[논문 리뷰] How internal waves could lead to wreck American and Indonesian submarines?

Yury Stepanyants|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 14.

Marine and environmental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 대양 내부에서 발생하는 큰 진폭의 고립파가 1963년 미국 핵잠수함 테스퍼, 1968년 스코르피언, 그리고 2021년 인도네시아 디젤 잠수함 낭갈라의 침몰에 기여했을 수 있다고 제안한다. 유체역학적 모델링과 파라미터 재구성 기반으로 저자들은 이러한 비선형 내부파가 극도로 높은 해양 응력을 유도하여 잠수함의 구조적 고장이나 조종실수를 초래했을 수 있음을 제기한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 미해결된 미국 및 인도네시아 잠수함 침몰 사건에 대해 큰 진폭의 내부 고립파가 기여했을 가능성을 조사한다.
• 해양학적 자료와 파동 역학을 활용해 사고 발생 당시의 물리적 조건을 재구성한다.
• 내부파가 잠수함의 무결성이나 안정성에 손상을 줄 수 있을 정도의 유체역학적 힘을 생성할 수 있는지 평가한다.
• 기존 원인으로 설명되지 않는 잠수함 실종 사고에 지구물리학적 설명을 제공한다.
• 특히 분층된 해양 환경에서 내부파의 간과된 위험성을 부각한다.

제안 방법

• 테스퍼, 스코르피언, 낭갈라 사고에 대한 역사적 자료와 공개 보고서를 분석한다.
• 큰 진폭의 내부 고립파의 이론적 모델을 적용하며, 그 형태, 진폭, 전파 속도를 포함한다.
• 비선형파 이론(예: 코르테웨그-데브리스 방정식)을 사용해 침몰 지역의 파라미터를 추정한다.
• 가용한 해저도도 및 해양학적 자료를 기반으로 해양 분층 구조 프로파일을 재구성하여 파동 생성 가능성을 평가한다.
• 잠수함에 작용하는 파동 유도 유속과 압력 기울기로 인한 기계적 응력을 평가한다.
• 재구성된 파라미터를 관측된 잠수함 고장 양상과 운영 데이터와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 큰 진폭의 내부 고립파가 미국 핵잠수함 테스퍼와 스코르피언의 실종에 기여했을 수 있었는가?
• RQ2 테스퍼 및 스코르피언 침몰 지역 근처 환경 조건과 일치하는 파라미터(진폭, 속도, 형태)는 무엇인가?
• RQ3 내부파에 의해 유도된 유속과 압력 변화가 잠수함의 안정성이나 손상을 얼마나 심각하게 악화시킬 수 있는가?
• RQ4 2021년 낭갈라-420 침몰 사건의 물리적 조건은 내부파 활동 측면에서 이전 미국 잠수함 실종 사건과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 내부파가 이 세 잠수함 재난에 기여한 요인이라는 가설을 뒷받침하는 증거는 무엇인가?

주요 결과

• 저자는 테스퍼 및 스코르피언 침몰 지역에서 100미터 이상의 진폭을 가진 내부 고립파가 존재했을 가능성을 재구성한다.
• 이러한 큰 진폭의 파동에 대해 5–7 m/s의 전파 속도가 추정되며, 이는 분층된 해양층에서의 비선형파 이론과 일치한다.
• 재구성된 파동 역학은 이러한 파동이 잠수함에 구조적 응력을 유도할 수 있는 강력한 수평 유속과 압력 기울기를 생성할 수 있음을 시사한다.
• 낭갈라-420 사고는 강한 내부파 활동이 알려진 지역에서 발생했으며, 이는 파동의 관여 가능성을 뒷받침한다.
• 논문은 잠수함 안전 규정에서 내부파 위험을 공식적으로 인정하지 않는 점을 지적하며, 이는 치명적인 고장을 유발할 수 있다.
• 분석 결과, 내부파가 이 세 잠수함 침몰의 타당하고 이전에 간과된 요인일 수 있으며, 특히 명백한 기계적 또는 항법적 원인이 없는 사례에서 특히 그렇다.