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物理学家解释“泰坦”号"灾难性内爆"如何产生的(2023“泰坦”号"灾难性内爆")

2023-07-05 14:21:49

 近几天,全世界不少人密切关注着探访“泰坦尼克”号沉船的“泰坦”号深海潜水器失联事件。美国海岸警卫队22日证实,失踪的泰坦潜水器在水下解体,5名乘客全部遇难。美国海军少将约翰莫格表示,在“泰坦尼克”号残骸附近发现的“泰坦”号的部分残骸,与“船只灾难性内爆”相符。

 可以说,这次的泰坦号潜水器是一次灾难性的内爆。灾难的悲惨结局是船上的五名乘员被推测在内爆中瞬间身亡。“泰坦”号悲剧背后有许多问题值得探讨与思索。比如,这样的内爆是如何发生的,它又会对泰坦号的船员产生什么样的影响?一艘潜水艇应该具备哪些安全功能?

这样的内爆是如何发生的,它又会对泰坦号的船员产生什么样的影响?东北大学全球新闻网联系了东北大学物理学杰出教授Arun Bansil,以提供有关物理学的基本概述,以及与之相关的后果。潜水器 泰坦 号由于极端的水压而遭受灾难性的内爆,导致所有五名乘员推定死亡。失败被认为是由于船体的实验性设计而发生的,它主要是由不太耐用、不太容易理解的碳纤维而不是传统材料制成。

潜艇'内爆'是什么意思?是什么原因导致水上潜水器发生内爆?它与爆炸有什么不同?很简单,内爆是爆炸的反面。在爆炸中,力向外作用,但在内爆中,力向内作用。当一个潜水器在海洋深处时,它经历了由于水压而在其表面产生的力。当这个力变得大于船体所能承受的力时,该船就会发生剧烈的内爆。

潜艇能够在如此破碎的深度航行的背后的工程,以及为什么泰坦号被推测为无法做到?关键是船体的设计,它可以保护船只不受试图压碎船体的巨大外部水压的影响。现有的大部分技术都是基于钢、钛和铝。这些材料在极端压力下的性能已被充分理解。然而,泰坦号的船体包含实验性的设计,它主要使用碳纤维,其优点是比钛或钢更轻,因此泰坦号可以有更多的空间供乘客使用。

然而,用于深海的碳纤维的特性并不那么好理解。它可以突然开裂和断裂。另外,泰坦号以前曾进行过几次深海潜水,这将促进船体的材料疲劳发生,使船体更容易发生灾难性的故障。像爆炸一样的内爆是非常激烈的。当船体在巨大的外部压力下破裂时,大量的能量被释放出来,而这五名乘员会立即死亡。乘员们不会有痛苦感受,也不会意识到是什么袭击了他们。

潜水器应具备哪些安全功能?弗西尔介绍称,首先是“适航性”,即是否适合使用,是否可安全操作,以及是否符合环境保护的要求。其次是耐压性。潜水器和潜艇的形状一般是球体或圆柱体,这种情况在几何上更能抵抗破碎的压力。“泰坦”号必须在4000米深度的海水中承受370巴的压力。船体的任何缺陷都可能导致瞬间内爆。

低于什么阈值,“非圆形”的几何形状才有缺陷?弗西尔表示,在几百米深处使用水下船只的行业通常会使用钢制船体,这种船体的不圆度阈值通常低于船只直径的0.5%。这个标准对于4000米深的泰坦号的压力船体是否足够安全?“泰坦”号是由碳纤维-钛复合材料制成的。与只用金属材料相比,设计和结构评估这些材料非常复杂。这就是为什么海洋之门为“泰坦”号配备了“实时船体健康监测系统”。

潜水器还需要有足够的氧气储备、可靠的主电源和备用系统,以及在断电的情况下有备用动力源(例如液压),这将有助于释放安全绳并升回水面。还有一点是潜水器需要具备安全系统。GPS、便携式卫星电话和自动识别系统都不能在水下使用,为此一些潜艇配备了遇险信标,相当于紧急无线电示位信标。

“泰坦”号的考察活动由美国海洋之门勘探公司组织。早在2018年,海洋之门的员工就对潜水器的安全表示了担忧。同年,30多名行业专家、海洋学家和探险家发表致海洋之门的公开信,他们对海洋之门无视标准认证流程表示担忧,并警告“实验性”方法可能会导致负面结果。不过,由于“泰坦”号在国际水域作业,它在技术上不受任何一个国家的法规管理。

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