Sự ra đời của phòng sạch hiện đại bắt nguồn từ ngành công nghiệp quân sự thời chiến. Vào những năm 1920, Hoa Kỳ lần đầu tiên đưa ra yêu cầu về môi trường sản xuất sạch trong quá trình sản xuất con quay hồi chuyển trong ngành hàng không. Để loại bỏ bụi bẩn trong không khí bám vào bánh răng và ổ trục của thiết bị máy bay, họ đã thiết lập "khu vực lắp ráp có kiểm soát" trong các xưởng sản xuất và phòng thí nghiệm, tách biệt quy trình lắp ráp ổ trục khỏi các khu vực sản xuất và vận hành khác, đồng thời cung cấp nguồn khí lọc liên tục. Trong Thế chiến II, các công nghệ phòng sạch như bộ lọc HEPA đã được phát triển để đáp ứng nhu cầu chiến tranh. Những công nghệ này chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu thử nghiệm quân sự và chế biến sản phẩm để đạt được độ chính xác, độ thu nhỏ, độ tinh khiết cao, chất lượng và độ tin cậy cao. Vào những năm 1950, trong Chiến tranh Triều Tiên, quân đội Hoa Kỳ đã gặp phải sự cố thiết bị điện tử trên diện rộng. Hơn 80% radar bị hỏng, gần 50% thiết bị định vị thủy âm bị hỏng và 70% thiết bị điện tử của Quân đội bị hỏng. Chi phí bảo trì hàng năm vượt gấp đôi chi phí ban đầu do độ tin cậy của linh kiện kém và chất lượng không đồng đều. Cuối cùng, quân đội Hoa Kỳ xác định nguyên nhân chính là bụi và môi trường nhà máy không sạch sẽ, dẫn đến năng suất linh kiện thấp. Mặc dù đã áp dụng các biện pháp nghiêm ngặt để phong tỏa các xưởng sản xuất, vấn đề phần lớn đã được giải quyết. Việc đưa bộ lọc không khí HEPA vào các xưởng này cuối cùng đã giải quyết được vấn đề, đánh dấu sự ra đời của phòng sạch hiện đại.
Vào đầu những năm 1950, Hoa Kỳ đã phát minh và sản xuất bộ lọc không khí HEPA, đánh dấu bước đột phá lớn đầu tiên trong công nghệ phòng sạch. Điều này cho phép thiết lập một số phòng sạch công nghiệp trong các lĩnh vực sản xuất vệ tinh và quân sự của Hoa Kỳ, và sau đó, việc sử dụng rộng rãi chúng trong sản xuất thiết bị hàng không và hàng hải, máy đo gia tốc, con quay hồi chuyển và thiết bị điện tử. Khi công nghệ phòng sạch phát triển nhanh chóng ở Hoa Kỳ, các nước phát triển trên thế giới cũng bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng nó. Người ta nói rằng một công ty tên lửa của Hoa Kỳ đã phát hiện ra rằng khi lắp ráp con quay hồi chuyển dẫn đường quán tính tại xưởng Purdy, trung bình cứ 10 đơn vị được sản xuất thì cần phải làm lại 120 lần. Khi lắp ráp được thực hiện trong môi trường có kiểm soát ô nhiễm bụi, tỷ lệ làm lại giảm xuống chỉ còn hai. So sánh vòng bi con quay hồi chuyển được lắp ráp ở tốc độ 1200 vòng/phút trong môi trường không bụi và môi trường có bụi (với đường kính hạt trung bình là 3μm và số lượng hạt là 1000 pc/m³) cho thấy tuổi thọ sản phẩm chênh lệch gấp 100 lần. Những kinh nghiệm sản xuất này đã làm nổi bật tầm quan trọng và tính cấp thiết của việc thanh lọc không khí trong ngành công nghiệp quân sự và đóng vai trò là động lực thúc đẩy sự phát triển của công nghệ không khí sạch vào thời điểm đó.
Việc ứng dụng công nghệ không khí sạch trong quân đội chủ yếu cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của vũ khí. Bằng cách kiểm soát độ sạch của không khí, hàm lượng vi khuẩn và các chất gây ô nhiễm khác, công nghệ không khí sạch cung cấp một môi trường được kiểm soát chặt chẽ cho vũ khí, đảm bảo hiệu quả năng suất sản phẩm, cải thiện hiệu quả sản xuất, bảo vệ sức khỏe nhân viên và tuân thủ các quy định. Hơn nữa, công nghệ không khí sạch được sử dụng rộng rãi trong các cơ sở quân sự và phòng thí nghiệm để đảm bảo hoạt động chính xác của các thiết bị và dụng cụ chính xác.
Chiến tranh thế giới bùng nổ đang thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp quân sự. Ngành công nghiệp đang phát triển nhanh chóng này đòi hỏi một môi trường sản xuất chất lượng cao, dù là để cải thiện độ tinh khiết của nguyên liệu thô, chế biến và lắp ráp linh kiện, hay nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ của linh kiện và thiết bị hoàn chỉnh. Các yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất sản phẩm, chẳng hạn như thu nhỏ kích thước, độ chính xác cao, độ tinh khiết cao, chất lượng cao và độ tin cậy cao. Hơn nữa, công nghệ sản xuất càng tiên tiến, yêu cầu về độ sạch sẽ của môi trường sản xuất càng cao.
Công nghệ phòng sạch chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực quân sự, bao gồm sản xuất và bảo trì máy bay, tàu chiến, tên lửa và vũ khí hạt nhân, cũng như sử dụng và bảo trì thiết bị điện tử trong chiến tranh. Công nghệ phòng sạch đảm bảo độ chính xác của thiết bị quân sự và độ tinh khiết của môi trường sản xuất bằng cách kiểm soát các chất gây ô nhiễm trong không khí như bụi mịn, không khí độc hại và vi sinh vật, từ đó cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị.
Ứng dụng phòng sạch trong lĩnh vực quân sự chủ yếu bao gồm gia công chính xác, sản xuất dụng cụ điện tử và hàng không vũ trụ. Trong gia công chính xác, phòng sạch cung cấp môi trường làm việc không bụi và vô trùng, đảm bảo độ chính xác và chất lượng của các bộ phận cơ khí. Ví dụ, chương trình hạ cánh lên mặt trăng của Apollo yêu cầu mức độ sạch cực kỳ cao đối với gia công chính xác và dụng cụ điều khiển điện tử, trong đó công nghệ phòng sạch đóng vai trò then chốt. Trong sản xuất dụng cụ điện tử, phòng sạch giúp giảm hiệu quả tỷ lệ hỏng hóc của các linh kiện điện tử. Công nghệ phòng sạch cũng không thể thiếu trong ngành hàng không vũ trụ. Trong các sứ mệnh hạ cánh lên mặt trăng của Apollo, không chỉ gia công chính xác và dụng cụ điều khiển điện tử đòi hỏi môi trường siêu sạch mà các thùng chứa và dụng cụ được sử dụng để mang đá mặt trăng về cũng phải đáp ứng các tiêu chuẩn sạch cực kỳ cao. Điều này dẫn đến sự phát triển của công nghệ dòng chảy tầng và phòng sạch Class 100. Trong sản xuất máy bay, tàu chiến và tên lửa, phòng sạch cũng đảm bảo sản xuất linh kiện chính xác và giảm thiểu các hỏng hóc liên quan đến bụi.
Công nghệ phòng sạch cũng được sử dụng trong y học quân sự, nghiên cứu khoa học và các lĩnh vực khác để đảm bảo độ chính xác và an toàn của thiết bị và thí nghiệm trong điều kiện khắc nghiệt. Với những tiến bộ công nghệ, tiêu chuẩn và thiết bị phòng sạch liên tục được nâng cấp, và ứng dụng của chúng trong quân đội ngày càng mở rộng.
Trong sản xuất và bảo trì vũ khí hạt nhân, môi trường sạch giúp ngăn chặn sự phát tán vật liệu phóng xạ và đảm bảo an toàn sản xuất. Bảo trì thiết bị điện tử: Trong môi trường chiến đấu, phòng sạch được sử dụng để bảo trì thiết bị điện tử, ngăn bụi và độ ẩm ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị. Sản xuất thiết bị y tế: Trong lĩnh vực y tế quân sự, phòng sạch đảm bảo tính vô trùng của thiết bị y tế và nâng cao độ an toàn.
Tên lửa liên lục địa, là một thành phần thiết yếu của lực lượng chiến lược quốc gia, hiệu suất và độ tin cậy của chúng liên quan trực tiếp đến an ninh quốc gia và khả năng răn đe. Do đó, kiểm soát vệ sinh là một bước quan trọng trong sản xuất và chế tạo tên lửa. Độ sạch không đủ có thể dẫn đến nhiễm bẩn các bộ phận tên lửa, ảnh hưởng đến độ chính xác, độ ổn định và tuổi thọ của chúng. Độ sạch cao đặc biệt quan trọng đối với các bộ phận chính như động cơ tên lửa và hệ thống dẫn đường, đảm bảo hiệu suất ổn định của tên lửa. Để đảm bảo độ sạch của tên lửa liên lục địa, các nhà sản xuất áp dụng một loạt các biện pháp kiểm soát vệ sinh nghiêm ngặt, bao gồm sử dụng phòng sạch, băng ghế sạch, quần áo phòng sạch, và thường xuyên vệ sinh và kiểm tra môi trường sản xuất.
Phòng sạch được phân loại theo mức độ sạch sẽ, với mức độ càng thấp thì mức độ sạch càng cao. Các cấp độ phòng sạch phổ biến bao gồm: Phòng sạch Cấp 100, chủ yếu được sử dụng trong các môi trường yêu cầu độ sạch cực cao, chẳng hạn như phòng thí nghiệm sinh học. Phòng sạch Cấp 1000, phù hợp cho các môi trường yêu cầu gỡ lỗi và sản xuất có độ chính xác cao trong quá trình phát triển tên lửa liên lục địa; Phòng sạch Cấp 10000, được sử dụng trong các môi trường sản xuất yêu cầu độ sạch cao, chẳng hạn như lắp ráp thiết bị thủy lực hoặc khí nén. Phòng sạch Cấp 10000, phù hợp cho sản xuất dụng cụ chính xác nói chung.
Phát triển ICBM đòi hỏi phòng sạch Cấp 1000. Độ sạch của không khí là rất quan trọng trong quá trình phát triển và sản xuất ICBM, đặc biệt là trong quá trình đưa vào vận hành và sản xuất các thiết bị có độ chính xác cao, chẳng hạn như sản xuất laser và chip, thường yêu cầu môi trường siêu sạch Cấp 10000 hoặc Cấp 1000. Phát triển ICBM cũng yêu cầu thiết bị phòng sạch, đóng vai trò quan trọng, đặc biệt là trong các lĩnh vực nhiên liệu năng lượng cao, vật liệu composite và sản xuất chính xác. Thứ nhất, nhiên liệu năng lượng cao được sử dụng trong ICBM đặt ra các yêu cầu nghiêm ngặt về môi trường sạch. Việc phát triển các nhiên liệu năng lượng cao như nhiên liệu rắn NEPE (NEPE, viết tắt của Nitrate Ester Plasticized Polyether Propellant), một nhiên liệu rắn năng lượng cao được đánh giá cao với xung lực riêng lý thuyết là 2685 N·s/kg (tương đương với 274 giây đáng kinh ngạc). Loại nhiên liệu mang tính cách mạng này có nguồn gốc từ cuối những năm 1970 và được Tập đoàn Hercules tại Hoa Kỳ phát triển một cách tỉ mỉ. Đầu những năm 1980, nó nổi lên như một loại nhiên liệu rắn nitramine mới. Với mật độ năng lượng đặc biệt, nó đã trở thành nhiên liệu đẩy rắn có năng lượng cao nhất trong hồ sơ công khai để sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới.) yêu cầu kiểm soát chặt chẽ độ sạch của môi trường sản xuất để ngăn chặn tạp chất ảnh hưởng đến hiệu suất nhiên liệu. Phòng sạch phải được trang bị hệ thống lọc và xử lý không khí hiệu quả, bao gồm bộ lọc không khí hepa (HEPA) và bộ lọc không khí siêu hepa (ULPA), để loại bỏ các hạt vật chất trong không khí, vi sinh vật và các chất có hại. Quạt và hệ thống điều hòa không khí phải duy trì nhiệt độ, độ ẩm và luồng không khí thích hợp để đảm bảo chất lượng không khí đáp ứng các yêu cầu sản xuất. Loại nhiên liệu này đặt ra yêu cầu cực kỳ cao về thiết kế hình dạng hạt (thiết kế hình dạng hạt là vấn đề cốt lõi trong thiết kế động cơ tên lửa rắn, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ tin cậy của động cơ. Hình dạng hạt và lựa chọn kích thước phải xem xét nhiều yếu tố, bao gồm thời gian vận hành của động cơ, áp suất buồng đốt và lực đẩy) và quy trình đúc. Môi trường sạch sẽ đảm bảo tính ổn định và an toàn của nhiên liệu.
Thứ hai, vỏ composite của tên lửa liên lục địa cũng đòi hỏi thiết bị sạch. Khi các vật liệu composite như sợi carbon và sợi aramid được đan vào vỏ động cơ, cần có thiết bị và quy trình chuyên dụng để đảm bảo độ bền và trọng lượng nhẹ của vật liệu. Môi trường sạch sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm trong quá trình sản xuất, đảm bảo hiệu suất vật liệu không bị ảnh hưởng. Hơn nữa, quy trình sản xuất chính xác của tên lửa liên lục địa cũng đòi hỏi thiết bị sạch. Hệ thống dẫn đường, thông tin liên lạc và nhiên liệu bên trong tên lửa đều yêu cầu sản xuất và lắp ráp trong môi trường cực kỳ sạch để ngăn bụi và tạp chất ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống.
Tóm lại, thiết bị sạch là yếu tố thiết yếu trong quá trình phát triển tên lửa liên lục địa. Nó đảm bảo hiệu suất và độ an toàn của nhiên liệu, vật liệu và hệ thống, từ đó nâng cao độ tin cậy và hiệu quả chiến đấu của toàn bộ tên lửa.
Ứng dụng phòng sạch không chỉ giới hạn trong lĩnh vực phát triển tên lửa mà còn được sử dụng rộng rãi trong quân sự, hàng không vũ trụ, phòng thí nghiệm sinh học, sản xuất chip, sản xuất màn hình phẳng và các lĩnh vực khác. Với sự xuất hiện liên tục của các công nghệ mới trong khoa học máy tính, sinh học và hóa sinh, cũng như sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp công nghệ cao, ngành kỹ thuật phòng sạch toàn cầu đã được ứng dụng rộng rãi và được công nhận trên toàn thế giới. Ngành công nghiệp phòng sạch tuy phải đối mặt với nhiều thách thức nhưng cũng đầy cơ hội. Thành công trong ngành này nằm ở việc theo kịp những tiến bộ công nghệ và chủ động ứng phó với những thay đổi của thị trường.
Thời gian đăng: 25-09-2025