Titan: Tragiczna implozja – nieświadomi zagrożenia w głębinach

Z przykrością informujemy, że w pobliżu części dziobowej wraku Titanica znaleziono fragmenty batyskafu. Po analizie nie pozostawiają one wątpliwości co do ich pochodzenia. Batyskaf Titan został rozerwany przez olbrzymią energię implozji spowodowanej ciśnieniem hydrostatycznym wywieranym przez słup wody o wysokości 3780 m. W przybliżeniu, ciśnienie to wynosi około 400 kg/cm2 – jest to jakby na jednogroszowej monecie postawić 3 wanny wypełnione wodą.

Jako osoba posiadająca bogate doświadczenie naukowe i zawodowe, były pracownik naukowo-dydaktyczny Akademii Morskiej oraz inżynier mechanik okrętów – na podstawie mojej wiedzy i doświadczenia, stwierdzam, że Titan posiadał dodatnią pływalność. Oznacza to, że bez balastu batyskaf samoczynnie wynurzał się na powierzchnię. Balastem była tu woda oraz zmienne masy pod dnem.

Ale to nie wszystko, gdyż do potwornego ciśnienia dochodzą także naprężenia wynikające z jego zmian. Te zmiany są przyczyną zjawisk, które w technice są znane jako naprężenia zmęczeniowe. Charakteryzują się one skrytością i podstępnością. Dlatego w inżynierii często jest tańsze zaprojektowanie z zapasem materiału, niż stosowanie drogich metod diagnostyczno-remontowych. W tych zjawiskach upatruję przyczyn zatonięcia batyskafu.

Głównym źródłem zmęczenia były rejsy do i z głębin, wzmacniane dodatkowo wibracyjnym działaniem silników montowanych niemal bezpośrednio na konstrukcji komory załogowej. Inny problem to niedoszacowanie marginesów bezpieczeństwa przy doborze grubości ścian materiałów. Jeszcze wczoraj dopuszczałem możliwość awarii systemu elektrycznego, gdyż wewnątrz batyskafu nie było żadnego mechanicznego manipulatora w postaci kierownicy zaworowej czy innych przełączników. Wszystko było sterowane elektronicznie, przy pomocy pada konsoli i ekranów dotykowych.

Czytaj więcej o tragedii na dnie oceanu. Wszyscy członkowie załogi batyskafu Titan nie żyją

Chociaż kontrola padem nie jest niczym niezwykłym, to oddanie sterowania wszystkich układów do systemu elektronicznego jest niewybaczalnym błędem. Przyglądając się jakości wykonania i łączenia przewodów, można było zauważyć, że wiele prac wykonano w sposób amatorski. Na morzu, oprócz stosowania materiałów wysokiej jakości, stosuje się zasady podwajania systemów, logikę obsługi i naprawy, które nie zakłócają działania głównych systemów. Pod tym kątem, ten batyskaf był również niedoszacowany, m.in. przez brak zapasowych silników.

Pozwólcie, że powrócę do zjawisk fizycznych, które są dobrze znane każdemu inżynierowi i stanowią fundament analiz w fazie projektowania i eksploatacji wszelkiego rodzaju urządzeń technicznych, zarówno w obszarze zjawisk elektrycznych, jak i stricte mechanicznych. Oprócz wspomnianych zjawisk zmęczeniowych, musimy omówić zjawisko ostatecznie destrukcyjne, czyli samą implozję. O ile zjawisko eksplozji jest powszechnie znane, o tyle implozja, będąca jego odwrotnością w rozumieniu kierunku reakcji sił, nie jest tak powszechna. Wspólną cechą obu jest dynamiczna reakcja na działanie różnicy ciśnień. Najczęściej jest to analizowane w kontekście zjawisk takich jak:

• kawitacja, gdzie mikropęcherzyki pary implodując, oddziałują destrukcyjnie na strefy podciśnienia np. śrub napędowych i instalacji przepływowych,

• instalacje zbiornikowe, gdzie nadmierne odpompowanie płynu (zarówno cieczy, jak i gazu – należy o tym pamiętać) powoduje zapadnięcie się zbiornika do środka,

• bomby próżniowe, gdzie rozpylenie substancji palnej po zapłonie tworzy obszar krótkoterminowego podciśnienia, który potem uderza falą nadciśnieniową.

Przypadek batyskafu najbardziej oddaje problematykę zbiorników, gdzie wewnątrz na ściany przedziału pasażerskiego napiera 1 atmosfera (tę znamy z powierzchni), a zewnętrznie 400 atmosfer wynikających głównie z ciśnienia hydrostatycznego na głębokości 3780 m. Jest jasne, że batyskaf jest ekstremalnie ściśnięty.

Czytaj też o batyskafie Titan: Analiza ryzyka i możliwości ratunkowych według Roberta Dmochowskiego

Co więcej, nie ma szans na wcześniejsze ostrzeżenie, stopniowanie lub powstrzymanie tego zjawiska w batyskafie z jednym przedziałem i jednym płaszczem, bez systemów awaryjnych. Przy takiej konfiguracji różnicy ciśnień można spodziewać się następujących scenariuszy:

• Przeciek, który z każdym cm3 napływającej wody zabiera cm3 przestrzeni przedziału i zmniejsza wyporność o 1g, co zmniejsza pływalność, a w konsekwencji zatapia nienaruszoną strukturę batyskafu,

• Implozja – dynamiczne zjawisko, w wyniku którego deformacji i ostatecznie pęknięciu ulega struktura przedziału załogowego lub jego krytyczny fragment, doprowadzając do bezpośredniego kontaktu ośrodków woda/powietrze o skrajnie różnych ciśnieniach.

Powietrze, jako ośrodek ściśliwy, jest ściskane wraz z konstrukcją batyskafu, aż do momentu rozszczelnienia, które powoduje implozję i całkowitą destrukcję przedziału, włącznie z jego rozbiciem na kawałki. Szybkość tego zjawiska nie daje żadnej szansy na reakcję, ponieważ trwa znacznie krócej niż mrugnięcie okiem.

Co do poprawy bezpieczeństwa, to na początku organy powołane przez komisje morską ustalą przyczynę tej tragedii, wskazując obszary zaniedbań. Następnie międzynarodowe organizacje morskie wraz z towarzystwami klasyfikacyjnymi przedstawią wytyczne do zmian formalnych, które z kolei zostaną wprowadzone przez państwa członkowskie i przyjęte jako obowiązujące.

Autor: Robert Dmochowski