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現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者
在陸上放置中的泰坦號深潛器。留意前方出入口就在前部鈦合金製耐壓半球上,如此大面積又不能封死的出入口,可能會成為耐壓結構的隱患。(圖片來自Twitter)
6月18日載著三名富豪下潛前往鐵達尼號殘骸「參觀」期間失蹤的「泰坦號」商業載人深潛器,經過美法加三方聯合搜救多時後,最終於星期五早上,美國海岸防衛隊召開記者會,宣佈已在鐵達尼號船艏殘骸半公里左右的地方,發現泰坦號潛航器的部分殘骸,並證實五名乘客已經遇難,事實上,在潛艇耐壓殼被壓毀的那一刻,內爆的壓力與高溫對肉體可造成摧毀性的破壞力,包括OceanGate Expeditions 的CEO拉許(Stockton Rush)在內的五位乘客基本上是連痛感都沒來得及產生,就已經喪命了。
當然,隨著更多資料與片段的曝光,讓人覺得這根本不是單純的事故了,而是一連串所謂「創造性思維」的人禍導致的。
蘇芬合製,1987年服役的和平號深潛器。頂上的開口為耐壓球入口、求救訊標及應該是聲學傳訊系統的收發器。其內部儀器多且較局促,但至少有位置讓他們坐下或企立,且有比較足夠的維生設備,連簡易廁所(就是類似飛機上的吸管)都有。留意左圖穿藍色工作服者,應該是俄國總統普京。(圖片來自連結1及連結2)
設計理念「超前」 問題百出?
發生事故的深潛觀光潛艇泰坦號,其設計理念和安全冗餘規格可說是超出一般認知以外,甚至根本無視任何載人複雜載具設計應有的安全要求,一切都是「成本」至上出發的,甚至可以犧牲不是「一點半點」的乘組員安全……由於現時還有很多莫名其妙的聲稱甚至自相矛盾,以下只選經CEO設問、片段介紹和已知技術規格去解釋至少三方面的問題。
圖二為蘇聯金星8-13號登陸器結構及保護殼,中間的任務艙是個兩半內層鈦合金耐壓殼鑄(右)所組成,簡單的說就是把深潛器的鈦耐壓球用在金星登陸上。不過一般而言,厚度增加的HY80-100級別高張力鋼球都夠用於6000米深度的探測與工作目的。(網烙圖片)
1. 耐壓殼:相對於一般深潛器耐壓艙需求的雖然人員艙必定狹小,但至少能讓乘組員站立。但這條船因為追求多載乘客,卻選擇了直徑只有1米多的長形耐壓艙,乘員是要坐在裏面才不會頭撞頂部,而出入口設在前部而不是頂部,而且進艙後會被由外邊封死,事實上也對乘組員求生構成障礙。
和一般採用同一種高張力金屬(高張力鋼或鈦)的球形耐壓殼不一樣,泰坦號的耐壓殼分成三部分(前後鋁蓋,中間複合材料耐壓殼)。複合材料的問題已有述,而密度及張力都有差異的三組壓力殼構件,在接近極限壓強時,中間的黏合物能否也抗壓也是問題。不過更大的問題可能是……耐壓殼的測試流程其實未完成,設計師只是計算了中段殼體的估計耐壓能力,並未測試多次壓力改變時複合材料的損壞度,而且在投入服務前,只做過一次3000米深潛水(且是CEO自己講的,有沒有到那深度沒人知),這測試量根本不足以測定耐壓殼的實際強度及壽命……圖片來自YOUTUBE片段擷圖 及網絡圖片)
但……最為離譜的是耐壓殼竟然用5吋厚全複合材料打造(只在頭尾安裝兩個半球形的鈦合金外罩),要知道複合材料由於製作工藝使然,採用近似「織造」及「熔結」的技藝,表面沒可能造到高強度金屬的光滑與連續強度,更沒有金屬物的密度,表面的細縫或密度差異也可能造成應力結構不均,在長時間超高水壓環境下可能構成結構弱點;而且複合材料結構(如飛機)出現損壞,平時檢查未必容易發現,但一旦崩解,整個耐壓殼結構是會一起碎裂的。事實上,現時的複合材料結構耐壓殼更多用在無人潛艇上而且體積更細小,幾乎不會用於有人潛艇,而且這種主體和頭尾不同材料非連續剛體的「耐壓殼」,非球形導致的應力分佈也不平均,本身就非常違反一直以來深潛器的抗壓設計原則,抗壓能力和缺陷其實相當明顯……
以遊戲手掣操縱潛艇不是問題,儀錶全是觸屏也不能算是問題,但沒有後備的操作及顯示深潛器基本態勢裝置,問題就真的不小了;而操作上需要以攝影機為主,若是無人深潛器,那是必然的事,但這種頂置攝影機,若果在高水壓下出現故障或被撞損壞、需要目視操作時,距離船頭甚遠的態勢面板就是種障礙。(圖片來自YOUTUBE片段擷圖及YouTube/CBC NL - Newfoundland and Labrador)
2. 控制系統:
一般深潛潛艇都使用常見的機電控制系統,包括液力控制或液電聯合互補的控制系統,但至少船員的操作都是佔據前座並以控制桿進行方向操作,而且操作員艙有足夠高度讓操作員可用更舒服的位置操作;然而泰坦潛艇根本沒有操作席,觀景最佳位置都只留給「任務專員(Mission Specialists,其實即是乘客)」,而且操作員的潛艇監控與操作系統,只有艙外數量攝影機、兩部LCD屏幕和……一部藍牙無線遊戲手掣,連USB插頭也沒有,潛艇竟然使用無線操作,並沒有任何控制系統的冗餘。
右為瑞典海軍潛艇的救生浮標,可利用聲波標示自己位置,部分甚至有電話傳輸接頭,搜救船可再接線與遇險艇取得聯絡。右者為船用黑盒,和飛機一樣,意外後的無線電或聲音發佈器就會啟動,讓搜索人員確定出事地點位置。(維基百科連結1及連結2)
3. 通訊與安全措施欠缺?
一般深海工作艇,都會以線纜與母船進行聯絡,除了保障航行安全,更重要的是作為工作艇,監督作業情況。由於深海作業有相當大的冒險成份,全程監察幾乎是必須的;然而,這條觀光深潛器,根本沒有任何拖纜和母船或平台連結,通訊也只有一個VHF天線的發訊機,這種設備不具備水下傳訊能力,故幾乎肯定這個深潛器一進水,就沒法和母船正常通訊(所以也能解釋為何超過8小時才報告,因為8小時是旅程的行程,8小時後甚麼訊息都沒有就肯定出事了)。
除一般線纜外,事實上還有其他水下聯絡方法,而且全都是無線的,不過除特殊波段的聲波傳訊外,其他的可用距離都不夠長。俄國的和平1、2號深潛器,過去也沒有任何極深水與陸上聯絡的方法,不過據知十多年前也裝了聲波通訊器。其傳訊距離相對非常遠,但能傳輸的資料就慢不少。至於泰坦號,由於只使用VHF天線,其下水後沒多久基本就不能通訊,這和搭乘過的某位著名動畫卡通編輯的指摘似乎相差很遠。(圖片來自連結1)
另外,一般飛機失事,無論迫降、墜毀在岸上或落水,黑盒都會持續發送訊號,能讓搜索人員發現黑盒位置(也順道發現飛機失事位置);而大部分潛艇都有的求救訊號浮標系統,一旦發生事故,即可立即放出並浮到水面不斷發訊號,讓搜救人員盡快發現意外位置。然而就現時眾多報道看,似乎沒有提過以上兩種設備,搜救行動的報道也不見要搜索類似的裝置或其訊號,因此這條潛艇很可能是……「沒有」的!簡單來說,全程一旦出現什麼問題,水面上根本沒可能有人知道!
和平號和泰坦號深潛器比較。由於體積較大,帶備的緊急設備(如求救浮標)及備用空氣量就大得多,達到3人每人300小時供應的程度。(圖片及資料來自連結1,連結中有兩艇基本數據)
4. 初創企業文化問題?
若果上面的情況是「末」,那這一點可能才是「泰坦號」問題之「本」;作為初創公司,OceanGate Expeditions 的拉許由一開始就說明要以「啟發性思維開發極深潛觀光潛艇」,行動上即相當於超脫過去的高成本高技術需求,以更低廉的造價搞海洋探險旅遊(同時似乎也包含更便宜的載人深水工作艇,減底深海開發成本)。但表現出來就更像無視深海工作過去訂立的設計和安全規範(他在過去訪問中將部分內容斥為過時和增加煩瑣程序)。
結果,什麼不請老練但「無趣悶白人」的工程師設計潛艇啊,全設計人員年輕化啊,設備可簡盡簡啊、耐壓殼不是連續剛體啊、冗餘與求救能力不足啊、不肯請第三方專業人士進行評估啊等等等等,更多是這種連安全性都蔑視的「激進性」所造成的。事實上很多初創企業都很激進甚至玩很多邊緣策略,但將安全措施和乘客性命輕忽至此,倒還是頭一次見。
無論用潛水鐘或者有動力的小型搜救潛艇,關鍵都是利用可貼緊艇身並抽乾水的隔水艙吸附在潛艇逃生門附近,水被抽乾後即打開逃生門救人。由於搭載人數有限,通常都要來回多次才成。(圖片來自連結)
連救的機會都沒有?
大家都知道意外發生一刻,可能因為致命的耐壓殼問題(例如複合材料層出現損傷),導致瞬間壓毀耐壓殼,乘員自然沒有生還的可能了,然而就算是其他幾類常見的意外,也可能無法拯救,例如若發生電力系統故障,就算空氣供應系統沒問題,深海低溫都可能在一日內殺死所有乘員。其次,現時的潛艇搜救系統主要是針對失去動力擱坐海底的潛艇(而且坐底角度不能太歪斜),接口更是能撞合潛艇的艙門,密封並進行救援,而種方法並不適合由前部需用特別機具才能打開的大型艙門。
具備聲納成像能力的無人潛航器,現在是海底搜索的必備器材,其可在預計海域以1至2天時間來迴巡航成象,以測知水下物件的確實位置和形狀。過去海燕號就是以這種方法不斷發現沉艦及作水下考古。最頂處為L3Harris出品的軍用試驗型UUV原型艇,配備µSASTM水下聲納成像系統。(圖片來自Naval News)
得知潛艇所在地是個更大問題,由於這條潛艇相對於其他潛艇、船隻或墜海飛機都顯得太小,主動聲納要在海床找到它,都是絕不輕鬆之事,而且用主動聲納探測一個相當於200-300平方公里的地方並進行仔細搜索,所耗費的時間就相當長;若果潛艇是因為電力故障而半沉深水中,更可能隨海流迅速漂出事故水域,搜尋更為困難;加上船殼主要使用複合材料製作,而很多複合材料都有很不錯的吸音功能,會更進一步影響聲納系統成象能力。當然,更大問題是上面提過的欠缺主動發訊求救能力,搜救行動中的「搜」就如大海撈針了。
講述1973年飛魚3號遇險及援救經過。援救主要由同型艇飛魚2號、一台美軍水下工作機器人及一批蛙人負責,主要是利用鋼纜將船拉回水面,並中途停頓以加裝更多鋼纜,防止滑回海床中。人員被困84.5小時,而救援用了約10小時。
最後,遇事海域水深超過4000公尺,若潛艇失去聯絡後擱沉海床,是……根本無法外力救援。過去試過最深的深海救援,是1973年愛爾蘭海爾特海加拿大深潛器雙魚3號的事故,當時水深剛過490米。然而,今次事故的搜救困難度幾乎是人力所能救助之外,因為目標深度是超出現存任何潛艇搜救系統可容許的最大深度,所以……
在今次事故的救援行動中,美軍再次準備投入潛艇救難套裝SRDRS,之前所有組件已經3架C-17運輸機運到加拿大的哈利法克斯港:此套裝包括一個系統控制中心、一套水下工作系統AUWS (包括無人水下工作載具ROV、高壓潛水工作服ADS2000、相關的吊放系統及緊急救援物資輸送系統,用以進行先期救援工作)、一個可載72人(兩個單元,每單元36人,包括2個工作人員)的水面減壓工作站(SDS),以及一個可載16人、具一定機動能力並直接進行救援的搖控加壓工作模組(PRMS);這系統比起已退役的DSRV更為優秀的地方,在於DSRV只是一艘高性能兼能快速投入救難行動的救難潛艇,減壓系統等仍需其他船艦 / 載具配合,但SRDRS是一整套可以拆裝空運並快速組合的潛艇救難系統,只要對方提供一艘有足夠大甲板的船隻即可),該船就能於短時間內「變身」成潛艇救難船。另外其PRMS的救援接口可在對方出現45度傾側的情況下和對方潛艇的出入艙對接。不過以其結構,就算泰坦號在更淺水區擱坐,都難以救援。(圖片來自連結1及連結2)
看到這裏,我忽然想起有些極限運動,要你自己先簽生死狀之類,大意是這些活動在天氣或當地環境上有很多不可控因素,會有性命危險;OceanGate Expeditions和客戶簽的契約同樣也警告新技術很多,也要冒風險。然而天災的風險不可控,但人造物的風險基本是可控的啊!既然無法保證足夠的安全系數,你可以延長達成限期,看看馬斯克的星艦載人繞月計劃,不也照樣拖延嘛,那些富豪通常都不是不能等之輩……但更有甚者,這條潛艇的設計明顯存在相當的隱患,安全冗餘也明顯不足,更沒有獨立方的專業人員來進行檢查評估,更恐怖的是設計團隊一開始就在相當大程度上莫視安全措施,甚至視監督檢查為阻手阻腳,真的拿客人甚或自己的員工 / 工程師的命來賭?別忘了,737MAX 600多條人命,更多是因為有人只顧搶市場,飛控系統的毛病未解決就趕鴨子上架……
潛艇專業人士講解泰坦號事故的YOUTUBE節目。
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