深海潜水器应具备哪些安全功能

“泰坦”号在下降到“泰坦尼克”号残骸附近时发生内爆，5名乘客全部遇难。
图片来源：美国有线电视新闻网

科技日报记者 张佳欣　　

　　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。

　　“泰坦”号悲剧背后有许多问题值得探讨与思索。比如，如何理解“灾难性内爆”？一艘潜水艇应该具备哪些安全功能？

　　什么是“灾难性内爆”？

　　澳大利亚阿德莱德大学机电工程学院副教授埃里克·弗西尔23日发表在《对话》杂志上的文章称，大多数在深海作业的潜水器和潜艇都有一个由高屈服强度的单一金属材料制成的压力容器。对于下潜相对较浅的深度（大约小于300米）的潜水器，其压力容器材料通常是钢；对于较深的深度，则用钛。

　　钛或厚钢的压力容器通常是球形的，可承受在3800米的深度（“泰坦尼克”号残骸所在的深度）可能出现的破碎压力。然而“泰坦”号却不同。弗西尔表示，它的压力容器是由钛和复合碳纤维组合制成的。从结构工程的角度来看，这有点“不寻常”，因为在深潜的情况下，钛和碳纤维是具有巨大不同特性的材料。

　　钛是有弹性的，可适应更大范围的压力，在恢复到大气压力后不会留下任何可测量的永久应变（或称“塑性应变”）。它会收缩以适应压力，并在压力减轻时重新膨胀。而碳纤维复合材料要硬得多，与钛的弹性不一样。

　　弗西尔指出，几乎可以肯定的是，由于这些材料之间的差异，完整性会受到某种程度的损失。复合材料有可能出现“分层”，导致增强层的分离。这将产生一个缺陷，即由于水下压力而引发瞬间内爆。在不到一秒钟的时间里，这艘潜水艇会被3800米水柱的重量压倒，它将立即塌陷。

　　弗西尔还表示，内爆本身会在不到20毫秒的时间内杀死所有人，人脑甚至无法以这种速度处理信息。尽管结局是毁灭性的，但这或许在某种程度上让“泰坦”号的乘客们免受可怕而漫长的折磨。

　　深潜器安全性值得研究

　　“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。

　　那么，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。

　　那么，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。

　　为什么亿万富翁爱冒险？

　　“泰坦”号潜水器的悲剧也使人们意识到世界上最富有的群体之间日益增长的极限旅游趋势。“泰坦”号潜水器内部令人震惊，它没有椅子，以密封袋为厕所，却需要5名乘客每人支付25万美元购买船票。

　　心理学家斯科特·莱昂斯博士解释说，新技术使富人有条件追求越来越危险的刺激，如太空旅行、深海探索和极限运动。寻求刺激的行为产生于大脑杏仁核区域，会引发多巴胺、肾上腺素和血清素等的释放，能缓解疼痛、产生对无聊或麻木的暂时逃避感和权力感，这会让人上瘾。然而，这种兴奋是短暂的，只持续约60至90秒。