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Il futuro dell’aviazione è ipersonico?

Miscela StrategicaVelivoli che viaggiano a velocità oltre il supersonico per compiere diversi tipi di missioni strategiche. Non è fantascienza e in un futuro non molto remoto potrebbero divenire realtà. In quest’analisi approfondiamo il funzionamento, i progetti e le applicazioni degli aeromobili ipersonici

VOLO IPERSONICO – Come dice la parola stessa, si entra in un mondo fatto di velocità più alte del supersonico, dominio degli aerei da caccia. In questo regime si è al confine tra il volo aereo e il volo spaziale, e le caratteristiche di entrambi si fondono influenzando notevolmente lo sviluppo dei velivoli. In ipersonico si raggiungono quote molto alte, perciò sono necessari motori particolari, che sfruttino a proprio vantaggio le caratteristiche ambientali piuttosto estreme. Diversi studi si sono susseguiti per decenni, proponendo diverse soluzioni. Gli Stati Uniti negli anni Cinquanta del XX secolo sperimentarono la tecnologia dell’aereo-razzo tramite l’X-15 della NASA. Il velivolo era portato ad alta quota da un bombardiere B-52. Una volta sganciato accendeva il motore a razzo raggiungendo quote molto prossime al “confine” tra atmosfera e spazio. L’atterraggio avveniva in modalità “aliante” ossia senza l’uso del motore. Anche lo Space Shuttle aveva una parte del suo volo di rientro sulla Terra a regime ipersonico. Una soluzione più recente è lo Scramjet. Questo propulsore sfrutta l’entrata di aria ad altissima velocità e la mantiene tale per tutto il processo, anche durante la combustione. Ne risulta che l’aria in uscita, che dà la spinta al velivolo è supersonica, permettendo a esso il volo ipersonico. Un altro vantaggio di questo motore è la totale assenza di parti mobili, che ne rende più semplice la costruzione. Per contraltare, le alte velocità e temperature che si raggiungono all’interno necessitano di materiali termoresistenti, perciò più costosi.
Lo Scramjet non è in grado di funzionare nello status cosiddetto “zero zero”, ossia con aeromobile fermo sulla pista. In sostanza, non può farlo decollare. Entra così in gioco il fattore che rende da anni lo sviluppo di velivoli ipersonici così complesso: la necessità trovare un modo che consenta il raggiungimento della quota e della velocità adatte per l’accensione dello Scramjet. La scelta più ovvia è l’installazione di un motore convenzionale che faccia decollare l’aeromobile e lo porti alle condizioni ideali per il passaggio al regime ipersonico. L’inconveniente è l’aggiunta di peso e l’aumento della complessità dello sviluppo, oltre che dei costi.

Fig. 1 – Il disegno di un velivolo ipersonico sperimentale della NASA

Regimi di velocità

  • Subsonico: <980 km/h
  • Transonico: 980-1.470 km/h
  • Supersonico: 1.470-6.150 km/h
  • Ipersonico: 6.150-12.300 km/h
  • Alto ipersonico: 12.300-30.740 km/h
  • Ultrasonico: >30.740 km/h 

I TEDESCHI PER BOMBARDARE NEW YORK – Come è accaduto spesso nella storia tecnologica, i tedeschi sono arrivati primi, almeno a livello di concetto. L’origine è degli anni Trenta, ma la proposta fu fatta nel 1941. Il velivolo progettato era denominato Silbervogel. Esso avrebbe decollato da una rampa tramite un motore a razzo. Raggiunta la velocità di 800 chilometri orari se ne sarebbe acceso un secondo, portandolo a una quota di 145 chilometri (praticamente nello spazio) e a una velocità di 5.000 km/h. Sfruttando una serie di rimbalzi aerodinamici atmosferici avrebbe dovuto raggiungere gli Stati Uniti e sganciare fino a quattro tonnellate di bombe. L’atterraggio era previsto in Giappone. Il programma non venne mai alla luce. Studi del dopoguerra evidenziarono inoltre che se il Silbervogel fosse stato costruito con le specifiche presentate, sarebbe stato distrutto durante il primo rientro atmosferico successivo al raggiungimento della quota massima. Nonostante ciò, l’idea tedesca avviò studi per velivoli ipersonici sia negli Stati Uniti che in Unione Sovietica.

Fig. 2 – Tra i piloti di X-15 c’era niente meno che Neil Armostrong, futuro comandante dell’Apollo-11

PROGETTI – Lo studio sui velivoli ipersonici non ha subito interruzioni negli anni, anche se raramente si è arrivati a effettuare test operativi. Di seguito saranno analizzati tre programmi che attualmente sembrano indirizzati verso la realizzazione.

  • SR-72
  • Skylon
  • Lynx
Il nome richiama subito il quasi leggendario aereo da ricognizione SR-71 Blackbird. Il velivolo è sviluppato dalla Lockheed Martin e le specifiche riportano una velocità massima circa sei volte superiore a quella del suono. Per la propulsione sono stati scelti motori a turbina a ciclo combinato per il decollo e il raggiungimento della quota e della velocità necessaria al volo ipersonico, che sarà effettuato tramite uno Scramjet, I piani dell’azienda prevedono un costo attorno al miliardo di dollari per esemplare e l’operatività per il 2030. Non è ancora chiaro se avrà compiti di sola ricognizione o anche di attacco al suolo.
Il velivolo è stato ideato dall’Agenzia spaziale britannica in collaborazione con l’ESA (European Space Agency – Agenzia spaziale europea). La missione primaria sarà il trasporto di carichi in orbita terrestre. Per questo motivo è stato concepito più come uno veicolo spaziale che come un aeromobile ipersonico pur avendo la capacità di operare anche in questo ruolo. Per la propulsione userà un motore di nuova concezione sviluppato nel Regno Unito denominato SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine – Motore sinergico a razzo e aspirazione d’aria). Quest’ultimo combina le capacità dei motori a getto, a razzo e Ramjet per far decollare il veicolo da una pista e portarlo in orbita o a quote atmosferiche molto alte. L’atterraggio sarà di tipo convenzionale. Il primo volo di prova è previsto per il 2025. Il costo unitario si aggira attorno ai sette miliardi di sterline.
Il programma persegue scopi prettamente commerciali. Ideato dall’azienda XCOR Aerospace, basata in California, ha come obiettivo effettuare voli sub-orbitali per turisti entro il 2020. Il Lynx usa motori a razzo per decollare orizzontalmente dalla pista e raggiungere una quota superiore ai 100 chilometri, senza però avere la velocità necessaria all’inserimento in orbita. L’atterraggio è di tipo convenzionale. Nonostante diversi annunci da parte della XCOR, il velivolo non ha ancora effettuato alcun test.

Fig. 3 – Test del velivolo X-43 della NASA

VANTAGGI OPERATIVI – I progressi nella tecnologia dei radar di scoperta e tracciamento potrebbero annullare il vantaggio tattico e strategico dato dalla stealthness (letteralmente “furtività”) in tempi relativamente brevi. Per evitarlo si pensa di affiancare a essa la capacità di viaggiare a velocità ipersonica. Se un velivolo di questo tipo fosse avvistato da un radar, sarebbe difficile da ingaggiare con i sistemi di difesa a basati a terra (come i missili sup-aria) o da intercettare tramite lo scramble di aerei da caccia. Inoltre il velivolo ipersonico combina la capacità dei missili balistici intercontinentali (ICBM) di raggiungere grandi distanze in tempi brevi con la possibilità di cambiare traiettoria o obiettivo in volo tipica dei missili da crociera.

POSSIBILI IMPREVISTI – Come è stato anticipato in precedenza, lo sviluppo di un velivolo ipersonico operativo prevede diverse difficoltà, da quelle tecniche a quelle economiche.

Aereo o veicolo spaziale?

Aereo o veicolo spaziale?

Di fatto, un velivolo ipersonico è un ibrido, dovendo funzionare sia in ambiente aereo sia spaziale (o quasi). Questo comporta la dotazione di materiali termoresistenti per proteggere la struttura dal calore che si sviluppa durante il rientro atmosferico o il passaggio in aria, seppur rarefatta, a sei volte la velocità del suono. Questi materiali devono essere facilmente riparati o sostituiti per il volo successivo. Inoltre, nel caso in cui il profilo di volo preveda una parte spaziale, saranno necessari degli attuatori a razzo per il cambiamento di assetto. Ne conseguono complicazioni nella progettazione e nello sviluppo, senza contare il fattore della propulsione.

Opportunità strategica

Opportunità strategica

Per avviare lo sviluppo e la produzione di aeromobili così complessi è necessaria la presenza di un’opportuna motivazione strategica. Com’è stato analizzato, una potrebbe essere l’avere a disposizione una piattaforma per la ricognizione o per l’attacco in profondità contro obiettivi ben difesi. Un’altra è il lancio di piccoli carichi in orbita terrestre bassa. Bisogna valutare, in sostanza, se queste e altre missioni possano essere portate a termine in modalità più efficaci.

Costi

Costi

Il capitolo costi è cruciale nei nuovi programmi tecnologici, soprattutto in Occidente. Ovviamente, se una piattaforma è ritenuta fondamentale per la strategia di un Paese, il margine di tollerabilità sull’aumento dei costi si allarga. La tecnologia ipersonica parte da un impiego di risorse economiche alto già di base. La valutazione di alternative più economiche per compiere lo stesso numero e tipologia di missioni è perciò necessaria.
RISCHI

  • Eccessiva complessità del progetto
  • Tempi di sviluppo lunghi
  • Costo eccessivo di sviluppo e produzione
  • Costo eccessivo di manutenzione
VARIABILI

  • Effettivo passaggio dai test all’operatività
  • Necessità strategica
  • Sviluppo di contromisure efficaci da parte dell’avversario
  • Esistenza di sistemi più economici per compiere le stesse missioni

Emiliano Battisti 

Foto: wbaiv

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