Con una manciata di start-up coinvolte, da Hermeus a Venus Aerospace, questa forma di trasporto considerata da fantascienza potrebbe diventare la norma.
La promessa di viaggiare da New York a Londra in meno di 60 minuti, o da Los Angeles a Tokyo in tre ore, esiste dal 1949, quando un razzo Bumper a due stadi senza equipaggio sfrecciò nel cielo a 8300 km orari. Circa dodici anni dopo, l’X-15 dell’Aeronautica Militare statunitense divenne il primo velivolo pilotato a raggiungere il volo ipersonico, definito generalmente come la capacità di raggiungere almeno Mach 5 (cinque volte la velocità del suono) o 6000 km orari.
Verso un nuovo futuro per i jet ipersonici
Eppure, l’idea di un jet d’affari capace di operare a Mach 5 è rimasto un sogno da fantascienza. Almeno fino a quando recenti progressi nella progettazione e nella tecnologia non hanno avvicinato il concetto a una realtà concretamente realizzabile. “Stiamo vivendo un rinascimento dell’ipersonico che condurrà a un’era rivoluzionaria nel trasporto di persone e merci in tutto il mondo”, afferma Zachary Krevor, ceo e presidente di Stratolaunch Llc. L’azienda aerospaziale con sede in California ha realizzato il Talon-A, un velivolo a propulsione a razzo riutilizzabile che, dopo essere stato rilasciato a 11.000 metri dal Roc di Stratolaunch — il più grande aereo del mondo — ha sfiorato Mach 5 nei test di volo iniziali dello scorso anno. Il prototipo di Stratolaunch è stato progettato con un orientamento alla ricerca per clienti governativi, accademici e aziendali, ma non come aereo di linea commerciale, ed è finanziato da capitali privati.
Materiali per affrontare il calore estremo
“La maggior parte della tecnologia esiste dagli anni ’50, ma oggi i materiali e le capacità progettuali sono molto diversi”, dichiara AJ Piplica, cofondatore e CEO di Hermeus, un’azienda aerospaziale con sede ad Atlanta. Tra i progressi compiuti dagli ingegneri vi sono soluzioni pratiche ed economicamente sostenibili al problema del calore estremo riscontrato nel volo ipersonico, durante il quale l’attrito può far raggiungere ai bordi d’attacco dell’aereo temperature oltre i 900 gradi °C. Hermeus, per esempio, impiegherà titanio e una superlega di nichel-cromo per l’esterno del suo Halcyon da 20 posti. Mentre altre realtà stanno utilizzando fibra di carbonio resistente al calore o piastrelle termiche simili a quelle dello Space Shuttle della Nasa. I test in galleria del vento e la fluidodinamica computazionale hanno contribuito a definire la forma di questi materiali, compresi velivoli con ali a delta affusolate privi di spigoli vivi.
Propulsione avanzata per superare Mach 5
Configurazioni aerodinamiche specifiche influiscono anche sui sistemi ramjet e scramjet sperimentali, che sono operativi solo sopra Mach 3. L’azienda australiana Hypersonix ha progettato il proprio dimostratore di volo Dart, il cui test è previsto entro la fine dell’anno insieme alla Defense Innovation Unit statunitense presso il Wallops Flight Facility della Nasa, attorno al motore scramjet Spartan stampato in 3D. Hypersonix collaborerà con Rocket Lab, che fornirà il razzo per il lancio iniziale del Dart fino a Mach 5.
Hermeus, nel frattempo, ha ideato e testato un motore ibrido a doppia modalità per l’Halcyon, che consente alla propulsione a turbina di operare a temperature più elevate e quindi generare sufficiente velocità per attivare un ramjet.
Nuove tecnologie di combustione per i voli ipersonici
C’è poi Venus Aerospace, con sede in Texas, che equipaggerà il proprio Stargazer da 12 posti con un sistema ibrido che passa a un ramjet dopo aver superato la barriera del suono grazie a un motore a razzo a detonazione rotazionale. “Il concetto è stato brevettato negli anni ’80, ma la tecnologia non era pronta”, dichiara Andrew Duggleby, direttore tecnico di Venus. “Intorno al 2018 ho visto segnali di maturità e ho avviato lo sviluppo. È un enorme passo avanti nell’uso della combustione”.
Sfide economiche del settore ipersonico commerciale
Nonostante le innovazioni in termini di tecnologia e progettazione, le applicazioni ipersoniche per l’aviazione commerciale sono ancora agli albori, con motori e cellule che restano a diversi anni di distanza dall’implementazione in quella categoria. Uno dei principali fattori che rallenta i progressi è, prevedibilmente, il denaro.
La svizzera Destinus, che lo scorso anno aveva promesso un’opzione ipersonica per i consumatori entro il 2030, ha recentemente sospeso quel programma e si sta ora concentrando su iniziative in ambito difensivo. “La tecnologia esiste”, afferma il ceo Mikhail Kokorich. “I finanziamenti no. Se ci venisse offerto un miliardo di dollari, continueremmo il nostro programma”. Ma sospetta che le dimensioni del mercato potrebbero non offrire mai il ritorno economico desiderato.
Tuttavia, questa turbolenza finanziaria, sebbene riconosciuta, non sembra scoraggiare l’altra mezza dozzina di operatori. “Abbiamo fatto molti progressi… ma serve che il ritmo continui ad accelerare”, dice Krevor, mentre Piplica sostiene che “ci arriveremo negli anni ’30”. Con solo un conto alla rovescia vago su cui fare affidamento e finanziamenti ancora incerti, il nascente settore ipersonico non può certo permettersi di, per così dire, raffreddare i motori.
Tipi di propulsione
Diverse configurazioni di motori hanno alimentato i recenti progressi nel volo ipersonico, ciascuna impiegando tecnologie differenti. Quanto a quale sia la migliore, tutto dipende dall’applicazione desiderata, che si tratti di viaggi intercontinentali a velocità ultraterrene o di vere e proprie missioni spaziali. E sebbene tale volo commerciale sia ancora distante almeno un decennio, ecco i tre attuali tipi di propulsione che lo rendono possibile.
Motori a razzo
Rappresentano la tecnologia più antica di questa triade, un motore a razzo contiene sia il combustibile (idrogeno liquido, cherosene RP-1 o propellenti solidi) sia un ossidante (ossigeno liquido o perclorato d’ammonio), così da poter operare nel vuoto dello spazio. Dopo che la miscela si combina e si accende nella camera di combustione, i gas ad alta pressione risultanti generano spinta e infine accelerano il razzo fino a raggiungere il regime ipersonico.
Pro: Ideale per l’impiego in voli spaziali, poiché non necessita dell’apporto di aria.
Contro: Opzione più pesante e limitata nell’atmosfera, a causa del trasporto degli agenti ossidanti.
Ramjet
Come suggerisce il nome, un ramjet incanala l’aria attraverso l’ingresso mediante “onde d’urto” create dalla forma del motore. L’aria, compressa fino a velocità subsoniche, si mescola con il combustibile (tipicamente idrogeno) e si accende nella camera di combustione. I ramjet sono solitamente più adatti a operare a velocità supersoniche comprese tra Mach 2 e Mach 4.
Pro: Più leggero di un motore a razzo, presenta un design semplice privo di parti mobili che potrebbero guastarsi.
Contro: Non può funzionare nello spazio, poiché dipende dall’assunzione di aria compressa per la combustione.
Scramjet
A differenza del ramjet standard, lo scramjet (supersonic combustion ramjet) è progettato per comprimere aria ad alta velocità (tipicamente oltre Mach 5), quindi combinarla con combustibile a idrogeno per l’accensione nella camera di combustione. Questo flusso d’aria ultra-accelerato contribuisce alla capacità propulsiva fino a Mach 10 o oltre.
Pro: Il flusso d’aria più rapido si traduce in una maggiore velocità rispetto a un sistema ramjet.
Contro: Lo scramjet necessita di un razzo di spinta affinché il velivolo possa raggiungere Mach 4 prima di iniziare il volo ipersonico e, come il ramjet, non può operare a velocità subsoniche né nello spazio.
Articolo di Robbreport.com
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