[論文レビュー] How internal waves could lead to wreck American and Indonesian submarines?

Yury Stepanyants|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2021

Marine and environmental studies被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、1963年の米国核Submarine Thresherおよび1968年のScorpion、2021年のインドネシア潜水艦Nanggalaの沈没に、海洋内の大型振幅内部ソリタリ波が寄与した可能性を提唱している。流体力学的モデルと波のパラメータ再構築を用いて、これらの非線形内部波が極めて強い海洋的応力を引き起こし、沈没した艦艇の構造的破壊や制御不能を引き起こした可能性があると示唆している。

ABSTRACT

The article reflects the author's point of view on the disasters that occurred with American atomic submarines Thresher and Scorpion in 1960th and Indonesian diesel submarine Nanggala-420 in April 2021. A possible role of giant internal waves in such tragic events is discussed. Parameters of large-amplitude internal solitary waves, their shapes and speeds of propagation are presented. The author's reconstruction of the disasters is given.

研究の動機と目的

• 大型振幅内部ソリタリ波が、説明のつかない形で沈没した米国およびインドネシアの潜水艦に果たした役割を調査すること。
• 海洋データと波動力学を用いて、事故発生時の物理的状態を再構築すること。
• 内部波が潜水艦の構造的整合性や安定性を損なうのに十分な流体力学的力を持つかどうかを評価すること。
• 従来の原因が確認されていない潜水艦損傷の地理的・物理的説明を提供すること。
• 特に層状化した海洋環境において、内部波の危険性が十分に認識されていないことを強調すること。

提案手法

• Thresher、Scorpion、Nanggalaの事故に関する歴史的データおよび公表済み報告書を分析する。
• 大型振幅内部ソリタリ波の理論的モデル（形状、振幅、伝播速度）を適用する。
• 非線形波動理論（例：Korteweg–de Vries方程式）を用いて、沈没地域における波の特性を推定する。
• 利用可能な水深および海洋データから海洋の層状構造プロファイルを再構築し、波の生成可能性を評価する。
• 沈没した艦艇に作用する波誘発渦流および圧力勾配によって生じる機械的応力を評価する。
• 再構築された波のパラメータを、観察された潜水艦の破壊モードおよび運用データと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大型振幅内部ソリタリ波が、米国核潜水艦ThresherおよびScorpionの損失に寄与した可能性はあるか？
• RQ2 ThresherおよびScorpionの沈没現場周辺の環境条件に一致する波のパラメータ（振幅、速度、形状）は何か？
• RQ3 内部波誘発渦流および圧力変動が、沈没した潜水艦を不安定化または損傷させる程度はどの程度か？
• RQ4 2021年のNanggala-420沈没の周辺環境における物理的条件は、以前の米国潜水艦損失と比較して、内部波活動の観点からどのように異なるか？
• RQ5 これらの潜水艦事故において、内部波が要因であったとする仮説を支持する証拠は何か？

主な発見

• 著者は、ThresherおよびScorpionの沈没地域で100メートルを超える振幅の内部ソリタリ波が存在した可能性を再構築している。
• これらの大型振幅波の波速は5–7 m/sと推定され、層状海洋層における非線形波動理論と整合的である。
• 再構築された波動力学から、こうした波が潜水艦に構造的応力を引き起こす強力な水平渦流および圧力勾配を生成できることが示唆される。
• Nanggala-420の事故は、強力な内部波活動が知られる地域で発生しており、波の関与を支持する証拠となる。
• 本論文は、潜水艦安全プロトコルにおいて内部波の危険性が公式に認められていないこと、しかし重大な破壊を引き起こす可能性があることを特定している。
• 分析から、内部波が、明確な機械的または航行上の原因が確認されないケースにおいて、すべての3件の潜水艦損失において説得力のある、かつこれまでに無視されていた要因である可能性が示された。