给孩子的科技周刊
文|吴京平
知名职业科普作家，超人气科学节目主播
近日，到海底追寻“泰坦尼克号”残骸的“泰坦号”深潜器一去不复返，船上乘客全部遇难。“泰坦号”及其所属公司与“泰坦尼克号”有何渊源？这个事是怎么回事，事故发生可能的原因是什么？事故之前该公司就收到过警告，这和“泰坦尼克号”沉船事件有着相似之处，那么“泰坦号”的设计暴露了哪些缺陷？来听博雅科技新闻导师吴京平老师讲一讲。
01
与泰坦尼克号的渊源
6月18号，海洋之门公司的深海观光深潜器“泰坦号”在“泰坦尼克号”残骸附近，发生灾难性事故，船上乘客全部遇难。到了6月22日，深潜器的碎片就在距离泰坦尼克号残骸不远的地方被发现。
当时，泰坦号深潜器上一共有5名乘客。一个是海洋之门公司的CEO斯托克顿·拉什，他今年61岁；第二个是保罗-亨利·纳若莱，今年已经77岁了，是法国海军退役潜水员，法国深海潜水界的知名前辈，曾参加1987年对泰坦尼克号沉船的第一次探测；第三位是英国探险家哈米什·哈丁，他是58岁，曾多次前往南极。
最后两位是一对父子，他们是巴基斯坦裔的英国富商沙扎达·达伍德和他19岁的儿子苏勒曼·达伍德。《自然》杂志还专门写了篇文章悼念沙扎达，因为他为巴基斯坦的科学教育和研究项目提供了不少资助。他出资建了一所大学，一所女子学校和一座博物馆。
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五位遇难者，从左至右：哈米什·哈丁、沙扎达·达伍德、苏勒曼·达伍德、保罗-亨利·纳若莱、斯托克顿·拉什
不管怎么说吧，这些乘客都是有钱人，有钱人的玩具就跟我们普通人不太一样。他们这一次是乘坐泰坦号深潜器，到泰坦尼克号残骸附近去打卡拍照，海洋之门公司希望把泰坦尼克号残骸打造成一个热门的旅游景点。
大家可能觉得这话比较绕嘴，这个泰坦号跟泰坦尼克号到底是个啥关系啊？“泰坦”实际上是古希腊神话中的巨人神族，所以这个词有了不起、伟大、巨大的意思。那艘著名的沉船泰坦尼克号的名字就来自于泰坦这个词，泰坦尼克实际上是泰坦的形容词。而且泰坦这个词也是金属元素钛名字的来源。这是一种非常重要的金属，我们这一集会提到它好多次。
总之，泰坦、泰坦尼克、钛元素，其实都是词出同源。海洋之门公司之所以给自己的深潜器起名字叫做“泰坦”，肯定是跟泰坦尼克号是相呼应的。
这个海洋之门公司的CEO，即这次事故的遇难者之一拉什和泰坦尼克号也有非常密切的关系。
不知道大家有没有看过当年那部爆热的电影《泰坦尼克号》，电影里面有一个镜头，当这艘巨轮缓缓沉没的时候，一对老夫妇躺在床上，旁边的水位越来越高，他们相拥在一起，安然地等待着死亡的降临。这两位老人是有真实原型的，他们可不是一般人，他们就是美国著名的梅西百货的创始人，在当时可以算是大富豪。他们为了让更年轻的人逃生，决定留在船上让出了自己宝贵的名额。
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在泰坦尼克号沉船中遇难的两位老人，他们的曾曾孙女是海洋之门公司CEO拉什的妻子
他们的曾曾孙女，就是这个海洋之门公司CEO拉什的妻子，也是海洋之门勘探公司的通信主管。难怪这个拉什对泰坦尼克号如此热衷。当然了，祖辈的渊源并不是决定性因素，决定性因素是钱，因为深海观光会是一门非常大的生意。要知道，这种探险船船票可不便宜，一张票10天行程是25万美元，换算成人民币大概是180万吧。
02
散落在泰坦尼克号旁
这艘泰坦号深潜器长度大概是6.7米，直径大概是2.7米。形状像个胶囊，一个圆筒子，一头是半球，一头是一个上翘的尖锥形。球形的一头有个不大的玻璃窗，算是唯一能看到外界的窗口。这个深潜器上还有几对推进器，有管前进后退的，有管上升下降的。
这艘船尺寸不大，内部空间就更加狭窄。里边根本没有座位，5个乘客盘腿坐在地板上，墙上装了两个大屏幕，挂下来一根电线，连接着一个游戏手柄。没错，就是市面上常见的游戏机手柄，也是这艘深潜器唯一的操控装置。
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海洋之门CEO拉什曾在泰坦上展示其内部情况
泰坦尼克号的残骸现在位于加拿大纽芬兰岛南边640多公里的地方，就在3800米的水下。在这个深度，海水的压强就相当于在你肩膀头上站着35头大象。
泰坦号由一艘母船运载着，来到泰坦尼克号残骸附近海域，开始准备下潜。起重机把泰坦号连同长方形的潜水底座放进海里，潜水底座带着泰坦号下潜，到了一定深度，底座和泰坦号脱离，泰坦号自己继续下潜。在海底无法靠无线电保持联络，他们只能利用超声波来完成通信。
按理说，差不多两个小时能到残骸处，可是在1小时45分的时候，泰坦号和母船失去联系，一点声音都没了。
美国和加拿大的海岸警卫队开始搜寻这艘深潜器的痕迹，最后发现，这艘深潜器已经被海水巨大的压力压扁了，泰坦号的残骸散落在了距离泰坦尼克号残骸不远的地方。也就是说，这个地方又多了一艘船的残骸，这真是一次不幸的灾难。
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事故原因是什么？
有专家做过计算，在3000多米的水底，如果深潜器的耐压壳顶不住水的巨大压力的话，只要大概一毫秒的时间，就被彻底压扁了。所以泰坦号会瞬间和母船失去联系，里面的人来不及发出任何求救信号。
现在加拿大的相关部门已经开始着手调查这次事故的真正原因了。
不过呢，在调查结果出来之前，已经有很多业内人士发表了自己的意见。比如说《泰坦尼克号》这部电影的导演詹姆斯·卡梅伦，要知道他为了拍电影，可是乘坐着苏联的和平号深潜器多次深入到了泰坦尼克号残骸周围去拍摄素材。后来他还专门打造了一艘深海探险者号深潜器，他自己一个人乘坐这艘深潜器，下到了世界上最深的马里亚纳海沟的“挑战者海渊”。要知道，挑战者海渊可是有1万多米深，比泰坦尼克号残骸所在的深度要深得多。所以他也是深潜器方面的行家里手。
根据卡梅伦给出的意见，泰坦号深潜器最大的败笔就是在关键耐压材料上用了碳纤维。要知道，球形结构是最耐压的结构了。过去的深潜器的核心舱室全都是用合金钢或者钛合金制造的球型核心舱。钛合金当然是最好的，合金钢当然也行，只是重量更大。比如我国的奋斗者号深潜器，核心舱就是一个直径2.1米的钛合金球，壁厚105mm，奋斗者号可以下潜到万米深海。
詹姆斯·卡梅伦
所以啊，要去看Titanic，就离不开Titanium，这几乎是深潜器行业的惯例了。可是这个海洋之门公司偏偏就是不信邪，就是要剑走偏锋。一来他们没有选择球形的核心舱，而是做成了胶囊的形状，二来还采用了非常另类的碳纤维作为主要材料。一头一尾两个半球倒是钛合金造的，但是中间的拉长管身却是碳纤维缠绕出来的。胶囊形状肯定不如球形的结构更加坚固。碳纤维和钛合金如何衔接也成了难题。
04
为什么不用钛合金？
泰坦号为什么不全用钛合金造呢？我猜是因为两个原因，首先是球形的容积太小，塞不下更多的人。塞的人越少，船票钱就贵了，可能船票就卖不出去。中国的蛟龙号算是比较宽敞了，也只能挤进3个人。你要塞5个，那就不够用了。没办法，他们只能把一个钢球切两半，中间塞进一段碳纤维管子拉长尺寸，这样容积勉强够了。
第二个难题是加工。这么厚的钛合金板要想弯曲过来，焊接成型，是非常麻烦的事，全世界也没有几家厂家能做。我国也是刚刚在这个领域取得突破没多长时间。蛟龙号的钛合金球还是请俄罗斯帮忙焊接成型的，奋斗者号就是我们自己建造了。
中国蛟龙号和奋斗者号载人潜水器
但是海洋之门这家公司根本没有这个实力，于是他们就打算另辟蹊径，采用碳纤维来制造这个中心舱段。碳纤维是非常常见的航空材料。重量轻，强度大。飞机上用的很多，但是几乎没人用在潜水装置上。究其原因，就跟碳纤维的制造方式有关。
碳纤维复合材料可不是像金属那样铸造或者是锻造出来的，金属材料非常均匀，可是碳纤维就不是了，说白了，这东西就是用碳纤维丝编制成布，然后用特殊的环氧树脂胶把碳纤维布粘在模具上，一层一层的粘上去。最后放进特殊的加热舱室里，热烘成型。有不少羽毛球拍就是碳纤维做成的，大家不妨去研究研究，你还可以看见布的纹理。
下面问题就来了，正因为碳纤维复合材料是一层层缠绕制造出来的，这种材料的一个特点就是抗拉性能无比强悍，但是抗压性能就有点拉跨了。大家不妨想象一下，一本很厚的书，你从侧面施加压力的时候，书页很容易就拱起来了，每一页之间出现了空隙。碳纤维复合材料也是一样的，一个碳纤维管子，在压力机上做测试的时候，当管子正面的压力达到一定程度，管子侧面的碳纤维出现了分层现象，原本紧紧粘在一起的碳纤维布全都被一层层撕开了，导致强度急剧下降。
拉什作为海洋之门公司的CEO，偏偏就选中了碳纤维复合材料。中段的碳纤维管壁厚度达到了5英寸，也就是12.7厘米。因为碳纤维都是用在航空上，讲究的就是轻薄，没人把它做成砖头那么厚。
钛环被安在碳纤维圆筒之上。图源：海洋之门公司
由此就带来了第三个大麻烦，那就是这个碳纤维材料没法做检测。
要知道，不管是钛合金也好还是合金刚也好，都是非常均匀的单一材料，内部几乎没有什么损伤。脆弱的部分就是金属材料的焊缝。焊隙是可以用超声波去进行探伤的，里面如果有缺陷，可以探查出来。而且金属材料如果产生了疲劳，可以看到出现微小裂缝，可是碳纤维复合材料的缺陷你平常根本就看不到。如果碳纤维复合材料在缠绕的时候有缺陷，比如缠绕的时候布没有拉平，内部有皱纹，或者有其他什么缺陷，你从外边根本看不见。
当然，对于很薄的碳纤维材料，你还是可以用超声波去探伤。看看内部有没有缺陷。如果发现内部有缺陷的话，整块材料都只能报废，不能用了。可是海洋之门的碳纤维耐压舱段有12.7厘米厚，这东西简直是个“千层饼”，碳纤维层数太多了，这就给超声波探伤带来了非常大的麻烦。正因为这艘深潜器是在极高的海水压力之下，是在极其苛刻的条件之下工作，有一点瑕疵就可能要了命。所以在深潜器这个行业，没人敢用碳纤维作为承受压力的材料。可是海洋之门这家公司人家就这么干了。
05
与泰坦尼克号事故的相似性
当然，海洋之门这家公司也做了一个大胆的创新，那就是在碳纤维缠绕的时候在里面埋进了声音传感器。如果在海水的高压之下，碳纤维内部发生损伤，是会有声音发出来的，如果我们探听到这些微小的声音，那就立刻报警。不要再继续下潜了，我们马上上浮，这样的话就可以避免危险。
但是海洋之门公司连测试设备都没有，在深海下，这套系统能不能如他们所预料的那样发出报警，根本没人知道。有一位工程师提出了忠告，结果他转眼之间就被公司炒了鱿鱼，还由此引发一场官司。
一艘船舶的设计合理不合理，是不是足够安全，那是要通过船级社的评估的。这一套船舶的安全标准规范，还恰恰是因为泰坦尼克号的海难才逐渐引起大家的重视，才逐渐完善起来。海洋之门的这艘泰坦号深潜器在通过船级社评估的时候，只达到1400多米的标准。达不到下潜到水下4千米的标准。但是人家就是不管不顾的，开始组织旅游业务。他们组织下潜了几十次，并不是每一次都到4千米这么深，所以侥幸没出什么大事。大概是有3次达到了泰坦尼克号的深度。
要知道，这艘深潜器的耐压壳在经历了海水压缩，浮上海面以后又放松，再压缩再放松，如此循环几十次，碳纤维内部就会出现缺陷。从现实情况来看，那套声音报警传感系统没能发挥任何作用，等听到碳纤维壳体发出的细小破损声的时候，整艘潜艇就已经被压扁了。所以这一次事故之中的5个人没能发出任何消息，瞬间就失联了。
可以说，这次泰坦号事故的原因和当年泰坦尼克号事故的原因有相似性，有无数人提前发出了警告，但是没有被重视。最后悲剧就发生了，这家公司的CEO拉什自己也把命搭上了。
所以我们要明白一个道理，创新不是蛮干，前人留下的经验，留下的安全规范，都是血泪的教训换来的。我们还是要对大自然，对未知世界，对前人的经验，保持足够的敬畏才行。
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