สกรูที่อาจทำให้เรือดำน้ำไททันตกได้

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

ปรากฏการณ์นี้สามารถเปรียบเทียบได้กับภาพของธารน้ำแข็งที่มีรูบนพื้นผิว รอยแตกร้าวนี้ในตอนแรกมีขนาดเล็ก แต่เมื่อเวลาผ่านไปนานพอและแรงมากพอ รอยแตกร้าวจะค่อยๆ แตกออกเป็นบล็อกน้ำแข็งยาวหลายร้อยเมตร นำไปสู่การแตกร้าวของน้ำแข็งขนาดใหญ่

คาร์บอนไฟเบอร์เป็นที่รู้จักกันในเรื่องความแข็งแกร่ง แต่ไม่ใช่ความแข็งแรงในการบีบอัดที่เป็นกุญแจสำคัญในการทนต่อแรงกดดันที่ก้นมหาสมุทร แต่เป็นความแข็งแรงในการดึงที่ทำให้โครงไม่ยืดหรือแตกหัก

เส้นใยคาร์บอนคอมโพสิตจะแตกร้าวช้ากว่าเส้นใยคาร์บอนบริสุทธิ์ ทำให้กระบวนการแตกร้าวเกิดขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป รอยแตกร้าวในโครงสร้างมีขนาดเล็กเกินกว่าจะตรวจพบจากภายนอกได้ อัตราการแตกร้าวภายในชั้นเดียวกันของเส้นใยคาร์บอนจะเร็วขึ้นในแต่ละชั้น ทำให้รอยแตกร้าวค่อยๆ ขยายใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ จนโครงสร้างชั้นในสุดอ่อนแอมาก

เมื่อเป็นไปตามเงื่อนไขทั้งหมดแล้ว เพียงแค่การชนกันเล็กน้อย การผลักด้วยวัตถุใดๆ บนพื้นมหาสมุทร ก็เพียงพอที่จะทำให้ยานดำน้ำไททันพังทลายลงมาอย่างน่ากลัว และทำให้ผู้คนบนเรือเสียชีวิต 5 ราย

ในกรณีนั้น โครงสร้างคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์จะพังทลายลงอย่างกะทันหัน แม้ว่าการเดินทางครั้งก่อนๆ จะเป็นไปอย่างปกติก็ตาม นี่เป็นเหตุผลที่การเดินทางครั้งก่อนๆ ของไททันจึงเป็นไปอย่างปกติ แต่การเดินทางครั้งสุดท้ายในวันที่ 18 มิถุนายน เป็นช่วงเวลาที่ยานอวกาศถึงจุดแตกหัก

แม้ว่าจะมีช่องว่างระหว่างตัวเรือไททาเนียมและเปลือกนอกคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์อยู่บ้าง เพื่อไม่ให้รูสกรูทำให้เกิดรอยแตกร้าว แต่การเจาะเข้าไปในตัวเรือไททาเนียมยังทำให้เกิดสนิมบนโลหะได้เร็วขึ้นอีกด้วย

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 เนื่องมาจากการสัมผัสกันของวัสดุที่แตกต่างกันอย่างน้อย 2 ชนิด

ความเสี่ยงในวิธีนี้สูงกว่าการใช้สลักเกลียวด้วยซ้ำ รอยเชื่อมอาจมีพันธะโลหะที่ทำให้เกิดสนิมแพร่กระจายอย่างรวดเร็วเนื่องจากการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าเมื่อสัมผัสกับความชื้นสูง เพื่อลดความเสี่ยง ผู้ผลิตสามารถเคลือบรอยเชื่อมเหล่านี้ด้วยฟิล์มบางๆ ป้องกันการเสียดสีและการกัดกร่อน เพื่อปกป้องวัสดุและโครงสร้างในสภาพแวดล้อมที่สัมผัสกับความชื้นสูง แต่ยังไม่มีหลักฐานว่า OceanGate ได้นำมาตรการความปลอดภัยนี้มาใช้

การออกแบบเรือดำน้ำ Titan จากสิทธิบัตร OceanGate ฉบับดั้งเดิมแสดงให้เห็นว่าเรือลำนี้พัฒนาต่อยอดจากเรือดำน้ำลึก Alvin DSV รุ่นแรก ซึ่งยังคงใช้งานอยู่ในปัจจุบัน แทนที่จะใช้รูปทรงทรงกลมแบบเดิมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการต้านทานแรงดันจากทุกทิศทาง คุณรัชได้ดัดแปลงเรือ Titan ให้เป็นท่อเพื่อรองรับผู้โดยสารได้มากขึ้น

ปลายทั้งสองด้านของโถทำจากไทเทเนียม ส่วนโครงทรงกระบอกตรงกลางหุ้มด้วยคาร์บอนไฟเบอร์หลายชั้น หนาประมาณ 13 ซม. การออกแบบนี้ทำให้บล็อกกระบอกสูบตรงกลางกลายเป็นพื้นที่รับน้ำหนักหลัก ส่วนนี้เป็นส่วนที่ถูกแทรกแซงด้วยวิธีการยึดด้วยสลักเกลียวและการเชื่อม

การออกแบบเรือดำน้ำ OceanGate มีปลายทั้งสองด้านและวงแหวนซึ่งช่วยเสริมจุดเชื่อมต่อ ทำจากไทเทเนียม ภาพกราฟิก: Oceanliner Designs

การเคลือบคาร์บอนที่มีความหนา 13 ซม. อาจช่วยให้เรือมีความทนทานต่อแรงกดดันจากภายนอกมากขึ้น แต่ก็อาจทำให้เรือเปราะขึ้นโดยไม่ตั้งใจ และทำให้สังเกตเห็นรอยแตกร้าวเล็กๆ ภายในโครงสร้างชั้นได้ยากขึ้นด้วย

รอยต่อระหว่างตัวถังและหัวและท้ายที่ทำจากไทเทเนียมไม่ได้ถูกพิมพ์ 3 มิติจากชุดเดียว แต่ถูกเชื่อมเข้าด้วยกันโดยใช้กลไกการปิดผนึก ซึ่งมีความเสี่ยงที่จะทำให้โครงสร้างทางกลอ่อนแอลง โครงสร้างโดยรวมมีความอ่อนแอมากเนื่องจากการใช้วัสดุที่แตกต่างกัน เช่น คาร์บอนไฟเบอร์ ไทเทเนียม และกระจกอะคริลิก วัสดุแต่ละชนิดมีความแข็งแรง การขยายตัว และความเปราะที่แตกต่างกันในสภาพแวดล้อมเดียวกัน

นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติจึงเป็นที่นิยมสำหรับการผลิตตัวถังยานอวกาศ แม้ว่าจะมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าวิธีการประกอบหลายเท่าก็ตาม ด้วยเทคโนโลยีนี้ ผู้ผลิตเพียงแค่พิมพ์ 3 มิติเพียงครั้งเดียวก็ได้ผลิตภัณฑ์ที่สมบูรณ์ ไม่ว่าการออกแบบจะซับซ้อนเพียงใด โดยไม่ต้องเชื่อมหรือยึดด้วยสลักเกลียว ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงต่อโครงสร้างโดยรวม

ในสิทธิบัตร OceanGate ระบุว่าบริษัทได้ทดสอบเรือดำน้ำ Titan อย่างปลอดภัยที่แรงดัน 5,000 - 6,000 psi (400 เท่าของแรงดันบรรยากาศ) แรงดันในการทดสอบนี้เทียบเท่ากับแรงดันที่เรือดำน้ำจะเผชิญที่ความลึก 4,000 เมตร

แต่ในแง่ของกระบวนการประเมินความปลอดภัย นี่เป็นข้อผิดพลาดที่ร้ายแรงอย่างยิ่ง ผู้ผลิตมีหน้าที่รับผิดชอบในการตรวจสอบให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์สามารถทนต่อสภาวะที่รุนแรงกว่าการใช้งานปกติหลายเท่า OceanGate ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่า Titan สามารถทนต่อแรงดันได้อย่างน้อย 8,000-10,000 psi ก่อนที่จะอนุญาตให้ทำงานตามปกติที่แรงดัน 6,000 psi แทนที่จะปล่อยให้บรรทุกนักท่องเที่ยวได้ในระดับสูงสุดตามผลการทดสอบ

กลยุทธ์การตลาดของ OceanGate สำหรับ Titan และแพ็คเกจ ล่องเรือ สำรวจยังได้ตั้งคำถามว่าการตรวจสอบความปลอดภัยได้ดำเนินการตามมาตรฐานสากลหรือไม่

เศษซากจากเรือดำน้ำไททันถูกนำมายังท่าเรือเซนต์จอห์น ประเทศแคนาดา เมื่อวันที่ 28 มิถุนายน ภาพ: AP

OceanGate อ้างว่าเรือดำน้ำของตนนั้นใหม่มากจนเกินมาตรฐานความปลอดภัยทั่วไปและไม่สามารถให้หน่วยงานใดตรวจสอบได้ ในทางกลับกัน OceanGate ใช้คำว่า “โลหะผสมไทเทเนียม-คาร์บอนไฟเบอร์” ซึ่งยังไม่ได้รับการพิสูจน์ในสิทธิบัตร แทนที่จะนิยามวัสดุอย่างชัดเจนว่าเป็น “โลหะผสมไทเทเนียม” แทนที่จะเป็นไทเทเนียมบริสุทธิ์และคาร์บอนไฟเบอร์คอมโพสิต แทนที่จะเป็นคาร์บอนไฟเบอร์บริสุทธิ์

อันที่จริง ผู้ผลิตสามารถใช้วัสดุใหม่ที่แข็งแรง ทนทาน และแข็งกว่าได้ แต่จะต้องมั่นใจว่ามีมาตรฐานความปลอดภัยสูงกว่ามาตรฐานขั้นต่ำเสมอ การปรับปรุงตนเองและการกำหนดมาตรฐานความปลอดภัยของตนเองย่อมมีความเสี่ยงที่จะเกิดอุบัติเหตุได้เสมอ

บทความนี้แสดงถึงมุมมองของผู้เขียน Dang Nhat Minh ซึ่งปัจจุบันเป็นนักศึกษาปริญญาเอกที่ศูนย์วิศวกรรมพื้นผิวขั้นสูงของวัสดุของสภาวิจัยออสเตรเลีย (ARC SEAM) ซึ่งประจำอยู่ที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Swinburne ในเมืองเมลเบิร์น

ดัง นัท มินห์

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