Το θαύμα μηχανικής του Κτησίβιου – Η αερότονος βλητική μηχανή

Το έργο της αναβάθμισης των βλητικών μηχανών από τον Κτησίβιο εκτείνεται και στους λιθοβόλους, με τη σχεδίαση και κατασκευή του αερότονου. Όπως και στην περίπτωση του χαλκότονου και ο αερότονος διατηρεί στο ακέραιο όλα τα χαρακτηριστικά του συνηθισμένου παλίντονου λιθοβόλου (την βάση, τα διτρόχια, την σύριγγα, το χελώνιον, τον μηχανισμό της σκανδάλης). Εξαίρεση είναι το πλινθίο του, το οποίο είναι μία ολομεταλλική κατασκευή που φέρει στη θέση των τόνων έμβολα με κυλίνδρους, παρόμοια με αυτά των κινητήρων εσωτερικής καύσης.

Ο Φίλων (ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΝΤΑΞΙΣ, ΒΕΛΟΠΟΙΪΚΑ, 77.10, H. Diels & E. Schramm, Preussischen Akademie der Wissenschaften, 1918-1919), εντυπωσιασμένος από το όπλο, τονίζει ιδιαίτερα την μεγαλοφυή επιστημονική σύλληψη που οδηγεί στην κατασκευή του. Ο Κτησίβιος ήδη χρησιμοποιεί εμβολοφόρους μηχανισμούς σε αντλητικές διατάξεις, όπως η εκπληκτική καταθλιπτική του αντλία, όπου αξιοποιείται στο έπακρο η λειτουργία του εμβόλου και του κυλίνδρου.

Προφανώς, όπως υποστηρίζει ο Φίλων (ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΝΤΑΞΙΣ, ΒΕΛΟΠΟΙΪΚΑ, 77.10-25), ο Κτησίβιος κατά τη διάρκεια των πειραμάτων του στην λεγόμενη πνευματική (καρπός των οποίων είναι και η ύδραυλις, ο πρόγονος του εκκλησιαστικού οργάνου), διαπιστώνει ότι σε αντίθεση με το νερό, ο αέρας είναι ελαστικός (δηλαδή συμπιέζεται), παρέχοντας κατά την αποπίεσή του, τρομακτική ισχύ σε σχέση με άλλα μέσα.

Η απόδειξη της παραγωγής ισχύος από αέρια λόγω συμπίεσης, οδηγεί στην αξιοποίηση των μηχανισμών του εμβόλου και του κυλίνδρου, για τη χρήση τους σε ένα άλλο ρευστό που δεν είναι ασυμπίεστο όπως το νερό, αλλά συμπιεστό (ο ατμοσφαιρικός αέρας). Τόσο ο κύλινδρος, όσον και το έμβολο κατασκευάζονται, όπως εξηγεί ο Φίλων, από σφυρήλατο ορείχαλκο, της ίδιας ποιότητας με τον αντίστοιχο που χρησιμοποιείται στον χαλκότονο.

Η επεξεργασία των κυλινδρικών επιφανειών βασίζεται στη χρήση τόρνου σε συνδυασμό με τη χρήση κανόνα για τον έλεγχο της λείανσης, ώστε να διασφαλίζεται η μέγιστη δυνατή στεγανοποίηση (η μηχανουργική αυτή διάταξη χρησιμοποιείται στην Ελλάδα, τουλάχιστον από τον 4ο προχριστιανικό αιώνα, σύμφωνα με επιγραφή που έχει έλθει στο φως κατά τις ανασκαφές του 1893 στην Ελευσίνα).

Βλητική και απότομη αποπίεση

Κατά την όπλιση, οι βραχίονες μέσω αρθρωτών συνδέσμων, πιέζουν τα δύο έμβολα του πλινθίου προς το εσωτερικό των κυλίνδρων, συμπιέζοντας ισχυρότατα τον περιεχόμενο αέρα, με συνέπεια κατά την εκτόνωση της χορδής, η απότομη αποπίεση να παρέχει την απαιτούμενη ισχύ για τη λειτουργία της μηχανής.

Ο αερότονος παρά την περιληπτική περιγραφή του από τον Φίλωνα, είναι αναμφισβήτητα μία ιδιοφυής μηχανική σύλληψη, που ακόμη και στην εποχή μας, προκαλεί τον θαυμασμό για την ευρηματικότητα, την αρτιότητα και την τελειότητα της σχεδίασης. Όπως και σε άλλες μηχανικές εφευρέσεις του Κτησιβίου, ο αερότονος δημιουργεί πολλά ερωτήματα θαυμασμού, καθώς εμφανίζεται εντελώς αιφνιδιαστικά.

Η συνολική σύλληψη της μηχανικής κατασκευής, η λειτουργία του εμβόλου και του κυλίνδρου, η αρχή της στεγανοποίησης με την εφαρμογή επιστομίων και ειδικών υλικών και η χρήση αρθρωτών συνδέσμων για τη μετάδοση της κίνησης των βραχιόνων, δεν έχουν κανένα προηγούμενο, πέραν των γενικών θεωρημάτων του Κτησιβίου που αφορούν τη μηχανική των ρευστών και που δυστυχώς δεν διασώζονται.

Αν και οι επιδόσεις του αερότονου είναι εξαιρετικές (όπως πιστοποιεί η ανακατασκευή του στη Γερμανία), δεν υιοθετείται από τους στρατιωτικούς κύκλους της εποχής του, καθώς και μόνον η ιδέα της συντήρησης, της υποστήριξης και της επισκευής (πόσο μάλλον της κατασκευής) των εμβολοφόρων μηχανισμών με τους αρθρωτούς βραχίονες, προκαλεί εφιάλτες.

Έμβολο και κύλινδρος

Αν ο χαλκότονος απαιτεί ειδικό εξοπλισμό για τα κινητά οπλουργεία-μηχανουργεία, ο αερότονος αυξάνει τις ανάγκες στο έπακρο, απαιτώντας πληθώρα εξειδικευμένων εργαλείων και μηχανουργικών διατάξεων, όπως οι τόρνοι, στοιχείο που προϋποθέτει μία εντελώς νέα οργάνωση και λειτουργία των μονάδων μηχανικού, με κομβικό σημείο την τεχνική υποστήριξη, που οφείλει να κυριαρχείται από την παρουσία ιδιαίτερα εξειδικευμένου προσωπικού.

Η λειτουργία πάντως του εμβόλου και του κυλίνδρου, προκαλεί και ένα άλλο φαινόμενο που παρατηρεί ο Κτησίβιος (V. Foley & W. Södel, “ANCIENT CATAPULTS”, Scientific American, March, 1979). Αυτό αφορά τον σπινθήρα που παράγεται κατά την κίνηση του εμβόλου μέσα στον κύλινδρο, με την συμπίεση του αέρα, πιθανώς λόγω υπερθέρμανσης κάποιας συγκολλητικής ουσίας ή στεγανοποιητικού. Αν όμως ο σπινθήρας προέρχεται μόνον λόγω της συμπίεσης του αέρα, τότε ο Κτησίβιος είναι ο πρώτος μηχανικός που ανακαλύπτει το φαινόμενο που διέπει τον κύκλο του Otto, το οποίο δύο και πλέον χιλιετίες αργότερα οδηγεί στην κατασκευή των κινητήρων εσωτερικής καύσης.

Ανακατασκευή του αερότονου επιχειρείται στις αρχές του 20ου αιώνα από τη γερμανική ομάδα ερευνητών του Schramm, καταλήγοντας στο Πολυτεχνείο του Αμβούργου. Η άγνοια, όμως, των στεγανοποιητικών υλικών που χρησιμοποίησε ο Κτησίβιος, απαιτεί τη χρήση βοηθητικού αεροσυμπιεστή, για την αποτελεσματική λειτουργία του (R. Jurga, “MACHINY WOJENNE”, Pelta, Warsawa, 1995, σελίς 22).

Ταπεινή καταγωγή

Παραμένουν πάντως μυστήριο οι λόγοι, που περιθωριοποιούνται οι εκπληκτικές μηχανές του Κτησιβίου στο επίπεδο των πρωτοτύπων, αφού οι απόψεις του κατασκευαστή τους δεν διασώζονται. Ίσως ευθύνεται η ταπεινή καταγωγή του μεγαλοφυούς εφευρέτη. Προέρχεται από άσημη οικογένεια της Αλεξανδρείας. Ο πατέρας του είναι κουρέας στην Ασπόνδεια, ένα προάστιο της πόλης.

Μάλλον δεν έγινε αποδεκτός από την άρχουσα τάξη της εποχής, παρά το γεγονός ότι ο Πτολεμαίος ΙΙ τον ορίζει διευθυντή του Μουσείου και παρά τις στενές σχέσεις του με τον Αρχιμήδη, με τον οποίο ανταλλάσσει επιστημονικές μελέτες με σκοπό τον αμοιβαίο σχολιασμό και κριτική τους. Σε αντίθεση με τον Κτησίβιο, ο Αρχιμήδης είναι υιός του επιφανούς αστρονόμου Φειδία και συγγενής του τυράννου των Συρακουσών Ιέρωνος ΙΙ.

Το πρόβλημα αυτό αντικατοπτρίζεται και σε αρκετούς ερευνητές που σχολιάζουν ειρωνικά την καταγωγή του, αλλά ο Drachmann, πολύ ορθά κατακεραυνώνει τους μικρόψυχους επικριτές του, τονίζοντας πως τους είναι αδύνατον να ανεχθούν το γεγονός ότι μία πληθώρα λαμπρών και απαράμιλλων ανακαλύψεων και εφευρέσεων έχει ως αφετηρία της ένα κουρείο της αλεξανδρινής περιφέρειας (G. Drachmann, “THE MECHANICAL TECHNOLOGY OF GREEK AND ROMAN ANTIQUITY”, Copenhagen, 1963, σελίς 10)…