編者注（6/23/23）：美國海岸警衛隊於6月22日宣佈，一艘遙控潛水器發現了泰坦號潛水器的碎片。擁有該潛水器的海洋之門探險公司宣佈，泰坦號及其船上所有五人已失蹤。有關該潛水器的更多報道，請參閱“內爆的泰坦尼克號遊客潛水器發生了什麼？”。有關發現碎片的海底環境的更多資訊，請閱讀“瞭解海洋深處壓力如何劇增”。
以下文章經 The Conversation許可轉載， The Conversation是一家報道最新研究的線上出版物。
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失蹤的泰坦號潛水器的氧氣供應預計將於美國東部時間星期四上午 6 點左右（格林威治標準時間上午 10 點）耗盡。
仍在為泰坦號及其五名乘員進行瘋狂搜尋，聲納浮標已記錄到週二和週三在搜尋區域發出“敲擊”聲。
由於該潛水器的命運尚未確定，公眾正在質疑此類旅遊探險活動的安全。
背景
泰坦號失蹤的背景令人不安。有報道詳細介紹了法庭檔案，顯示泰坦號的責任公司海洋之門解僱了員工大衛·洛克裡奇，此前他表達了對潛水器安全性的擔憂。
洛克裡奇不同意海洋之門關於證明該資產適航性的最佳方法，並反對海洋之門在未對潛水器船體進行“無損檢測”以證明其完整性的情況下進行潛水的決定。
同樣在 2018 年，海洋技術協會載人水下航行器委員會致海洋之門的一封信（由 38 位專家簽署）表達了對潛水器安全性的擔憂。他們表示“[…] 海洋之門採用的實驗性方法可能會導致負面結果（從小到災難性），這將對行業中的每個人產生嚴重後果”。
正如我們從這些交流中看到的那樣，深海潛水器的工程設計和監管仍然有些未知。由於泰坦號在國際水域運營，因此在技術上不受任何單一國家法規的約束。
在這種情況下，大多數潛水器設計師會選擇讓船級社對潛水器的設計進行認證。海洋之門有意識地決定拒絕為泰坦號這樣做。
潛水器的適航性
當我們談論海洋船舶的“適航性”時，我們本質上是在詢問它是否適合用途、安全執行以及是否符合環境保護要求。
對於泰坦號，適合用途可以概括為能夠安全地從水面母船下水，自主執行至 4,000 米（泰坦尼克號殘骸的大概深度），並在潛水幾個小時後重新浮出水面，以便母船回收。
安全執行意味著船上沒有裝置損壞，乘客不易受傷（或更糟）。環境保護意味著潛水器不會對其周圍環境產生任何重大影響，例如透過汙染或擾亂生態系統。
然而，這是藍天情景。深海潛水器在惡劣的環境中執行，可能會出現問題。
抗壓性
潛水器和潛艇的形狀之所以如此，是因為球體和圓柱體在幾何形狀上更耐壓。
泰坦號不是在 1 巴的可呼吸大氣壓中執行，而必須承受泰坦尼克號深度海水中 370 巴的壓力。船體中的任何缺陷都可能導致瞬間內爆。
那麼，“非圓形”幾何形狀變成缺陷的閾值是多少？
在數百米深度使用水下航行器的行業通常會使用鋼製船體，其非圓形閾值通常低於船舶直徑的 0.5%。該標準對於 4,000 米深度的泰坦號耐壓殼是否足夠安全？
泰坦號由複合碳纖維-鈦合金船體制造。與僅使用金屬材料相比，設計和結構評估這些材料極其複雜。可以推測，這就是海洋之門為泰坦號配備“即時船體健康監測系統”的原因。
目前尚不清楚該系統是否實際測量船體中的應力（使用應變計），或者它是否像洛克裡奇警告的那樣，只是一種聲學分析，只能在“內爆前幾毫秒”警告人們即將出現的問題。
耐壓殼完整性的安全性需要分析各種失效模式，然後在確定每個模式的安全係數，具體取決於旨在達到的深潛深度。
在驗證設計（透過計算）後，應透過兩個步驟進行實際驗證。
應對製造的耐壓殼進行無損檢測，以檢查其幾何形狀的精確性和任何非圓形方面。
然後，應在逐漸增加的深度下進行實際潛水（理想情況下是無人潛水），並使用應變計來測量實際值與預測值是否一致。我們不知道泰坦號是否經過了此類測試。
備份和冗餘
在設計功能架構和選擇裝置時，設計師會考慮許多“如果”情景來從中恢復
如果主電源發生故障怎麼辦？
如果我的計算機崩潰並且駕駛員失去控制怎麼辦？
如果我的主要通訊系統發生故障怎麼辦？
潛水器如何向母船發出出現問題的訊號？
這些情景促使海軍建築師確保所謂的 SFAIRP（在合理可行的範圍內儘可能安全）。這不僅涉及減輕事故的後果，還涉及防止事故發生。
實際上，這意味著擁有
備用氧氣（例如在等待救援人員時）
可靠的主電源和備用系統
另一種電源（例如液壓），以防斷電 – 這將有助於（例如）釋放安全鉛墜以獲得正浮力並上升回水面。
每個系統都需要針對特定環境進行特定的驗證（理論）和確認（測試）。
如果證明商用現成裝置適合各種情景下的用途，則可以將其安裝在船上。但是，大多數外部元件（由於巨大的壓力）和安全系統都需要定製設計。
據報道，泰坦號正在使用某些“現成”裝置，但很難說這些裝置是否已獲得認證，可用於其在這些深度下的預期用途。
安全系統
在泰坦號的案例中，與母船的繫繩可以確保即時雙向通訊和更高的資料交換速率。但是，這些電纜可能會在沉船地點與潛在的危險物纏繞在一起。
因此，繫繩主要用於無人航行器；載人潛水器更願意信任駕駛員。此外，GPS、行動式衛星電話和自動識別系統無法在水下使用。這些工具使用無法在深水下傳播的電磁波（儘管它們可以在水面上使用）。
一些潛艇配備了遇險信標，相當於緊急位置指示無線電信標 (EPIRB)。這可以在船長的命令下釋放，也可以透過“防呆”開關釋放；如果駕駛員定期響應測試，則突然沒有響應會導致系統假設船員喪失能力。
希望已報告的“敲擊”聲是泰坦號的船員和乘客每 30 分鐘敲擊耐壓殼發出的。這是一種教給軍用潛艇船員在海底擱淺時使用的技術。
高頻聲學應答器會更有效，因為它可以為遇險潛水器提供定向精度。
如果泰坦號已經或即將漂浮上來，水面上也可能發生許多情況。即使它已經（或將要）這樣做，船員和乘客也無法開啟潛水器的螺栓艙門。他們可能不得不繼續應對內部可能汙濁的大氣。
更復雜的是泰坦號的白色，這將使其更難在泡沫海中被發現。這就是為什麼從上方探測到的漂浮資產通常採用橙色或黃色陰影，從而具有更高的可見度。
深海潛水器的未來
希望泰坦號的船員和乘客能夠獲救。但如果發生最壞的情況，法醫檢查將不可避免地調查泰坦號是否達到了證明適航性的基本閾值。
儘管各種船級社提出了一套針對商用潛艇和潛水器的規則，但選擇遵守這些規則仍然是一個自願過程（資產保險公司通常會推動這樣做）。
現在是時候承認，深潛與進入太空一樣複雜，甚至更復雜，並且確保潛水器的安全應該不僅僅是一個選擇問題。
本文最初發表於The Conversation。閱讀原文。