برای مقایسه بهتر این دو شاخه صنعتی هر دو را در عالی‌ترین و پیشرفته‌ترین شکل خود تجسم میکنیم. مقایسه‌ی دشواری دو تولید صنعتی کار آسانی نیست. با نگاه اول پاسخ سوال مشخص است،‌ موشک‌های پیشرفته مرزهای چندین رشته‌ی علمی را جابجا میکنند و با چالش‌هایی دشوار روبرو هستند. اما در نگاه دوم،‌ ساخت کمپرسور اویل فری اوج مهندسی مکانیکی دقیق است.

شاید اگر در مورد کمپرسور اسکرو صحبت میکردیم پاسخ قطعی را به راحتی میدادیم. کمپرسور اسکرو ماشینی ارزشمند در صنایع و معادن است، اما ساخت آن را میتوان در درجه‌ی متوسط دشواری قرار داد. ساخت مارپیچ‌های اسکرو بر روی دو شافت به شکلی که در هم تنیده باشند و در سرعتهای بالا با یکدیگر درگیر نشوند نیازمند ماشین‌کاری دقیقی است، ولی این ماشین‌کاری قابل قیاس با صنعت تولید موشک‌های پیشرفته نخواهد بود.

سوال ما به طور دقیق نوع خاصی از کمپرسور اسکرو را نشانه رفت. کمپرسور اسکرو اویل فری ماشینی است که حضور روغن در قلب آن ممنوع شده و باید تمام آن بهره‌وری را بدون حیاتی‌ترین عضو صنعت،‌ یعنی روغن روانکار، خلق کند.

اصلی‌ترین چالش ساخت کمپرسور اویل فری نیاز به دقت افراطی است.

کمال مکانیکی در حد میکرون و بدون کمک روغن مشکل اصلی در طراحی و ساخت کمپرسور اویل فری است. کمپرسور اسکرو چیست؟ کمپرسور اسکرو ماشینی است که هوای محیط کارخانه را دریافت کرده و با فشار و سرعت بالا تحویل شما میدهد. فشار و سرعت در این کمپرسورها گاهی به ۵۰ بار و ۵۰ مترمکعب بر دقیقه هوادهی هوای فشرده میرسد.

هوای فشرده در صنعت هم به شکل خالص استفاده میشود و هم به عنوان ذخیره‌ی انرژی برای راه‌اندازی ماشین‌آلاتی که با باد کار میکنند. ماشین‌آلات بادی یا پنوماتیک انعطاف بیشتر، مانورپذیری بهتر و وزن کمتری در مقایسه با مشابه الکتریکی داشته و ایمنی و عمر طولانی نیز از جمله مزایای آنهاست. به صورت خالص نیز هوای فشرده در اسپری رنگ برای نقاشی خودرو استفاده میشود.

اما چه زمان به کمپرسور بدون روغن نیاز داریم؟ برخی مصارف همچون صنایع غذایی،‌ نوشیدنی، دارویی و الکترونیکی به حضور روغن و هرگونه آلودگی دیگر حساسند.

کمپرسور اسکرو روغنی و بدون روغن

در کمپرسور روغنی یا اویل اینجکت روغن وظایف متعددی از جمله آب‌بندی، خنک‌کاری و روانکاری را بر عهده میگیرد. در کمپرسور بدون روغن که اویل فری نیز نامیده میشود دقت مکانیکی و بکارگیری مواد پیشرفته وظایف روغن را بر عهده دارند.

- تلورانس مهندسی:‌ سرعت چرخش روتورهای کمپرسور اسکرو در مدل روغنی بین ۱۰۰۰ تا ۴۵۰۰ دور بر دقیقه بوده و در مدل بدون روغن تا ۱۰ هزار دور بر دقیقه میرسد. در چنین سرعت‌هایی، عملکرد کمپرسور کاملا متکی بر حفظ فاصله‌ی میکروسکوپی میان روتورهاست. در غیبت لایه‌ای از روغن برای آب‌بندی، هر نشتی کمپرسور اسکرو بازده آن را به شدت کاهش میدهد. روتورهای کمپرسور بایستی با دقتی ساخته شود که خود عمل آب‌بندی را انجام دهد.

- مدیریت گرما و انبساط حرارتی: در حین کار کمپرسور و در سرعت‌های بالایی که گفته شد، روتورها گرما و تنش مکانیکی تولید میکنند و متعاقب آن دچار تغییر شکل میشوند. اگر فاصله‌ی اولیه و حالت سرد روتورها با یکدیگر کم باشد، انبساط باعث قفل شدن آنها در یکدیگر میشود و اگر زیاد باشد بازده کمپرسور کاملا از دست میرود. طراح کمپرسور تغییر شکل روتورها را پیش‌بینی و جبران میکند.

مواد پیشرفته روکش روتور: روکش‌هایی همچون تفلون، پلی‌ اتر-اتر-کتون و دی سولفید مولیبدن بر روی روتور کمپرسور پاشیده میشود تا تحمل آن در برابر اصطکاک بالا رود. میتوان از سرامیک نیز برای روکش روتور استفاده کرد که ماشین‌کاری آن بسیار دشوار است. همچنین وقتی از پاشش روکش بر روی روتور صحبت میشود تصور نکنید که روشی ساده و ارزان‌قیمت است. روکش‌ روتور کمپرسور با بکارگیری فرآیندهای رسوب‌گذاری شیمیایی و فیزیکی در حالت بخار اجرا میشود که در حال حاضر در پژوهشگاه پلیمر و در ابعاد آزمایشگاهی وجود دارد.

همانطور که ساخت کمپرسور اویل فری نیازمند دقتی افراطی بود، موشک‌های پیشرفته نیز بایستی بر چالش محیط‌های افراطی فائق آیند.

چالش‌های ساخت موشک‌های پیشرفته و هایپرسونیک

موشک پیشرفته‌ی بالیستیک تنها یک ماشین ساده نیست. این سیستم‌های پیچیده در سخت‌ترین محیط‌ها دوام آورده و با دقتی عالی به هدف اصابت میکنند. در ساخت موشک نیز مشابه با کمپرسور بدون روغن مدیریت چالش‌های حرارتی اهمیت زیادی دارد. 

- موانع حرارتی: موشک‌های هایپرسونیک یا فراصوت با سرعت بیش از ۵ ماخ،‌ یعنی پنج برابر سرعت صوت، حرکت میکنند و در این مسیر دمای حدود ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد را به شکلی پایدار تجربه میکنند. اگر خاطرتان باشد شهاب‌سنگ‌ها به هنگام ورود به جو زمین در اثر سرعت و افزایش دما منفجر شده و غالبا به زمین نمیرسند. موشک‌ها نیز با چنین محیطی روبرو هستند و قطعات باید گرما و تنش ناشی از شوک حرارتی را تحمل کنند.

- سیستمی متشکل از ساب‌سیستم‌ها: اگر سیستم را به سامانه ترجمه کنیم، ساب‌سیستم‌ها نیز زیرسامانه‌های متعددی هستند که درون موشک با یکدیگر بهینه میشوند. ساخت موفق موشک نیازمند یکپارچگی بی‌نقص زیرسامانه‌هایی همچون موتور پیشرفته‌ای مانند رمجت چرخشی انفجاری، سامانه‌ی کنترل پرواز، هدایت، ناوبری، کنترل یا GNC و حسگر جستجوگر پیشرفته است.

- بهینه‌سازی چندرشته‌ای: در طراحی موشک مسئله تنها منحصر به مهندسی مکانیک نیست. در این طراحی رشته‌های آیرودینامیک، پیشرانش، مواد و متالورژی و بهینه‌سازی دخیل هستند. هر انتخابی در ساخت این محصول صنعتی نظامی هزینه‌ای دارد. برای مثال اگر خواهان افزایش برد موشک هستید، باید وزن آن را کم کنید؛ اما کاهش وزن ممکن است بر استحکام سازه و دقت هدایت آن اثر بگذارد.

- محصولات نظامی همواره ریسک بالاتری دارند. اگر کمپرسور خراب شود خط تولید میخوابد و خواب خط تولید هزینه‌ای چند میلیاردی برای کارخانه‌دار فاکتور خواهد کرد. اما شکست موشک، به ویژه در میانه‌ی میدان جنگ به معنای شکست ماموریت و آسیب سهمگین ملی است.

کدام سختتر است؟

دقت طراحی در کمپرسور اویل فری در عالی‌ترین حد مهندسی مکانیک است.

اگر دشواری را در دقت افسانه‌ای ساخت قطعه‌ای مکانیکی ببینیم، کمپرسور اویل فری برنده‌ی این رقابت خواهد بود. دستیابی به عملکرد بی‌نقص، بهینه و بدون نشت در سرعتهای بالا و بدون روانکاری روغن کمپرسور شاهکاری در دقت مهندسی است و فقط تعداد کمی از شرکتهای جهان از پس آن برآمده اند.

اما اگر تعدد و تنوع چالش‌ها، فناوری‌های روز درگیر در ساخت و محیط عملیات پرفشار موشک را در نظر بگیریم، ساخت موشک هایپرسونیک در عالم دیگری است. شما موشک را که شلیک میکند فقط یک ماشین صنعتی را استارت نزده اید، بلکه یک سامانه‌ی کامل و یکپارچه را راه انداخته‌اید که بر لبه‌ی ممکنات فیزیک قدم زده، بی نقص کار میکند. ساخت کمپرسور استادی در مهندسی مکانیک و ساخت موشک استادی در تمام رشته‌های مهندسی شناخته‌شده و یکپارچه‌سازی آنهاست.

در ساخت موشک صنایعی همراستا شده و پیشرفت میکنند که علم و فناوری کشور را پیش میرانند. این پیشرفت را میتوان در ساخت یاتاقان، نوآوری در روانکاری با گریس، روکش‌های پیشرفته‌ی ضدسایش و ضدخوردگی، مدیریت حرارتی پیشرفته، ژاکت‌های خنک‌کاری کارآمد و تحقیقات بنیادی بر روی پره‌های روتور کمپرسور نیز پیاده کرد. یکپارچه‌سازی صنعت و پیشرفت آن مقدور است. لازم نیست سازندگان کمپرسور اویل فری چرخ را از صفر اختراع کنند.