“泰坦”号潜水器——通向死亡的“海洋之门”

Chris Palmer

工程（英文） ›› 2024, Vol. 32 ›› Issue (1) : 1 -4.

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工程（英文） ›› 2024, Vol. 32 ›› Issue (1) : 1 -4. DOI: 10.1016/j.eng.2023.11.004
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“泰坦”号潜水器——通向死亡的“海洋之门”

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Like the Titanic, Flawed Engineering—and Hubris—Doomed the Titan

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Chris Palmer. “泰坦”号潜水器——通向死亡的“海洋之门”[J]. 工程（英文）, 2024, 32(1): 1-4 DOI:10.1016/j.eng.2023.11.004

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2023年6月18日清晨，在遥远的加拿大纽芬兰海岸，“泰坦”号深海潜水器开始朝着北大西洋深处下潜。船上搭载着“泰坦”号的发明人、飞行员Stockton Rush以及四名“任务专家”，其中有几位可能支付了每人25万美元的高额费用，目标是陪同Rush前往神秘的“泰坦尼克”号沉船事故现场。然而，大约两个小时后，“泰坦”号的母船——加拿大轮船“极地王子”号——却突然失去了与潜水器的联系。在接下来的四天时间里，一场疯狂的搜救行动随之展开，最终人们意识到“泰坦”号潜水器在大约3000 m的深海发生了内爆[1]，导致船上人员全部遇难。搜索人员在距离“泰坦尼克”号船头仅500 m的地方发现了“泰坦”号的残骸[2]。
全世界都在震惊中密切关注着这场搜救行动，关于它的新闻每天都在更新，人们期待着奇迹的降临，希望乘客能够平安回家。然而，对于那些深海潜水的专业群体和团队而言，在祈求和祝福之外，对发生这样的事故却并不感到意外。相反，多年来，他们亲眼见证了这场灾难是如何一步一步来临的。他们中的某些人曾数次恳求Rush重新考虑“泰坦”号那些新奇的设计，提出让第三方机构来检测和认证船只的安全性。但是，最坏的情况还是发生了，这也引发了人们对于民用潜水器是否需要进行额外监管的争论。“泰坦”号或许能与2018年、2019年发生的两起波音737 Max空难事故[3]，2021年瑟夫赛德市公寓坍塌事故[4]，甚至更古老的1912年“泰坦尼克”号冰山撞沉事故一起，为今后的工程伦理教科书提供一个可供借鉴和参考的条目。
“泰坦”号事故发生之前的近50年时间里，尽管每年潜水的次数增加了2000% [5]，但在此期间载人潜水器从未发生过人员死亡的事故。此外，在人类93年载人深潜的历史中，也从未出现过潜水器内爆的情况。美国北卡罗来纳州布伊斯克里克坎贝尔大学历史学副教授兼航海专家Sal Mercogliano说：“使用以前从未尝试过的设计无疑是狂妄自大的——其他所有潜水器都是泡影。”
海洋之门勘探公司（OceanGate Expeditions，美国华盛顿州埃弗雷特）是“泰坦”号的实际所有者和运营商，Rush在其中担任首席执行官。该公司于2021年开始为付费客户提供“泰坦尼克”号探险之旅[6]。目前搭载游客的大多数潜水器都只下潜到海洋深度500 m左右，以探索珊瑚礁和其他自然现象为主[7]。与“泰坦”号相比，世界范围内还有大约10艘深海潜水器被用于开展科学研究工作[5]。它们下潜的深度可达4000 m左右，具备球形设计，钛、钢或铝结构，都通过第三方机构进行了设计认证以验证其安全性。虽然海洋之门公司曾经对外宣称“泰坦”号也能下潜到同样的深度，但这样的下潜能力、安全设计以及必要的检测都是它所欠缺的。
球体是深海船只最理想的形状，在水下，它在任何一个方向上所承受的压强都是相等的。但是为了增加载客能力，“泰坦”号的设计者却选择了一种新颖的圆柱形设计（图1）。Rush是一名航空航天工程师，也曾是一名飞行试飞员和风险投资家，他十分赞同 “泰坦”号的圆柱形船体的主体使用碳纤维复合材料，两端使用钛盖密封。在航空航天领域，碳纤维因其强度重量比优势明显而备受推崇，设计师尽可能地使用碳纤维来减轻飞机的质量。轻盈的船体使“泰坦”号具有中性浮力，能够在最小程度地使用电动推进器的情况下保持下潜深度，让有限的电池电量发挥最大效益[8]。
成本是选择碳纤维作为船体的另一个重要因素。“当你爬进一个球形潜水器时，脑海中浮现的词是‘幽闭恐惧症’。”Mercogliano说，“这是一个小小的球。为了让它更大，并容纳更多的人，你必须把球体做大。这项花销将非常非常昂贵，而使用碳纤维有助于实现这一目标。”
然而，将潜水舱的空间结构变为圆柱体会改变不同部件在深海中所承受的压强，船体中部的水压不断增加，使得该区域要承受更高的疲劳和分层载荷。像“泰坦”号这样的碳纤维结构圆柱形船体在不断重复的潜水中要如何应对这些问题，依旧没有明确的答案。由于采用碳纤维是一种全新的尝试，工程师还没有全面研究和掌握碳纤维结构在深海压力下承受反复循环的压缩应力的能力[9]。
用碳纤维建造“泰坦”号12.7 cm厚度的船体是一个极具挑战的过程。为了建造船体，需要将480层交织的碳纤维缠绕在长度约2.5 m、直径为1.4 m的金属芯圆柱体上，用环氧树脂粘合，用塑料袋装，放置于137℃的烘箱中固化7天[10]。期间任何错误都将无法更改，因此完美的一致性是工程中最核心的目标。Mercogliano指出，为了确保船体的完整性，必须使用热成像、X射线或超声波对其进行扫描，以便及时发现任何潜在的缺陷。该公司可以在每次潜水后通过扫描来监测和解决这些问题。“水最终会找到裂缝。”他说，“他们不够幸运。存在误差总是致命的，顷刻间发生的故障造成了灾难性的后果。”
2018年曾有一篇新闻[11]报道称，2015年海洋之门公司在压力室中对三分之一比例的“泰坦”号模型进行了四次严格的测试，“验证了碳纤维是一种可行的船体设计材料”。随后公司对外界宣布[11]，作为“泰坦”号“全面测试计划”的一部分，全新问世但并未搭载过人员的潜水器通过了测试，验证了船体能够下潜至4000 m深度，随后将由Rush独自驾驶潜水器开展载人测试。
在最后一次的“致命下潜”之前，大约有二十多次的探险让“泰坦”号的船体反复承受压力。尽管如此，海洋之门公司却从未对船体进行过扫描。这需要通过第三方权威机构[如挪威船级社（DNV）]的认证。DNV是一家总部位于挪威的国际海洋船级社，因其制定了海事安全的黄金标准而被业内广泛认可[5]。尽管“泰坦”号从未进行过专业认证，但在公司的宣传材料中，却声称该船“将达到或超过DNV-GL的安全标准”[12]。
英国普利茅斯大学机械和海洋工程专业副教授Jasper Graham-Jones指出：“扫描并不昂贵，也并非多难的事情。这都是标准化的流程，可他们拒绝这样做。”相反，海洋之门公司在潜水器设计方面的另一个首创之处是，依靠“实时船体结构健康监测”，将声学传感器和应变计放置于船体各处[11]。如果碳纤维丝开始断裂，就会发出警报。这样的实时监控“确实是个不错的主意”，Graham-Jones说，“但问题是，当裂缝开始出现时，一切都已经来不及了。”
2018年1月，时任海洋之门海洋业务总监兼首席领航员，同时也是著名的工程师，在潜水器建造和驾驶领域深耕三十年的业内资深人士David Lochridge应Rush的要求编写了一份内部报告，他在报告中指出，“泰坦”号船体的碳纤维已经出现明显老化，布满了气隙和分层[5,12]。他认为，解决问题的唯一方法是推翻重来。此外，他还指出了二十多个需要立即关注并调整的项目，包括螺栓缺失、电池固定不当、用拉链把组件绑在潜艇外部、O形环槽加工不当以及密封件松动等[5,12]。海洋之门公司在收到Lochridge报告后就解雇了他，Lochridge声称这是对他指出“泰坦”号安全缺陷的报复[13]。此后，Lochridge向美国职业安全与健康管理局（OSHA）提交了他的报告，但在被海洋之门起诉后，他最终撤回了举报。曾有报道称，OSHA已经将报告的一份副本交给了美国海岸警卫队[12]。
一些外部团体也向海洋之门公司提出过警告，如果不对该深潜器进行第三方认证，可能会导致灾难性的后果。其中，一个由3800名海洋工程师、技术专家、政策制定者和教育工作者组成的国际社区海洋技术协会（Marine Technology Society，美国华盛顿特区）于2018年致信Rush，表达了对“泰坦”号缺乏认证的担忧[14‒15]。他们在信中提到“虽然这可能需要花费额外的时间和费用，但我们一致认为，第三方认证是保护潜水器乘员安全的最核心保障。”
仗着自己曾经作为航空航天工程师的培训经验，Rush并不认同对“泰坦”号进行安全认证是必要和合理的，相反，他辩称监管过程非常耗时且扼杀了创新[12]。“这件事给我们的教训是，工程师应该将安全放在首位，尤其是当他们沉醉于商业世界并试图推广自己的发明时。”美国弗吉尼亚大学工程与应用科学院应用伦理学名誉教授Deborah Johnson说。
尽管海洋之门公司和Rush均无视外部专家关于聘请第三方机构对“泰坦”号进行安全性认证的强烈建议，但与开展太空旅游的公司不同[16‒17]，没有任何法规或监管机构来阻止海洋之门持续服务那些愿意支付高昂费用进行深海潜水的乘客。“‘泰坦’号是一艘装载在其他船只上的潜水器，它到底应该受到怎样的监管？谁又应该对此负责呢？” Mercogliano指出，“它是在美国建造的，其母公司注册地为巴哈马群岛，存放于一艘加拿大船只拖出的驳船上，再由加拿大港口驶出。关于由谁来监管参观‘泰坦尼克’号的潜水器，这里存在着很多监管的灰色地带。”
尽管缺乏有效监管，但在救援行动中，至少有四个国家——美国、加拿大、英国和法国——迅速实施了大规模的搜救，动用了飞机、轮船和水下遥控潜水器（ROV）[18]等大量资源，整个行动估计耗资数千万美元[18‒19]。
Mercogliano预言，就算发生了这样的悲剧，但在未来几年中，前往深海旅游的人数并不会减少，反而会出现增长。他说：“如果人们想去‘泰坦尼克’号探险，他们还会想去‘胡德’号和‘俾斯麦’号，以及那些太平洋上的沉船。”无论如何，“泰坦尼克”号可能还需要很长一段时间才能迎来新的人类访客。目前，尚未有任何针对“泰坦尼克”号筹备的载人科学考察计划[20]，而原定于2024年实施的从沉船中取回文物的商业探险活动则必须通过美国政府设置的法庭答辩环节[21]。
不出所料，海洋之门公司于2023年7月初停止了所有勘探和商业运营活动[22]。“泰坦”号的碎片和一些“人类遗骸”现已被ROV找到，美国海岸警卫队、美国国家运输安全委员会和加拿大运输安全委员会将对这起事故进行联合调查，耗时可能长达两年[23]。至少在短期之内两艘著名沉船的残骸在北大西洋底部一个深邃而孤独的地方会紧密地挨在一起，实在令人扼腕叹息。这一悲剧验证了潜水器界在设计上“相当保守”的原因。正如Graham-Jones所说：“个人的能力始终有限，‘泰坦’号已经向我们证明，进行多方制衡确实是一件好事。”

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用
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