编者注（6/23/23）：美国海岸警卫队于6月22日宣布，一艘遥控潜水器发现了泰坦号潜水器的碎片。拥有该潜水器的海洋之门探险公司宣布，泰坦号及其船上所有五人已失踪。有关该潜水器的更多报道，请参阅“内爆的泰坦尼克号游客潜水器发生了什么？”。有关发现碎片的海底环境的更多信息，请阅读“了解海洋深处压力如何剧增”。
以下文章经 The Conversation许可转载， The Conversation是一家报道最新研究的在线出版物。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。
失踪的泰坦号潜水器的氧气供应预计将于美国东部时间星期四上午 6 点左右（格林威治标准时间上午 10 点）耗尽。
仍在为泰坦号及其五名乘员进行疯狂搜寻，声纳浮标已记录到周二和周三在搜索区域发出“敲击”声。
由于该潜水器的命运尚未确定，公众正在质疑此类旅游探险活动的安全。
背景
泰坦号失踪的背景令人不安。有报道详细介绍了法庭文件，显示泰坦号的责任公司海洋之门解雇了员工大卫·洛克里奇，此前他表达了对潜水器安全性的担忧。
洛克里奇不同意海洋之门关于证明该资产适航性的最佳方法，并反对海洋之门在未对潜水器船体进行“无损检测”以证明其完整性的情况下进行潜水的决定。
同样在 2018 年，海洋技术协会载人水下航行器委员会致海洋之门的一封信（由 38 位专家签署）表达了对潜水器安全性的担忧。他们表示“[…] 海洋之门采用的实验性方法可能会导致负面结果（从小到灾难性），这将对行业中的每个人产生严重后果”。
正如我们从这些交流中看到的那样，深海潜水器的工程设计和监管仍然有些未知。由于泰坦号在国际水域运营，因此在技术上不受任何单一国家法规的约束。
在这种情况下，大多数潜水器设计师会选择让船级社对潜水器的设计进行认证。海洋之门有意识地决定拒绝为泰坦号这样做。
潜水器的适航性
当我们谈论海洋船舶的“适航性”时，我们本质上是在询问它是否适合用途、安全运行以及是否符合环境保护要求。
对于泰坦号，适合用途可以概括为能够安全地从水面母船下水，自主运行至 4,000 米（泰坦尼克号残骸的大概深度），并在潜水几个小时后重新浮出水面，以便母船回收。
安全运行意味着船上没有设备损坏，乘客不易受伤（或更糟）。环境保护意味着潜水器不会对其周围环境产生任何重大影响，例如通过污染或扰乱生态系统。
然而，这是蓝天情景。深海潜水器在恶劣的环境中运行，可能会出现问题。
抗压性
潜水器和潜艇的形状之所以如此，是因为球体和圆柱体在几何形状上更耐压。
泰坦号不是在 1 巴的可呼吸大气压中运行，而必须承受泰坦尼克号深度海水中 370 巴的压力。船体中的任何缺陷都可能导致瞬间内爆。
那么，“非圆形”几何形状变成缺陷的阈值是多少？
在数百米深度使用水下航行器的行业通常会使用钢制船体，其非圆形阈值通常低于船舶直径的 0.5%。该标准对于 4,000 米深度的泰坦号耐压壳是否足够安全？
泰坦号由复合碳纤维-钛合金船体制造。与仅使用金属材料相比，设计和结构评估这些材料极其复杂。可以推测，这就是海洋之门为泰坦号配备“实时船体健康监测系统”的原因。
目前尚不清楚该系统是否实际测量船体中的应力（使用应变计），或者它是否像洛克里奇警告的那样，只是一种声学分析，只能在“内爆前几毫秒”警告人们即将出现的问题。
耐压壳完整性的安全性需要分析各种失效模式，然后在确定每个模式的安全系数，具体取决于旨在达到的深潜深度。
在验证设计（通过计算）后，应通过两个步骤进行实际验证。
应对制造的耐压壳进行无损检测，以检查其几何形状的精确性和任何非圆形方面。
然后，应在逐渐增加的深度下进行实际潜水（理想情况下是无人潜水），并使用应变计来测量实际值与预测值是否一致。我们不知道泰坦号是否经过了此类测试。
备份和冗余
在设计功能架构和选择设备时，设计师会考虑许多“如果”情景来从中恢复
如果主电源发生故障怎么办？
如果我的计算机崩溃并且驾驶员失去控制怎么办？
如果我的主要通信系统发生故障怎么办？
潜水器如何向母船发出出现问题的信号？
这些情景促使海军建筑师确保所谓的 SFAIRP（在合理可行的范围内尽可能安全）。这不仅涉及减轻事故的后果，还涉及防止事故发生。
实际上，这意味着拥有
备用氧气（例如在等待救援人员时）
可靠的主电源和备用系统
另一种电源（例如液压），以防断电 – 这将有助于（例如）释放安全铅坠以获得正浮力并上升回水面。
每个系统都需要针对特定环境进行特定的验证（理论）和确认（测试）。
如果证明商用现成设备适合各种情景下的用途，则可以将其安装在船上。但是，大多数外部组件（由于巨大的压力）和安全系统都需要定制设计。
据报道，泰坦号正在使用某些“现成”设备，但很难说这些设备是否已获得认证，可用于其在这些深度下的预期用途。
安全系统
在泰坦号的案例中，与母船的系绳可以确保即时双向通信和更高的数据交换速率。但是，这些电缆可能会在沉船地点与潜在的危险物缠绕在一起。
因此，系绳主要用于无人航行器；载人潜水器更愿意信任驾驶员。此外，GPS、便携式卫星电话和自动识别系统无法在水下使用。这些工具使用无法在深水下传播的电磁波（尽管它们可以在水面上使用）。
一些潜艇配备了遇险信标，相当于紧急位置指示无线电信标 (EPIRB)。这可以在船长的命令下释放，也可以通过“防呆”开关释放；如果驾驶员定期响应测试，则突然没有响应会导致系统假设船员丧失能力。
希望已报告的“敲击”声是泰坦号的船员和乘客每 30 分钟敲击耐压壳发出的。这是一种教给军用潜艇船员在海底搁浅时使用的技术。
高频声学应答器会更有效，因为它可以为遇险潜水器提供定向精度。
如果泰坦号已经或即将漂浮上来，水面上也可能发生许多情况。即使它已经（或将要）这样做，船员和乘客也无法打开潜水器的螺栓舱门。他们可能不得不继续应对内部可能污浊的大气。
更复杂的是泰坦号的白色，这将使其更难在泡沫海中被发现。这就是为什么从上方探测到的漂浮资产通常采用橙色或黄色阴影，从而具有更高的可见度。
深海潜水器的未来
希望泰坦号的船员和乘客能够获救。但如果发生最坏的情况，法医检查将不可避免地调查泰坦号是否达到了证明适航性的基本阈值。
尽管各种船级社提出了一套针对商用潜艇和潜水器的规则，但选择遵守这些规则仍然是一个自愿过程（资产保险公司通常会推动这样做）。
现在是时候承认，深潜与进入太空一样复杂，甚至更复杂，并且确保潜水器的安全应该不仅仅是一个选择问题。
本文最初发表于The Conversation。阅读原文。