Oggi, in campo aerospaziale e a “livello di società”, due esigenze sono sentite: un più razionale e sostenibile “accesso allo Spazio” e una generalizzata crescita di velocità e autonomia del trasporto aereo.
Per il primo caso, oggi si raggiunge l’orbita bassa terrestre con missili pluristadio, a decollo verticale, usabili una sola volta, per cui detti ELV– Expendable Launch Vehicle. Si pensi che, con l’eccezione dello Shuttle, tutta l’attività spaziale è stata ad oggi svolta con ELV; esempi di ELV sono il “piccolo” lanciatore Vega e il “grande” lanciatore Ariane 5. Mentre lo Shuttle permetteva salita e discesa, gli ELV permettono (e per una sola volta) la sola salita; eventualmente portano in orbita appositi velivoli da rientro in volo planato, per il ritorno di persone e merci; un esempio è lo IXV che, a breve, effettuerà il primo rientro dall’orbita, dove sarà stato portato da un Vega. Sinteticamente si può dire che il sistema funziona, ma con efficienza discutibile e, ovviamente, altissimi costi.
L’altro aspetto su cui si sta coagulando una forte richiesta di migliori prestazioni è il trasporto aereo terrestre; ciò sembra strano considerando i vantaggi del trasporto aereo e la crescita dimensionale dei velivoli, con eccellenti livelli di efficienza, sicurezza ed eco-compatibilità. Tuttavia, oggi non esistono aerei da trasporto con autonomia oltre 16.000 km e le velocità, al massimo, tendono ai 1000 km/h; quindi oggi è impossibile raggiungere gli antipodi (il punto da noi “più lontano”) con un unico volo; con uno scalo intermedio lo si può fare, ma con circa un giorno di viaggio e parimenti molte importanti destinazioni (es. il Giappone o l’Australia) richiedono lunghi tempi di viaggio.
La risposta al problema è aumentare la velocità a 4-6 volte quella del suono. Regola ferrea cui gli aerei sono soggetti è che si vola più veloce solo a più alte quote, onde la pressione dinamica non cresca eccessivamente, compensando la maggior velocità con la diminuzione della densità dell’aria; ad esempio si pensi che un aereo di linea a getto vola a 850-1000 km/h a 9.000-11.000 m, il Concorde vola (o meglio, volava) a 2000 km/h a 17.000 m, mentre un futuro velivolo da Mach 4-5 avrà quota di crociera attorno ai 30.000 m.
Si tratta, quindi di realizzare velivoli da Mach 4-6 a quote di volo di 30.000 metri o più, incontrando ovvie difficoltà tra cui:
- la necessità di propulsori per decollare da usuali aeroporti con velivolo appesantito dal combustibile per la missione lunga e veloce e per giungere rapidamente a quota e velocità di crociera; la soluzione è possibile ma soggetta a vincoli normativi (quali quelli delle emissioni acustiche e il poter superare Mach 1 solo oltre la Tropopausa);
- il fatto che i turboreattori non sono in grado di funzionare oltre Mach 3, per cui, per la crociera e la parte finale della salita, occorre aggiungere dei ram-jet, ossia propulsori concettualmente semplici, ma con la necessità di essere portati a velocità di almeno Mach 2 per poter iniziare a funzionare;
- causa il miglior rapporto tra peso e capacità di produrre “spinta” (ossia miglior impulso specifico) si impone l’utilizzo dell’idrogeno liquido in luogo degli usuali combustibili petroliferi; a fronte del vantaggio energetico e, parzialmente, ecologico, si pongono problemi dovuti ai volumi per i serbatoi (l’idrogeno liquido ha purtroppo bassa densità) oltre alle ovvie cautele, essendo l’idrogeno liquido estremamente infiammabile.
Tornando al problema dell’accesso allo Spazio, si è pensato al recupero (e riutilizzo) degli attuali ELV, tra l’altro prevedendo di dotarli di ali per il rientro a terra in volo planato. L’idea ulteriore che venne fu di utilizzare tali ali anche in volo in salita, la cui traiettoria, non più sensibilmente verticale, ma a rampa ascendente, mostra un lungo tratto in aria densa, offrendo l’opportunità di usare motori ad aria esterna, con enorme vantaggio di consumo rispetto ai razzi, riservati solo per la fase finale. Si pensi a un velivolo a due stadi (la suddivisione in stadi offre lo stesso vantaggio, per cui è usuale negli ELV) destinato all’orbita; ipotizzando che il 2° stadio, propulso da motore a razzo, sia lanciato a Mach 5-6 (a circa 30.000 m), il 1° stadio potrebbe essere dotato di turboreattori e ram-jet (Fig. 1). Ora, considerando il 1° stadio, se si immagina di sostituire il peso del 2° stadio con idrogeno liquido, onde continuare la crociera alla stessa quota e velocità, si ottiene lo stesso concetto di velivolo ipersonico (Fig. 2) delineato sopra. Si potrebbe dire che, partendo da due esigenze diverse, si è pervenuti allo stesso concetto, o anche che la realizzazione del volo ipersonico porterà due vantaggi: facilitare l’accesso allo Spazio e risolvere i problemi del trasporto aereo terrestre su lunghe distanze.
Fig. 1
Appare chiara l’opportunità di promuovere la ricerca sul volo ipersonico, anche se altrettanto chiare sono le difficoltà tecnologiche da affrontare e, quindi, i finanziamenti occorrenti. A nostro parere però c’è una possibilità di “rompere il ghiaccio” con un impegno di risorse relativamente modesto; realizzare un velivolo da Turismo Spaziale di cui diversi progetti sono al momento “in fieri” (in Fig. 3 un esempio con relativo profilo di volo). Si pensi che una tale realizzazione, relativamente semplice, porterebbe a un prodotto capace di produrre utile, permettendo un ulteriore sviluppo, già tenuto in conto in progettazione, cioè l’aggiunta di ram-jet e del necessario combustibile per effettuare una crociera ipersonica. Si otterrebbe così un “Executive Ipersonico” (Fig. 3, con modifica del precedente profilo di missione), di buona appetibilità dal mercato, non certo con le prestazioni (carico pagante e autonomia) del velivolo ipersonico prima delineato ma foriero di un potente effetto traente sullo sviluppo dello stesso.
Fig. 3
Per approfondire:
- Chiesa S, Le prospettive del trasporto strategico alla luce dello sviluppo delle tecnologie di volo Ipersonico e Suborbitale, Rapporto di Ricerca CEMISS AF-SA-10, 2013), http://www.difesa.it/ SMD_/CASD/IM/CeMiSS/Pubblicazioni/ricerche/ Pagine/Prospettivedeltrasportostrategico.aspx
- Chiesa S., Corpino S., Viola N., Affordable space tourism transatmospheric plane, in “Aerotecnica, Missili e Spazio”, vol. 84 n° 1, 2005.
- Chiesa S., Maggiore P., Hypersonic Aircraft Conceptual Design Methodology, in “Proceedings of 19th ICAS Congress”, Anaheim, California, Usa, 2013, http://www.spacerenaissance.org/ NEWS/SRI_Release_29.04.2013.pdf
