6月18日，美國海門（OceanGate Expeditions）公司在開展對“泰坦尼克號”郵輪殘骸的商業(yè)觀光過程中，旗下一艘名為“泰坦”（Titan）的深潛器在下潛到3500米時失去聯(lián)系。

(相關資料圖)

“泰坦”深潛器

根據(jù)媒體報道，隨后的救援和勘察工作顯示，“泰坦”深潛器在巨大水壓下發(fā)生了內爆事故，結構瞬間解體，搭載的5人全部死亡，其中包括斯托克頓·拉什，他是研發(fā)并運營該潛水器的“海門”公司首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人。

在此次事故之前，該深潛器曾多次完成對“泰坦尼克號”殘骸的觀光。

盲目自信導致的破碎

01 堪稱狂野的作品

美國海門（OceanGate）公司于2009年由斯托克頓·拉什（Stockton Rush）和吉列爾莫·索恩萊因（Guillermo S?hnlein）創(chuàng)立，位于美國華盛頓州埃弗利特，主業(yè)是提供載人潛水器相關服務。2021年，該公司開通搭乘泰坦深潛器參觀“泰坦尼克號”殘骸的業(yè)務，價格為每人25萬美元。

為了便于制造，并獲得更舒適的乘員空間，“泰坦”深潛器的耐壓結構采用了圓柱設計。從壓力容器設計的角度講，圓形是最有利的受力外形：潛深大于800米的深潛器，通常在設計中應優(yōu)先采用圓球或者多個球形組合的耐壓殼體。

根據(jù)海門公司官方網站發(fā)布的信息，該深潛器的核心耐壓殼體結構由兩端的鈦合金半球和接口環(huán)，以及內徑1.42米、長2.4米、127毫米厚的熱固化碳纖維復合材料筒體組成。事故發(fā)生前，該結構已經公開， 并飽受外界質疑。

在此次事故發(fā)生之前，盡管“泰坦”號深潛器已經多次完成對水下3800米的泰坦尼克號殘骸觀光，但該深潛器的安全性依然飽受質疑：在相當大程度上，這是因為它是深潛器領域中絕無僅有的“狂野之作”。

設計來源與關鍵材料來源不明

在宣傳中，海門公司稱“泰坦深潛器是在NASA、華盛頓大學、波音等機構和企業(yè)的合作下完成設計與試驗的……其所使用的碳纖維復合材料原料，采購自波音的過期原料?！?/p>

但事故發(fā)生后，這些機構和企業(yè)都紛紛發(fā)表聲明，表示未參與“泰坦”深潛器的設計、制造和相關驗證工作，也未向海門公司出售碳纖維等原料。這意味著“泰坦”深潛器的設計方案和制造材料，都來源不明、缺乏有效保障。

蔑視設計規(guī)范和安全認證

在數(shù)次深潛作業(yè)中，“泰坦”深潛器也沒有獲得任何監(jiān)管機構或者第三方組織的適航認證。

海門公司創(chuàng)始人拉什這樣評價美國客船安全法：”是不必要地將乘客安全置于商業(yè)創(chuàng)新之上……某些時候，安全純粹是浪費。如果你只是想安全，就不要起床，不要坐車，什么都不要做?！?/p>

面對外界對“泰坦”主結構的質疑，他曾如此反駁:“碳纖維和鈦合金的結合，雖然有規(guī)定不能這樣做。但是我做到了，我已經用我的設計邏輯和工程結果打破了這些陳規(guī)舊俗?！?/p>

不過并非所有海門公司員工都這樣忽視安全原則。其前海洋運營總監(jiān)大衛(wèi)·洛奇里奇(David Lochridge）就認為“泰坦”深潛器的結構安全性存在嚴重隱患，而且對大壁厚的復合材料缺乏有效的探傷檢測手段。洛奇里奇曾嘗試阻止該深潛器的載人測試，隨后他不僅被海門公司解雇，還被進一步提起訴訟。

海門公司的創(chuàng)始人兼CEO斯托克頓·拉什擁有普林斯頓大學航空航天工程學位和DC-8機長資質，曾擔任麥道公司的F-15飛行測試工程師。

不過，海門公司的創(chuàng)始人和CEO斯托克頓·拉什也是“泰坦”深潛器的主要駕駛員。

這意味著，他是真誠地相信“泰坦”深潛器以碳纖維復合材料筒體為主的耐壓結構，足以保障4000米級別深潛的長期使用。

02四個因素釀就悲劇

“泰坦”深潛器罕見地選用了碳纖維復合材料作為主結構材料，而不是主流的特種鋼材或者鈦合金等高強度金屬。

這種選擇能夠極大幅度地降低項目成本；與此相比，碳纖維復合材料自身輕質、高強度的特性反而是相對次要的。

一般來說，為了滿足4000米級別的下潛，深潛器的核心結構必須是大壁厚的耐高壓容器。一方面，大尺寸的高強度合金鋼和鈦合金特厚板，要實現(xiàn)高精度的卷軋和焊接等工藝，是十分昂貴與困難的；另一方面，有這種需求的特種設備因為較為小眾，導致市場應用不廣泛，具備相應能力的企業(yè)數(shù)量極少，而且產能供不應求，排期漫長且價格高昂。

尺寸驚人的碳纖維復合材料機身

而碳纖維復合材料則相反，歸功于它在航空航天器上數(shù)十年來的廣泛運用，無論是纏繞成型還是加熱固化，現(xiàn)有工藝設備所支持的產品尺寸上限，都能夠輕松滿足深潛器的應用需求，增大結構壁厚也幾乎沒有任何困難，設備和專業(yè)人力也相當便宜、易得。

在此基礎上，碳纖維復合材料的輕質高強度特性，也能提供更大的艙內空間，可以在保障舒適性的前提下攜帶更多的乘員——這對于商業(yè)下潛的盈利能力也特別重要。

但在深潛器這個特殊的領域，碳纖維復合材料的缺點也是明顯的，尤其是涉及根本性的結構安全：4000米的大潛深，不利于耐受高壓的圓柱外形結構，設計制造過程中隱患重重，還需疊加碳纖維復合材料自身的缺陷。而“泰坦”深潛器悲劇的伏筆，最終由這些因素共同鑄成。

碳纖維復合材料的局限性和風險點

01 耐拉，但不耐壓

在組成碳纖維復合材料的成分中，碳纖維的拉伸強度遠遠高于基體，這決定了碳纖維復合材料抗拉性能遠遠強于抗壓性能。

這一規(guī)律體現(xiàn)在使用壽命上，就是碳纖維復合材料對于拉-拉疲勞不敏感，但是對于拉-壓和壓-壓疲勞敏感。

類似高壓氫氣罐這種內部壓力遠高于外部的、承受拉-拉疲勞的設計產品，才是碳纖維復合材料制造耐壓容器的正確用法。

“泰坦”深潛器上，碳纖維復合材料制成的筒體結構，面臨的正是壓-壓疲勞。

在這種情況下，結構內部損傷和裂紋的萌生、擴展以及層板結構的失穩(wěn)破壞，都會在深潛過程中隨著海水壓力循環(huán)次數(shù)的增加而明顯增加，對于結構可靠性和壽命非常不利。

02吸濕強度下降

“泰坦”深潛器使用的熱固性碳纖維復合材料，還存在另一個缺陷：那就是它的樹脂基體會吸水溶脹，導致力學性能的退化改變。

曾有試驗表明，在航空器的地面濕熱試驗中，碳纖維復合材料在吸濕過程中，吸濕率低于0.6%時基本無影響；但吸濕率超過0.6%進入濕飽和狀態(tài)以后，發(fā)生過層間剪切強度暴跌50%的案例。

而在4000米海水環(huán)境中，“泰坦”深潛器必然不能有效避免碳纖維復合材料吸水。在此過程中，強度會因吸水損失多少？是不是特定情況下的驟然損失大半？大概率海門公司無法做到心中有數(shù)。

03結構斷裂難以預料和挽救

即使是在航空器的常規(guī)使用中，碳纖維復合材料也要比傳統(tǒng)的鋼鈦鋁等金屬材料更”難伺候“，主要原因有兩點——

令人毛骨悚然的曲線

首先是它不耐沖擊，低能量的沖擊也可能導致肉眼不可見、但內部已經形成分層開裂的缺陷，令其強度驟然降低。

其次是它的失效過程非?！按唷?。相比于金屬在由于疲勞或者應力過大而失效前會表現(xiàn)出顯著的變形、并有較長的反應時間等情況，碳纖維復合材料內部缺陷的發(fā)展往往是不可見的，當缺陷累積到一定程度，結構失效會毫無征兆地發(fā)生，過程非常迅速。

而在4000米深潛的環(huán)境下，碳纖維復合材料的這些特性大概率會導致可怕的結局——只要某一處非常細微的缺陷擴展達到了臨界點，在極端巨大的水壓下，整個結構會在極短的時間徹底失效，沒有任何預兆，也沒有任何逃生的機會。

04深水環(huán)境下的基礎數(shù)據(jù)匱乏

以上所有問題，歸根結底，是“泰坦”深潛器從設計上就嚴重缺乏依據(jù)。

在極端壓力的海水環(huán)境中，碳纖維復合材料的性能表現(xiàn)和變化趨勢要遠比金屬材料更不可預測。

因為絕大多數(shù)碳纖維復合材料的高性能用途都是在飛行器上，而不是長時間泡在鹽水里對抗高達40MPa以上的壓力——這個數(shù)字比高機動戰(zhàn)斗機能承受的最大速壓要高出400倍。

在航空航天器上，碳纖維復合材料的應用，有海量的試驗和實際使用數(shù)據(jù)作為基礎。但沒有人知道在4000米級別的海水壓力下，碳纖維復合材料吸濕以后基體溶脹對結構的破壞會增強多少、缺陷擴展和疲勞老化會增快到什么地步。

這意味著“泰坦”深潛器既沒有可靠的缺陷檢查標準，也沒有可靠的壽命判定措施，真實壽命處于完全不可知的狀態(tài)。在此次出事之前，它能夠多次下到“泰坦尼克號”殘骸附近并安全返回，已經算是運氣相當不錯了。

警惕對高性能新型材料的過度神化

在高性能新材料的推廣中，幾乎總是可以見到這樣的現(xiàn)象：新材料總是在宣傳和展示中，有意無意被賦予“終極解決方案”的救世主色彩。它們的功能和性能優(yōu)勢、以及尚未變現(xiàn)的理論前景總是講得太多；而它在現(xiàn)實中存在的缺陷、局限性、潛在風險，卻經常被輕描淡寫甚至避過不提。

在資本和輿論的造勢下，這種誤導不僅會影響大眾的認知，還會直接造就投資人或主管部門人員的直觀好惡，并通過設計人員的錯誤選擇等因素，實際影響到航空航天器的規(guī)劃設計。

比如在碳纖維復合材料推廣應用早期，曾有一些飛機，由于原始受力設計、結構外形與新材料本身不匹配，導致新材料結構并不能有效的減輕重量、增加壽命；反而由于層間分離等因素，頻繁出現(xiàn)機體核心結構件開裂、甚至斷裂進而嚴重危害飛行安全，最后不得不添加額外的鈦合金和鋁合金部件進行加固。

雖然目前碳纖維復合材料在航空航天領域的應用已經相當成熟，但它在潛水器、特別是深潛器領域的應用上還非常少，這使得相關行業(yè)人員很可能對它在特殊場景下的應用經驗和判斷能力上有所不足。

在此次深潛器事故中，如果相關的投資人、乃至于海門公司CEO自己對于碳纖維復合材料的局限性有足夠嚴肅深刻的認識，要么其總體方案從一開始就不會被通過，要么至少也會經歷遠比現(xiàn)在苛刻得多的強度和安全測試，此次災難也很有可能得以避免。

航空航天領域永遠是高性能新材料最先推廣應用的核心市場，也是各種材料神話泛濫的重災區(qū)——比如現(xiàn)在流行的各種所謂納米材料、超材料，就普遍存在著嚴重夸大甚至完全虛假的宣傳現(xiàn)象，其中一些甚至已經不同程度干擾到了重要項目的發(fā)展。

“泰坦”深潛器的教訓，再一次提醒了人們這一點：在核心環(huán)節(jié)上應用高性能新材料時，必須要保持足夠的穩(wěn)健和謹慎；一旦理智決斷能力被性能收益所壓垮，失控的風險必然隨之而來。

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