美國泰坦號探險深潛器
泰坦號內部結構
泰坦號屬於一家名為「海洋之門」的美國探險公司。該公司每年夏天都組織一次泰坦尼克號沉船探險之旅，旅客每人收費25萬美元。泰坦號是一艘專門用於深海探險的深潛器，並沒有經過嚴格的審查，屬於試驗性質。泰坦號長6.7米，設計非常簡單，泰坦號的艇體結構主體部分是一個圓桶形的碳纖維複合材料中間段，兩端是半球形的鈦合金封頭。前半球中間還有一個透明的觀察窗。複合材料部分甚至由NASA參與設計。泰坦號有一個向上翹起的尖錐形的尾巴，這個部分不是耐壓的，裏面放的是設備。艇體側面有四個電動推進器，下部還有支架支撐整個潛水器。內部非常簡陋，沒有座椅，乘員脫鞋坐在地板上。深潛器內部只有顯示屏及一個遊戲手柄樣的設備操控。 沒有深潛器常用的和水面母船通訊的臍帶電纜，像我國的深潛器通常都配有光纖微纜連接母船，可以和母船實時通信。
從目前的情況來看，可以確認泰坦號發生了內爆，也就是巨大的水壓壓碎了泰坦號的耐壓艇體，直接造成了乘員全部死亡。因為水下救援潛水器已經看到了破裂的前半球和支架，而後半球部分在另外一個地方。也就是說基本上可以斷定破裂發生在使用碳纖維複合材料的中段。這也進一步證明泰坦號的設計是有些缺陷的。不幸的是海洋之門公司的老闆也在遇難者之列。
我國奮鬥者號萬米深潛器
那麼泰坦號的設計有哪些問題呢，可能在結構和材料上。對深潛器來說，耐壓艇體最好是球形的，比如我國7000米級潛深的蛟龍號和萬米級潛深的奮鬥者號，用的就是球形的耐壓殼。而且最好使用耐壓且比較輕的鈦合金，因為下潛到幾千米的深海，耐壓艇體要承受巨大的水壓，此次失事的深度達到3800米左右。也就意味着此處水壓高達每平方厘米380公斤，大致相當於一頭黃牛立在一個指甲蓋大小的面積上。
我國奮鬥者號萬米級深潛器的鈦合金耐壓球殼
目前最好的深潛器耐壓艇體材料仍然是鈦合金，雖然也有使用馬氏體鋼的。比如導演詹姆斯卡梅隆曾前往馬里亞納海溝使用的深潛器—深海挑戰者號，其耐壓艇體使用的就是馬氏體鋼。不過鋼材重量太重，畢竟深潛器還要考慮上浮，雖然深潛器一般都有專門的浮力材料，但是減輕結構重量也是非常重要的。所以絕大多數深潛器都會選擇強度高，而且密度比較小的鈦合金來做耐壓艇體。但是製造大直徑的鈦合金球殼技術難度非常高，世界上也只有少數幾個國家可以做到，而且成本非常高昂。
導演詹姆斯卡梅隆乘坐的深潛器—深海挑戰者號
而泰坦號沒有選擇設計一個球形的耐壓艇體，而是選擇了一個圓桶形的碳纖維複合材料耐壓艇體，在兩端封上半球形的鈦合金封頭。只能說這樣的設計實際上相當冒險，因為圓桶形的耐壓艇體耐壓能力遠不如球形的耐壓艇體，而且還選擇了使用不同材料進行拼接。常見的軍用潛艇通常會採用圓桶形的耐壓艇體，但是軍用潛艇的潛深通常只有幾百米，遠不及深潛器的幾千米乃至上萬米級。從目前看出問題的正是碳纖維複合材料，雖然這種材料性能非常好，非常輕而且強度高，在航空航天領域已經廣泛使用，但是這種材料也有自己的缺點，那就是斷裂行為難以預測，可能在毫無徵兆的情況下就突然破裂了。
我國蛟龍號深潛器
這和碳纖維複合材料的結構有關，我們知道碳纖維複合材料是由絲束狀的碳纖維混合樹脂基材料堆疊或纏繞而成，並且經過樹脂基材料固化成型。碳纖維可能是由鋪絲機平鋪成型，也有可能是先織成碳纖維布層疊成型，甚至還有三維編製成型的。從總體上碳纖維看起來一致性是非常好的，但是從微觀上看，每根碳纖維都不是一樣的。其材料的一致性是遠不如金屬材料，而且是各向異性的，也就是在各個方向上的性能並不完全一致。這就導致碳纖維複合材料不是很適合用在深潛器這樣的產品上。
從此次事故的情況來看，泰坦號深潛器的設計強度並沒有問題，因為已經多次執行過深潛任務。但是從此次事故的時間點上看，問題出在材料的疲勞強度上。因為發生內爆時，深潛器處於即將結束下潛階段的時候。也就是耐壓艇體在接受最大壓力考驗的時候。在這個階段出問題就意味着碳纖維複合材料發生了疲勞斷裂。也就是說在碳纖維複合材料的內部可能有一些微小的缺陷，但是剛開始對整體強度影響很小。但是耐壓艇體每次下潛都會經歷一個逐漸加壓的過程，耐壓艇體將承受數萬噸甚至超過十萬噸的壓力，執行完任務又會經歷一個逐漸減壓的過程。每次下潛都將經歷這樣一個加壓卸壓的循環。微小的結構缺陷在反覆加壓和卸壓的過程中逐漸擴大，當結構強度低於所能承受的巨大壓力時就瞬間崩潰了。這就是泰坦號內爆的直接原因。
泰坦號深潛器
實際上泰坦號出問題也不是沒有預兆的，海洋之門公司的前海事業務主管洛克里奇在被解僱前就曾對泰坦號提出安全擔憂。根據當年在西雅圖美國地方法院提起的訴訟，洛克里奇在2018年寫了一份工程報告，稱正在開發的潛水器還需更多測試，當它到達「極度深度」時，乘客可能會受到威脅。對於可能發生的結構疲勞強度問題，設計者雖然也有所考慮，但採取的技術手段有點問題。採用的是依靠聲學監測來預測風險，即泰坦號的材料在壓力下發出的破裂或爆裂聲來檢測缺陷，而不是對船體進行掃描。洛克里奇擔憂，這種分析方法只會在艙體內爆前的幾毫秒內發現問題，但為時已晚。這種做法將「讓乘客在實驗性潛水器中面臨潛在的極端危險」。
實際上對於疲勞強度問題，只要做充分的測試也是可以發現潛在問題的。通常的做法是把深潛器放在壓力容器中注水加壓，多次循環即可模擬實際工況，只要循環次數夠多是能夠提前發現問題的。所以總的來說，透過泰坦號的事故可以看出一種西方社會普遍存在冒險文化，一種源自西方海盜文化的冒險精神。只要有利可圖，冒險也要上，就是始作俑者自己也不例外。不光是在深潛器上，西方在很多高技術高風險行業都是這樣。
星艦發射後損壞的發射架基座
航天領域就比較常見，像前一段時間爆炸的星艦，發射架下方連個泄壓槽都沒有就發射了，結果發射架下方被衝出一個大坑，需要維修才能再次使用。設計泄壓槽並噴水緩衝，這通常是運載火箭發射系統的標準配置，但是馬斯克卻不想為此浪費時間和金錢。這和我們東方文化完全不同，我們國家搞航天，安全性和可靠性永遠是放在第一位的。西方的冒險文化我們可能真的學不來。
SpaceX星艦首飛爆炸，該如何正確看待國家航天和商業航天
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