علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Carbon-Fiber Conundrum: Physicist Explains the Tragic Implosion of OceanGate’s Titan Submersible
[NORTHEASTERN UNIVERSITY – بواسطة: جامعة نورث ايستيرن[1]]
ملخص المقالة:
تسبب انفجار الغواصة “أوشين غيت تيتان” ذات الهيكل المصنوع من ألياف الكربون في المحيط الأطلسي في مقتل خمسة من أفراد الطاقم. وتركز التحقيقات على الهيكل كسبب محتمل لانفجار الغواصة. ورغم أن مركبات ألياف الكربون تتميز بالوزن الخفيف والقوة العالية، الا أن قدرتها على تحمل ضغوط أعماق البحار ليست مفهومة جيدًا، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من البحث والاختبار في مثل هذه التطبيقات.
( المقالة )
انفجرت الغواصة “أوشين غيت تيتان” (OceanGate Titan) في المحيط الأطلسي، مما تسبب في مقتل خمسة من أفراد الطاقم. وكسبب محتمل، تركز التحقيقات على الهيكل التجريبي المصنوع من ألياف الكربون، وهو الأول من نوعه في مركبات أعماق البحار. فبينما توفر مركبات ألياف الكربون مزايا مثل الوزن الخفيف والقوة العالية، فإن قدرتها على تحمل ضغوط أعماق البحار ليست مفهومة جيدًا، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من البحث والاختبار في مثل هذه التطبيقات.
الآن حطام غواصة “أوشين غيت تيتان” في حيازة السلطات، ويعمل المحققون بجد وبدقة في تفكيك ما تسبب في انفجار السفينة في المحيط الأطلسي منذ أكثر من أسبوعين.
وقد تحدثت “نورث ايستيرن غلوبال نيوز” (Northeastern Global News) بالفعل إلى البروفيسور ارون بانسيل، أستاذ الفيزياء المتميز بجامعة نورث ايستيرن، في محاولة لاكتساب فهم أفضل لما يمكن أن يحدث بالضبط كل تلك الفاثومات (جمع فاثوم fathom)[2] تحت السطح، حيث مات أفراد طاقم الغواصة “تيتان” الخمسة.
وتمت مناقشة أحد التفسيرات المحتملة على نطاق واسع: هيكل السفينة التجريبي المصنوع من ألياف الكربون، والذي قامت الشركة بتصنيعه في غضون ستة أسابيع فقط، وفقًا لأحد التقارير: (الرابط: https://www.insider.com/james-cameron-shuts-down-offensive-rumors-about-oceangate-film-2023-7)
واستعانت “نورث ايستيرن غلوبال نيوز” بالبروفيسور بانسيل مرة أخرى لتقديم نظرة عامة موجزة (وتاريخ) لاستخدام مواد ألياف الكربون في المراكب المائية في أعماق البحار. وتم تعديل المحادثة من أجل الإيجاز والوضوح.
كان هناك الكثير من الأحاديث حول تكوين ألياف الكربون في غواصة “تايتان”. هل يمكنك أن تشرح لماذا قد لا تصمد مادة ألياف الكربون مثل التيتانيوم والألومنيوم والفولاذ تحت ضغط أعماق المحيط؟
بالنسبة للمكونات التي تتطلب وزنًا خفيفًا وقوة عالية، فقد تم تطوير المركبات القائمة على ألياف الكربون بنجاح لاستخدامها في صناعات الطيران والسيارات والرياضة والطب والاستهلاك.
وعندما يتعلق الأمر بالتطبيقات في أعماق البحار، فإن هذا ليس هو الحال، ويتم استخدام الفولاذ والتيتانيوم والألمنيوم على نطاق واسع لصنع هياكل الضغط.
وكانت الغواصة “تيتان” أول مركبة لأعماق البحار بهيكل مصنوع أساسًا من ألياف الكربون. إن قدرة ألياف الكربون على تحمل دورات الإجهاد المتكررة، وخاصة الإجهاد الانضغاطي، تحت ضغوط أعماق البحار ليست مفهومة جيدًا، مما يجعل من الصعب تصميم هياكل آمنة تعتمد على ألياف الكربون.
ويجب أيضًا مراعاة التأثيرات المتدهورة لامتصاص الماء على الإيبوكسي الذي يرتبط بألياف الكربون في المركب عند تقييم فشل الغواصة “تيتان”.
متى بدأ يُنظر إلى ألياف الكربون على أنها مادة مرشحة لهذه الأنواع من المراكب المائية؟
يبدو أن المغامر ستيف فوسيت بدأ في استكشاف استخدام ألياف الكربون حوالي عام 2000 لهيكل غواصة لشخص واحد للغوص في قاع “تشالنجر ديب” (Challenger Deep)، وهو أعمق نقطة في خندق ماريانا[3]، على عمق 36000 قدم تقريبًا.
ولم يتم اختبار أو اطلاق الغواصة “ديب فلايت تشالنغر” (DeepFlight Challenger) التي دشنها المغامر فوست. وكانت الغواصة “تيتان” أول غواصة قي أعماق البحار بهيكل من ألياف الكربون.
لماذا تختبر الشركات هذه المواد الجديدة، وهل هناك بدائل أخرى واعدة؟
المواد الجديدة هي العمود الفقري الذي يتم فيه تحقيق تقدم العلوم والهندسة التحويلية. وتوفر ألياف الكربون العديد من المزايا مقارنة بالمعادن، مثل القوة العالية وخفة الوزن ومقاومة التآكل.
وقد قامت الغواصة “تيتان” بالغطس عدة مرات إلى حطام السفينة “تايتانيك”، وينبغي علينا الترثيب في الحكم على السبب الأساسي لانفجارها الداخلي حتى اكتمال التحقيقات الجارية.
وتخميني هو أن الباحثين سيطورون في النهاية مواد قائمة على ألياف الكربون لتطبيقات أعماق البحار، إلى جانب اختبار بروتوكولات التشغيل الآمن للغواصات.
*تمت الترجمة بتصرف
لمزيد من القراءة: Physicist Explains How Titan’s “Catastrophic Implosion” Happened – And What It Meant for Those on Board
المصدر:
الهوامش:
[1] جامعة نورث إيسترن (جامعة الشمال الشرقي NEU) هي جامعة بحثية خاصة غير ربحية يقع حرمها الجامعي الرئيسي في بوسطن بولاية ماساتشوستس في الولايات المتحدة الأمريكية. تأسست الجامعة عام 1898، وتقدم برامج البكالوريوس والدراسات العليا في الحرم الجامعي الرئيسي بالإضافة إلى الحرم الجامعي التابع في شارلوت بولاية نورث كارولينا؛ والحرم الجامعي في سياتل بولاية واشنطن؛ والحرم الجامعي في سان خوسيه بولاية كاليفورنيا ؛ والحرم الجامعي في أوكلاند بولاية كاليفورنيا ؛ والحرم الجامعي في بورتلاند بولاية مين ؛ والحرم الجامعي في تورنتو وفانكوفر في كندا. في عام 2019 ، اشترت الجامعة الكلية الجديدة للعلوم الإنسانية في لندن بإنجلترا (New College of the Humanities in London, England). يبلغ عدد المسجلين في الجامعة حوالي 20300 طالب جامعي و 13300 طالب دراسات عليا. ويكيبيديا [2] الفاثوم (Fathom) هو وحدة طول في النظامين الإمبريالي والأمريكي العُرفي تساوي 6 أقدام (1.8288 م)، وتُستخدم خصيصًا لقياس عمق المياه. ويكيبيديا [3] خندق ماريانا هو خندق محيطي على شكل هلال ويبلغ طوله حوالي 2550 كم (1580 ميل) وعرضه 69 كم (43 ميل)، يقع في غرب المحيط الهادئ، على بعد حوالي 200 كيلومتر (124 ميل) شرق جزر ماريانا، وهو أعمق خندق محيطي على الأرض. الحد الأقصى للعمق المعروف هو 10984 ±25 مترًا في الطرف الجنوبي لوادي صغير على شكل فتحة في قاعها يُعرف باسم “تشالنجر ديب”. أعمق نقطة في الخندق تبعد أكثر من كيلومترين من مستوى سطح البحر عن قمة جبل إيفرست. في الجزء السفلي من الخندق، يبلغ ضغط عمود الماء فوقه 1086 بار (15750 رطل / بوصة مربعة)، أي أكثر من 1071 ضعف الضغط الجوي القياسي عند مستوى سطح البحر. عند هذا الضغط تزداد كثافة الماء بنسبة 4.96٪. وتكون درجة الحرارة في القاع من 1 إلى 4 درجات مئوية (34 إلى 39 درجة فهرنهايت). ويكيبيديا.