タイタニック号が今日沈没しなかった理由と、回避できたかもしれないその他の悲劇

これらの大惨事はすべて、今日私たちが知っている材料の進歩があれば避けられたでしょう。

タイタニック号の鋼のもろさ

1985 年 9 月 1 日、 ロバート・バラードがタイタニック号を発見 大西洋の海底3,700メートルにある。船は約 600 メートル離れた 2 つの主要セクションに分割されていました。この衝突により、船体には合計 1,115 平方メートルの開口部が生じました。

1996 年 8 月 15 日の北大西洋の難破船への遠征中、研究者たちは船体から鋼材を運び出し、 冶金分析。注意深く分析した結果、この鋼は延性脆性転移温度が高く、低温での使用には不向きであることが判明しました。衝突時の水温は－２℃だった。

今日、これらの鋼の品質は飛躍的に向上しています。

リバティ船にはエラーが残った

第二次世界大戦中、米国は 6,000 隻以上の船を建造しました。 リバティ船 イギリスを支援するために。製造上の特徴の 1 つは、船体の鋼板がリベットで接合されず、溶接されていることです。これらの船のうち 3 隻が文字通り真っ二つに割れたとき、その理由は最初は明らかで、プレートの溶接が原因であると考えられました。ただし、 本当の原因は低温での鋼の脆さに関連していた。

これらの船は、SS スケネクタディ号、ペンドルトン号、フォート マーサー号と同様に、1912 年に北大西洋で沈没したタイタニック号のようなマイナス 2℃ 近い温度に耐えました。

このような温度では、ヘルメットに使用されている鋼材は脆くなり、簡単に壊れてしまいます。この問題の鍵は、材料が延性から脆性に移行する時期 (DBTT) を決定する温度にあります。この挙動の変化は数年後まで発見されず、過去半世紀の冶金研究に課題をもたらしました。

20世紀の冶金学の進歩により、そのような突然の変化が起こらないように鋼の組成を変更し、このリスクを軽減することが可能になりました。今日、私たちは、鋼を構成する元素間の関係がその挙動を最適化する鍵であること、またこれが低温に対する感受性や亀裂の形成のしやすさに影響を与えることを知っています。

鋼の成分を少し変えれば、多くの災害は避けられただろう。船の沈没だけではありません。

チャレンジャー: 温度の影響

の チャレンジャーの悲劇 1986 年の災害は、20 世紀で最も衝撃的な災害の 1 つでした。このNASAの飛行には、ロナルド・レーガン政府が推進する宇宙教師プログラムに選ばれた教師、クリスタ・マコーリフが乗っていたため、特別な関連性を持っていた。

この打ち上げにより、宇宙旅行への関心が再燃し、その安全性が高まっていることが示されると期待されていた。しかし、チャレンジャー号は離陸から73秒後、高度14.6キロメートルで崩壊し、乗組員7名全員が死亡した。

調査の結果、事故があったことが判明した 固体燃料推進剤の O リングの破損が原因。これらのガスケットはフルオロエラストマー (FKM) で製造されており、低温では弾性が失われます。

打ち上げ当日の朝の気温はマイナス3度で、接合部が適切に密閉できなかった。これにより高温のガスが放出され、右側のプロペラが破損し、大惨事が引き起こされました。

1986 年までに、彼は O リングが低温に弱いことをすでに知っており、数人の専門家が離陸を延期することを提案しました。しかし、ミッションの成功に対するプレッシャーが勝り、悪条件下での物質の挙動に関する警告は無視されました。

ハビランド彗星と金属疲労

ハビランド DH.106 コメットは最初の民間ジェット旅客機で、1949 年に運航を開始して航空界の画期的な出来事を記録しました。タービンを動力として、より高い高度で乱気流を少なく飛行し、乗客の快適性を向上させました。後退翼と埋め込みエンジンを備えた空力設計により、効率が向上しました。

しかし、1953 年から 1954 年にかけて、 コメットは一連の事故に見舞われたカルカッタ上空で崩壊したG-ALYV便も含まれる。

当初、原因は気候にあると考えられていました。しかし調査の結果、この飛行機の構造設計、つまり四角い窓に問題があることが判明した。

これらの窓は応力集中部として機能し、飛行中の圧力サイクルによって亀裂が発生しました。サイクルが進むごとに亀裂は増加し、爆発的な減圧を引き起こし、飛行機は崩壊してしまいました。

この発見は航空業界にとって鍵となり、応力集中を防ぎ金属疲労のリスクを軽減するために、現在飛行機で見られる楕円形の窓が採用されました。

スペースシャトル コロンビア: 腐食

2003 年 2 月 1 日、 スペースシャトル コロンビア 大気圏突入時に崩壊し、乗組員7名が死亡した。

この事故は、打ち上げ時に脱落した断熱材の破片が熱保護板に影響を与えたことによる左翼の損傷によるものでした。この損傷によりシャトルの内部構造が大気中の高温ガスにさらされ、船が弱体化して崩壊しました。

その要因の一つとなったのが、 金属材料の腐食宇宙空間では、大気の上層で反応性の高い元素状酸素にさらされることで悪化します。それ以来、安全検査では材料の腐食にさらに注意が払われるようになり、今後の事故を防ぐために見逃されることはなくなりました。

材料科学と工学への取り組み

言及した災害は、現代技術の安全性と成功における材料科学と工学の重要性を浮き彫りにしています。

致命的な故障を防ぐには、さまざまな条件下で材料がどのように動作するかを理解することが不可欠です。イーロン・マスクなどの人物はこの分野の重要性を強調し、宇宙産業やその他の分野の発展に不可欠な科学や工学でのキャリアを学ぶことを人々に奨励しています。そして、これまで見てきたように、将来の歴史に残る恐ろしい事故を避けるためです。

**この記事は最初に公開されました会話