูที่ยึดจอแสดงผลเข้ากับตัวถังของไททันอาจทำให้เปลือกคาร์บอนไฟเบอร์ค่อยๆ อ่อนตัวลงและถูกบดทับใต้น้ำเมื่อถึงขีดจำกัด
โศกนาฏกรรมเรือดำน้ำไททันจมลงสู่ก้นมหาสมุทรแอตแลนติกเมื่อวันที่ 23 มิถุนายน ดึงดูดความสนใจจากทั้งสื่อมวลชนและผู้เชี่ยวชาญ นอกจากความคิดเห็นเกี่ยวกับความผิดพลาดในการออกแบบ ความผิดพลาดด้านโครงสร้าง หรือการดำน้ำลึกเกินไปของไททันแล้ว ผู้เชี่ยวชาญยังได้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับความล้มเหลวเนื่องจากวัสดุ (Materials Failure) อีกด้วย
มีรายงานว่า OceanGate ผู้ผลิตได้ดัดแปลงเรือ Titan จากเรือสำรวจระยะไกล ทางวิทยาศาสตร์ มาเป็นเรือสำราญโดยสารโดยพลการ ภาพการก่อสร้างเรือที่เผยแพร่โดย OceanGate แสดงให้เห็นว่าบริษัทได้ยึดจอแสดงผลสองจอเข้ากับตัวเรือโดยตรง ซึ่งภายนอกหุ้มด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ ตามที่ Stockton Rush ซีอีโอ เคยโฆษณาไว้
ใน วิดีโอ แนะนำเรือดำน้ำไททัน จะเห็นหน้าจอสองอันที่ยึดกับตัวถังและต่อด้วยมือ (ด้านบน) ในไททัน ภาพ: OceanGate
นี่เป็นข้อห้ามเนื่องจากคาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กถึง 5 เท่า แต่เปราะมาก มักผสมกับกาวเรซินเพื่อยึดติดกับพื้นผิวของวัสดุที่จะเคลือบ กระบวนการเคลือบนี้เกิดจากการนำชั้นต่างๆ มาซ้อนทับกัน คล้ายกับการติดชั้นกระดาษด้วยกาว
โครงสร้างคาร์บอนไฟเบอร์จึงไม่ใช่แผ่นโมโนลิธิกแท้ แต่เป็นวัสดุผสมระหว่างคาร์บอนไฟเบอร์และเรซิน OceanGate ได้ใช้ชื่อ "คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์" สำหรับวัสดุนี้ในสิทธิบัตรที่ได้รับในปี พ.ศ. 2564
เนื่องจากเป็นวัสดุผสม จึงมีช่องว่างขนาดเล็กมากในโครงสร้างคาร์บอนไฟเบอร์ที่เรซินไม่สามารถเติมเต็มได้ OceanGate ระบุว่าอัตราส่วนช่องว่างน้อยกว่า 1% แต่ตัวเลขนี้ไม่ได้ระบุไว้ ความแตกต่างระหว่างอัตราส่วนช่องว่าง 0.99% และ 0.0000000000001% อาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อโครงสร้างโดยรวม รวมถึงอัตราการแตกหักของวัสดุด้วย
วิธีการเจาะและยึดตะแกรงเข้ากับตัวเรืออาจทำให้เกิดรอยแตกเล็กๆ บนพื้นผิวคอมโพสิตภายใน หลังจากดำดิ่งลงสู่ซากเรือไททานิกที่ความลึก 3,800 เมตรหลายครั้ง ตัวเรือไททานิกก็ต้องเผชิญกับแรงกดดันมหาศาลอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน ทำให้รอยแตกกระจายตัวอย่างรวดเร็วราวกับเศษกระจกแตก
ปรากฏการณ์นี้สามารถเปรียบเทียบได้กับภาพของธารน้ำแข็งที่มีรูอยู่บนพื้นผิว รอยแตกร้าวอาจเล็กในตอนแรก แต่เมื่อเวลาผ่านไป รอยแตกร้าวจะค่อยๆ แตกออกทีละน้อย หลังจากถูกทุบเป็นเวลานานพอ และด้วยแรงที่มากพอ จนน้ำแข็งที่มีความยาวหลายร้อยเมตรแตกออก ส่งผลให้น้ำแข็งแตกเป็นชิ้นใหญ่
คาร์บอนไฟเบอร์เป็นที่รู้จักกันในเรื่องความแข็งแกร่ง แต่ไม่ใช่ความแข็งแรงในการบีบอัดที่เป็นกุญแจสำคัญในการทนต่อแรงกดดันที่ก้นมหาสมุทร แต่เป็นความแข็งแรงในการดึงที่ทำให้โครงไม่ยืดหรือแตกหัก
เส้นใยคาร์บอนคอมโพสิตจะแตกร้าวช้ากว่าเส้นใยคาร์บอนบริสุทธิ์ ทำให้กระบวนการแตกร้าวเกิดขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป รอยแตกร้าวในโครงสร้างมีขนาดเล็กเกินกว่าจะตรวจพบจากภายนอกได้ อัตราการแตกร้าวภายในชั้นเดียวกันของเส้นใยคาร์บอนจะเร็วขึ้นในแต่ละชั้น ทำให้รอยแตกร้าวค่อยๆ ขยายใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ จนโครงสร้างชั้นในสุดอ่อนแอมาก
เมื่อเป็นไปตามเงื่อนไขทั้งหมดแล้ว เพียงแค่การชนกันเล็กน้อย การผลักด้วยวัตถุใดๆ บนพื้นมหาสมุทร ก็เพียงพอที่จะทำให้ยานดำน้ำไททันพังทลายลงมาอย่างน่ากลัว และทำให้ผู้คนบนเรือเสียชีวิต 5 ราย
ในกรณีนั้น โครงสร้างคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์จะพังทลายลงอย่างกะทันหัน แม้ว่าการเดินทางครั้งก่อนๆ จะเป็นไปอย่างปกติก็ตาม ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมการเดินทางครั้งก่อนๆ ของไททันจึงเป็นไปอย่างปกติ แต่การเดินทางครั้งสุดท้ายเมื่อวันที่ 18 มิถุนายนเป็นช่วงที่ยานอวกาศถึงจุดแตกหัก
แม้ว่าจะมีช่องว่างระหว่างตัวเรือไททาเนียมและเปลือกนอกที่เป็นคาร์บอนไฟเบอร์คอมโพสิตเพื่อให้รูสกรูไม่ทำให้เกิดรอยแตกร้าว แต่การเจาะเข้าไปในตัวเรือไททาเนียมก็ยังทำให้เกิดโอกาสเกิดสนิมบนโลหะได้เร็วขึ้นเช่นกัน
ไททาเนียมเป็นสนิมน้อยกว่าเหล็กและทองแดง แต่สีของตัวเรือไม่ใช่ไททาเนียมบริสุทธิ์ แต่เป็นสีที่คล้ายกับโลหะผสมไททาเนียมตามที่ OceanGate โฆษณาไว้ หรือเป็นวัสดุเหล็กแข็งคล้ายกับที่กองทัพเรือสหรัฐฯ ใช้กับเรือดำน้ำ
กระบวนการหุ้มคาร์บอนไฟเบอร์รอบตัวถังของไททัน ที่มา: OceanGate
OceanGate สามารถใช้โลหะผสมแทนไทเทเนียมบริสุทธิ์ในการผลิตตัวเรือ ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการผลิต แต่ก็ทำให้มีโอกาสเกิดสนิมได้ง่ายขึ้นด้วย ในกรณีนี้ ตำแหน่งสลักยึดจะเกิดสนิมก่อนเสมอ ซึ่งอาจนำไปสู่ความเสี่ยงต่อการลุกลามและทำให้โครงสร้างโดยรอบอ่อนแอลง
OceanGate น่าจะมีการติดตั้งสกรูเพิ่มเติมที่ตัวเรือ เนื่องจากเรือกำลังถูกดัดแปลงให้รองรับนักท่องเที่ยวและต้องใช้อุปกรณ์ตรวจสอบจำนวนมาก นอกจากนี้ รอยเชื่อมโครงประตูยังค่อนข้างหยาบ โดยไม่มีการเคลือบป้องกันสนิมหรือการกัดกร่อนเพิ่มเติมใดๆ คล้ายกับการออกแบบหน้าต่างที่ติดตั้งบนระเบียงบ้าน
ในเทคโนโลยีวัสดุ ส่วนด้านล่างของรอยเชื่อมเป็นส่วนที่เสี่ยงต่อการเกิดสนิมและการเสื่อมสภาพของโครงสร้างมากที่สุด เนื่องมาจากการสัมผัสกันของวัสดุที่แตกต่างกันอย่างน้อยสองชนิด
ความเสี่ยงในวิธีนี้สูงกว่าวิธีการยึดด้วยสลักเกลียวด้วยซ้ำ รอยเชื่อมอาจมีพันธะโลหะที่ทำให้สนิมแพร่กระจายอย่างรวดเร็วเนื่องจากการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าเมื่อสัมผัสกับความชื้นสูง เพื่อจำกัดความเสี่ยง ผู้ผลิตสามารถเคลือบรอยเชื่อมเหล่านี้ด้วยฟิล์มบางๆ ป้องกันการสึกกร่อนและป้องกันการกัดกร่อนเพื่อปกป้องวัสดุและโครงสร้างในสภาวะแวดล้อมที่สัมผัสกับอากาศ แต่ไม่มีหลักฐานว่า OceanGate ได้นำมาตรการด้านความปลอดภัยนี้มาใช้
การออกแบบเรือดำน้ำ Titan จากสิทธิบัตร OceanGate ฉบับดั้งเดิมแสดงให้เห็นว่าเรือลำนี้พัฒนาต่อยอดจากเรือดำน้ำลึก Alvin DSV รุ่นแรก ซึ่งยังคงใช้งานอยู่ในปัจจุบัน แทนที่จะใช้รูปทรงทรงกลมแบบเดิมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการต้านทานแรงดันจากทุกทิศทาง คุณรัชได้ดัดแปลงเรือ Titan ให้เป็นท่อเพื่อรองรับผู้โดยสารได้มากขึ้น
ปลายทั้งสองข้างของโถทำจากไททาเนียม ในขณะที่โครงทรงกระบอกตรงกลางหุ้มด้วยคาร์บอนไฟเบอร์หลายชั้นที่มีความหนาประมาณ 13 ซม. ตามการออกแบบนี้ บล็อกทรงกระบอกตรงกลางจะกลายเป็นพื้นที่รับน้ำหนักหลัก ในขณะที่บริเวณนี้ถูกแทรกแซงด้วยมาตรการการขันและเชื่อม
การออกแบบเรือดำน้ำ OceanGate มีปลายทั้งสองด้านและวงแหวนซึ่งช่วยเสริมจุดเชื่อมต่อ ทำจากไทเทเนียม ภาพกราฟิก: Oceanliner Designs
การเคลือบคาร์บอนที่มีความหนา 13 ซม. อาจช่วยให้เรือมีความทนทานต่อแรงกดดันจากภายนอกมากขึ้น แต่ก็อาจทำให้เรือเปราะขึ้นโดยไม่ตั้งใจ และทำให้สังเกตเห็นรอยแตกร้าวเล็กๆ ภายในโครงสร้างชั้นได้ยากขึ้นด้วย
ข้อต่อระหว่างตัวเครื่องกับหัวและท้ายของไททาเนียมไม่ได้ถูกพิมพ์แบบ 3 มิติจากชุดเดียว แต่ถูกเชื่อมเข้าด้วยกันโดยใช้กลไกการปิดผนึก ซึ่งทำให้เกิดความเสี่ยงที่จะทำให้โครงเครื่องอ่อนแอลง โครงสร้างโดยรวมนั้นอ่อนแอมากเนื่องจากใช้วัสดุที่แตกต่างกัน เช่น คาร์บอนไฟเบอร์ ไททาเนียม และกระจกอะคริลิก วัสดุแต่ละชนิดมีความแข็งแรง การขยายตัว และความเปราะบางที่แตกต่างกันในสภาพแวดล้อมเดียวกัน
นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติจึงเป็นที่นิยมสำหรับการผลิตตัวยานอวกาศ แม้ว่าจะมีราคาแพงกว่าวิธีการประกอบหลายเท่าก็ตาม ด้วยเทคโนโลยีนี้ ผู้ผลิตจำเป็นต้องพิมพ์ 3 มิติเพียงครั้งเดียวก็ได้ผลิตภัณฑ์ที่สมบูรณ์ ไม่ว่าการออกแบบจะซับซ้อนเพียงใด โดยไม่ต้องเชื่อมหรือยึดด้วยสลักเกลียว ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงต่อโครงสร้างโดยรวม
ในสิทธิบัตร OceanGate ระบุว่าบริษัทได้ทดสอบเรือดำน้ำ Titan อย่างปลอดภัยภายใต้แรงดัน 5,000 - 6,000 psi (400 เท่าของแรงดันบรรยากาศ) แรงดันในการทดสอบนี้เทียบเท่ากับแรงดันที่เรือดำน้ำต้องเผชิญที่ความลึก 4,000 เมตร
แต่ในแง่ของกระบวนการประเมินความปลอดภัย ถือเป็นข้อผิดพลาดร้ายแรงอย่างยิ่ง ผู้ผลิตต้องรับผิดชอบในการตรวจสอบให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์สามารถทนต่อสภาวะที่รุนแรงกว่าการใช้งานปกติหลายเท่า OceanGate ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่า Titan สามารถทนต่อแรงดันได้อย่างน้อย 8,000-10,000 psi ก่อนที่จะอนุญาตให้ทำงานตามปกติที่แรงดัน 6,000 psi แทนที่จะให้บรรทุกนักท่องเที่ยวได้ในระดับสูงสุดตามผลการทดสอบ
กลยุทธ์การตลาดของ OceanGate สำหรับ Titan และแพ็คเกจ ล่องเรือ สำรวจยังได้ตั้งคำถามว่าการตรวจสอบความปลอดภัยได้ดำเนินการตามมาตรฐานสากลหรือไม่
เศษซากจากเรือดำน้ำไททันถูกนำมายังท่าเรือเซนต์จอห์น ประเทศแคนาดา เมื่อวันที่ 28 มิถุนายน ภาพ: AP
OceanGate อ้างว่าเรือดำน้ำของตนนั้นใหม่มากจนเกินมาตรฐานความปลอดภัยทั่วไปและไม่สามารถให้หน่วยงานใดตรวจสอบได้ ในทางกลับกัน OceanGate ใช้คำว่า “โลหะผสมไททาเนียม-คาร์บอนไฟเบอร์” ซึ่งยังไม่ได้รับการพิสูจน์ในสิทธิบัตร แทนที่จะระบุวัสดุอย่างชัดเจนว่าเป็น “โลหะผสมไททาเนียม” แทนที่จะเป็นไททาเนียมบริสุทธิ์และคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ แทนที่จะเป็นคาร์บอนไฟเบอร์บริสุทธิ์
ในความเป็นจริง ผู้ผลิตสามารถใช้วัสดุใหม่ที่มีความแข็งแรง ทนทาน และแข็งกว่าได้ แต่จะต้องมั่นใจว่ามีมาตรฐานความปลอดภัยสูงกว่าขั้นต่ำเสมอ การปรับปรุงตนเองและกำหนดมาตรฐานความปลอดภัยของตนเองมีความเสี่ยงที่จะเกิดอุบัติเหตุได้เสมอ
บทความนี้แสดงถึงมุมมองของผู้เขียน Dang Nhat Minh ซึ่งปัจจุบันเป็นนักศึกษาปริญญาเอกที่ศูนย์วิศวกรรมพื้นผิวขั้นสูงของวัสดุของสภาวิจัยออสเตรเลีย (ARC SEAM) ซึ่งประจำอยู่ที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Swinburne ในเมืองเมลเบิร์น
ดัง นัท มินห์
ลิงค์ที่มา
การแสดงความคิดเห็น (0)