สกรูที่อาจทำให้เรือดำน้ำไททันตกได้

ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าสกรูที่ยึดจอแสดงผลเข้ากับตัวถังของเรือไททันอาจทำให้เปลือกคาร์บอนไฟเบอร์ค่อยๆ อ่อนตัวลง และถูกบดทับใต้น้ำเมื่อถึงขีดจำกัด

โศกนาฏกรรมของเรือดำน้ำไททันที่ถูกจมลงสู่ก้นมหาสมุทรแอตแลนติกเมื่อวันที่ 23 มิถุนายน ดึงดูดความสนใจจากทั้งสื่อและผู้เชี่ยวชาญ นอกเหนือจากความคิดเห็นเกี่ยวกับข้อผิดพลาดในการออกแบบ ข้อผิดพลาดด้านโครงสร้าง หรือการดำน้ำลึกเกินไปของยานไททันแล้ว ผู้เชี่ยวชาญยังได้เสนอสมมติฐานเกี่ยวกับความล้มเหลวเนื่องจากวัสดุ (Materials Failure) อีกด้วย

แหล่งข้อมูลจำนวนมากระบุว่าผู้ผลิต OceanGate ได้ปรับเปลี่ยนเรือไททันจากจุดประสงค์การสำรวจระยะไกลทางวิทยาศาสตร์ไปเป็นการท่องเที่ยวโดยมนุษย์อย่างสุ่ม ภาพการสร้างเรือที่เผยแพร่โดย OceanGate แสดงให้เห็นหน้าจอแสดงผลสองจอที่ยึดเข้ากับตัวเรือโดยตรง ซึ่งถูกปกคลุมด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ที่ด้านนอก ตามที่ Stockton Rush ซีอีโอได้ลงโฆษณาไว้

จอแสดงผลทั้งสองจอถูกยึดด้วยสลักเกลียวกับตัวถังเรือและต่อด้วยมือ (ด้านบน) ในเรือไททัน ดังที่แสดงในวิดีโอแนะนำเรือดำน้ำไททัน ภาพถ่าย: OceanGate

นี่เป็นสิ่งต้องห้ามเนื่องจากคาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแกร่งกว่าเหล็กถึง 5 เท่าแต่เปราะมาก มักผสมกับกาวเรซินเพื่อยึดติดกับพื้นผิวของวัสดุที่จะหุ้มไว้ กระบวนการเคลือบนี้เกิดจากการซ้อนทับชั้นต่างๆ คล้ายกับการติดชั้นกระดาษด้วยกาว

โครงสร้างคาร์บอนไฟเบอร์จึงไม่ใช่แผ่นโมโนลิธิกบริสุทธิ์ แต่เป็นโครงสร้างคอมโพสิตของคาร์บอนไฟเบอร์กับเรซิน OceanGate ใช้ชื่อ "คาร์บอนไฟเบอร์คอมโพสิต" สำหรับวัสดุดังกล่าวในสิทธิบัตรที่ได้รับในปี 2021

เนื่องจากเป็นวัสดุผสม จึงมีช่องว่างเล็กๆ น้อยๆ มากมายในโครงสร้างคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งเรซินไม่สามารถเติมเต็มได้ OceanGate กล่าวว่าอัตราตำแหน่งว่างอยู่ต่ำกว่า 1% แต่ไม่มีการชี้แจงตัวเลขอย่างชัดเจน ความแตกต่างระหว่างอัตราส่วนช่องว่าง 0.99% และ 0.0000000000001% อาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อโครงโครงสร้างทั้งหมด รวมถึงอัตราการพังทลายของวัสดุด้วย

วิธีการเจาะและยึดตะแกรงเข้ากับตัวเรือจะทำให้เกิดรอยแตกร้าวเล็กๆ บนพื้นผิวคอมโพสิตด้านใน หลังจากดำน้ำไปเยี่ยมชมซากเรือไททานิคที่ความลึก 3,800 เมตร หลายครั้ง ตัวเรือไททานิคก็ต้องอยู่ภายใต้แรงกดดันอย่างหนักเป็นเวลานาน จนทำให้เกิดรอยแตกร้าวแพร่กระจายได้รวดเร็วเท่ากับกระจกที่แตก

ปรากฏการณ์นี้สามารถเปรียบเทียบได้กับภาพของธารน้ำแข็งที่มีรูอยู่บนพื้นผิว รอยแตกร้าวอาจเล็กในตอนแรก แต่เมื่อเวลาผ่านไป รอยแตกร้าวจะค่อยๆ แตกออกทีละน้อย หลังจากถูกทุบเป็นเวลานานพอ และด้วยแรงที่มากพอ จนน้ำแข็งที่มีความยาวหลายร้อยเมตรแตกออก ส่งผลให้น้ำแข็งแตกเป็นชิ้นใหญ่

คาร์บอนไฟเบอร์เป็นที่รู้จักกันในเรื่องความแข็งแกร่ง แต่ไม่ใช่ความแข็งแรงเชิงอัดที่เป็นปัจจัยสำคัญในการทนต่อแรงกดดันที่ก้นมหาสมุทร แต่เป็นความแข็งแรงเชิงดึงที่ทำให้กรอบไม่ยืดหรือแตกหัก

เส้นใยคาร์บอนแบบผสมมีรอยแตกร้าวช้ากว่าเส้นใยคาร์บอนบริสุทธิ์ ทำให้กระบวนการแตกร้าวเกิดขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป รอยแตกร้าวในโครงสร้างมีขนาดเล็กเกินกว่าจะตรวจพบได้จากภายนอก อัตราการแตกหักภายในชั้นคาร์บอนไฟเบอร์ชั้นเดียวกันจะเพิ่มขึ้นจากชั้นหนึ่งไปอีกชั้นหนึ่ง ดังนั้นรอยแตกร้าวจะยิ่งขยายตัวมากขึ้น จนทำให้โครงสร้างด้านในสุดอ่อนแอลงอย่างมาก

เมื่อเป็นไปตามเงื่อนไขทั้งหมดแล้ว แค่การชนเบาๆ หรือผลักวัตถุใดๆ บนพื้นมหาสมุทร ก็เพียงพอที่จะทำให้ยานดำน้ำไททันพังทลายลงมาอย่างน่ากลัว ส่งผลให้ผู้คนบนเรือเสียชีวิต 5 ราย

ในกรณีนั้น โครงสร้างคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์จะพังทลายลงอย่างกะทันหัน แม้ว่าจะไม่มีอะไรผิดปกติในครั้งก่อนก็ตาม สิ่งนี้ช่วยอธิบายว่าทำไมการเดินทางครั้งก่อนของไททันจึงเป็นปกติ แต่การเดินทางครั้งสุดท้ายเมื่อวันที่ 18 มิถุนายนเป็นวันที่เรือไปถึงจุดแตกหัก

แม้ว่าจะมีช่องว่างระหว่างตัวเรือไททาเนียมและเปลือกนอกที่เป็นคาร์บอนไฟเบอร์คอมโพสิตเพื่อให้รูสกรูไม่ทำให้เกิดรอยแตกร้าว แต่การเจาะเข้าไปในตัวเรือไททาเนียมก็ยังทำให้เกิดโอกาสเกิดสนิมบนโลหะได้เร็วขึ้นเช่นกัน

ไททาเนียมมีแนวโน้มเกิดสนิมน้อยกว่าเหล็กและทองแดง แต่สีของตัวเรือไม่ได้เป็นไททาเนียมบริสุทธิ์ แต่เป็นสีที่คล้ายกับโลหะผสมไททาเนียมตามที่ OceanGate โฆษณาไว้ หรือเป็นวัสดุเหล็กแข็งคล้ายกับที่กองทัพเรือสหรัฐฯ ใช้สำหรับเรือดำน้ำ

กระบวนการห่อคาร์บอนไฟเบอร์รอบตัวถังของเรือไททัน ที่มา: OceanGate

OceanGate อาจใช้โลหะผสมในการผลิตตัวเรือแทนไททาเนียมบริสุทธิ์เพื่อลดต้นทุนการผลิต แต่ก็ทำให้มีแนวโน้มเกิดสนิมมากขึ้นด้วยเช่นกัน ในกรณีนั้น ตำแหน่งสกรูจะมักเป็นตำแหน่งแรกที่เกิดสนิม ส่งผลให้มีความเสี่ยงที่สนิมจะแพร่กระจายและทำให้โครงสร้างโดยรอบอ่อนแอลง

OceanGate อาจต้องเพิ่มสกรูให้กับตัวเรือเพิ่มเติม เนื่องจากเรือถูกดัดแปลงให้รองรับนักท่องเที่ยว และจำเป็นต้องติดตั้งอุปกรณ์สังเกตการณ์เพิ่มเติม นอกจากนี้ที่ด้านประตูยังมีการเชื่อมกรอบที่ค่อนข้างหยาบโดยไม่มีการเคลือบสารป้องกันสนิมหรือป้องกันการสึกหรอเพิ่มเติม คล้ายกับการออกแบบการติดตั้งหน้าต่างบนระเบียงบ้าน

ในเทคโนโลยีวัสดุ ส่วนล่างของรอยเชื่อมเป็นส่วนที่เสี่ยงต่อการเกิดสนิมและการเสื่อมสภาพโครงสร้างมากที่สุด เนื่องมาจากการสัมผัสของวัสดุที่แตกต่างกันอย่างน้อยสองชนิด

ความเสี่ยงในวิธีนี้จะสูงกว่าวิธีการใช้สกรู รอยเชื่อมอาจมีพันธะโลหะซึ่งทำให้เกิดสนิมแพร่กระจายอย่างรวดเร็วเนื่องจากการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าเมื่อสัมผัสกับความชื้นสูง เพื่อลดความเสี่ยง ผู้ผลิตสามารถเคลือบรอยเชื่อมเหล่านี้ด้วยฟิล์มป้องกันรอยขีดข่วนและป้องกันการกัดกร่อนบางๆ เพื่อปกป้องวัสดุและโครงสร้างในสภาวะแวดล้อมที่สัมผัสกับอากาศ แต่ไม่มีหลักฐานว่า OceanGate ได้นำมาตรการด้านความปลอดภัยนี้มาใช้แล้ว

การออกแบบเรือดำน้ำ Titan จากสิทธิบัตร OceanGate ดั้งเดิมแสดงให้เห็นว่าเรือลำนี้สร้างขึ้นจากเรือดำน้ำลึก Alvin DSV รุ่นแรกซึ่งยังคงใช้งานอยู่ในปัจจุบัน แทนที่จะใช้รูปทรงกลมแบบเดิมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทนต่อแรงกดดันจากทุกทิศทาง นายรัชได้แปลงยานดำน้ำไททันให้มีรูปร่างเป็นท่อเพื่อให้สามารถบรรทุกผู้โดยสารได้มากขึ้น

ด้านข้างทั้งสองข้างของโถทำจากไททาเนียม ในขณะที่โครงทรงกระบอกตรงกลางหุ้มด้วยคาร์บอนไฟเบอร์หลายชั้น หนาประมาณ 13 ซม. บล็อกกระบอกสูบตรงกลางในการออกแบบนี้กลายเป็นพื้นที่รับน้ำหนักหลัก ในขณะที่พื้นที่นี้ได้รับการแทรกแซงด้วยการใช้สลักเกลียวและการเชื่อม

การออกแบบของเรือดำน้ำ OceanGate นั้นมีโถและแหวน 2 อันที่เสริมความแข็งแรงให้กับจุดเชื่อมต่อ ซึ่งทำจากไททาเนียม กราฟิก: Oceanliner Designs

การเคลือบคาร์บอนหนา 13 ซม. อาจช่วยให้เรือเพิ่มความทนทานต่อแรงดันภายนอกได้ แต่ก็อาจทำให้เรือเปราะขึ้นโดยไม่ตั้งใจ และทำให้สังเกตเห็นรอยแตกร้าวเล็กๆ ภายในโครงสร้างชั้นได้ยากขึ้นด้วย

ข้อต่อระหว่างตัวท่อกับหัวและหางไททาเนียมไม่ได้ถูกพิมพ์แบบ 3 มิติจากชุดเดียว แต่ถูกเชื่อมเข้าด้วยกันโดยใช้กลไกการปิดผนึก ซึ่งก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการทำให้โครงกลไกอ่อนแอลง โครงสร้างโดยรวมจะอ่อนแอมากเนื่องจากการใช้วัสดุหลายชนิดร่วมกันตั้งแต่คาร์บอนไฟเบอร์ ไททาเนียม และกระจกอะคริลิก วัสดุแต่ละชนิดจะมีความแข็งแรง การขยายตัว และความเปราะบางต่างกันเมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมเดียวกัน

นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติจึงได้รับความนิยมในการผลิตตัวยานอวกาศ แม้ว่าจะมีราคาแพงกว่าวิธีการประกอบหลายเท่าก็ตาม ด้วยเทคโนโลยีนี้ ผู้ผลิตจำเป็นต้องพิมพ์ 3 มิติเพียงครั้งเดียวก็ได้ผลิตภัณฑ์ที่สมบูรณ์ ไม่ว่าการออกแบบจะซับซ้อนเพียงใด โดยไม่ต้องเชื่อมหรือขันสกรูใดๆ ช่วยลดความเสี่ยงต่อโครงสร้างโดยรวมได้

ในสิทธิบัตรของตน OceanGate ระบุว่าบริษัทได้ทดสอบยานดำน้ำ Titan อย่างปลอดภัยที่ความดัน 5,000 - 6,000 psi (มากกว่าความดันบรรยากาศ 400 เท่า) แรงดันในการทดสอบนี้เทียบเท่ากับแรงดันที่เรือต้องเผชิญที่ความลึก 4,000 เมตร

แต่สำหรับกระบวนการประเมินความปลอดภัย นี่เป็นข้อผิดพลาดที่ร้ายแรงมาก ผู้ผลิตต้องรับผิดชอบในการรับรองว่าผลิตภัณฑ์จะสามารถทนต่อสภาวะที่รุนแรงได้มากกว่าที่คาดไว้ภายใต้การใช้งานปกติหลายเท่า OceanGate ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่า Titan จะสามารถทนต่อแรงดันอย่างน้อย 8,000-10,000 psi ก่อนที่จะอนุญาตให้ทำงานตามปกติที่ 6,000 psi แทนที่จะให้บรรทุกนักท่องเที่ยวได้ในระดับสูงสุดตามผลการทดสอบ

กลยุทธ์การตลาดของ OceanGate สำหรับเรือไททันและแพ็คเกจล่องเรือสำรวจยังได้ตั้งคำถามว่าการตรวจสอบความปลอดภัยได้ดำเนินการตามมาตรฐานสากลหรือไม่

เศษซากจากเรือดำน้ำไททันถูกนำมาที่ท่าเรือเซนต์จอห์น ประเทศแคนาดา เมื่อวันที่ 28 มิถุนายน ภาพ : เอพี

OceanGate อ้างว่าผลิตภัณฑ์ใต้น้ำของตนยังใหม่มากจนเกินมาตรฐานความปลอดภัยทั่วไป และไม่สามารถได้รับการตรวจสอบโดยหน่วยงานใด ๆ ได้ ในทางกลับกัน OceanGate ใช้แนวคิดที่ยังพิสูจน์ไม่ได้ของ “โลหะผสมไททาเนียม - คาร์บอนไฟเบอร์” ในสิทธิบัตร แทนที่จะระบุวัสดุอย่างชัดเจนว่าเป็น “โลหะผสมไททาเนียม” แทนที่จะเป็นไททาเนียมบริสุทธิ์และคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ แทนที่จะเป็นคาร์บอนไฟเบอร์บริสุทธิ์

ในความเป็นจริง ผู้ผลิตสามารถใช้วัสดุใหม่ที่แข็งแกร่ง ทนทาน และแข็งกว่าได้ แต่พวกเขาจะต้องรับรองมาตรฐานความปลอดภัยให้สูงกว่าขั้นต่ำเสมอ การทำเองและกำหนดมาตรฐานความปลอดภัยของตนเองมีความเสี่ยงที่จะเกิดอุบัติเหตุได้

บทความนี้แสดงถึงมุมมองของผู้เขียน Dang Nhat Minh ซึ่งปัจจุบันเป็นนักศึกษาปริญญาเอกที่ศูนย์วิศวกรรมพื้นผิวขั้นสูงของวัสดุของสภาการวิจัยออสเตรเลีย (ARC SEAM) ซึ่งตั้งอยู่ที่ Swinburne University of Technology ในเมืองเมลเบิร์น

ดัง นัท มินห์

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