Potresti fare il pendolare da New York a Los Angeles in 12 minuti?

Alcuni voli sfrecciano così rapidamente che gli assistenti hanno a malapena il tempo di tirare fuori il carrello delle bevande. Altri si trascinano abbastanza a lungo per cena, qualche film e un'intera notte di sonno. E se potessi ottenere il meglio da entrambi, facendo una gita da New York a Tokyo in, diciamo, 90 minuti? Rischieresti la madre di tutto il jet lag se potessi attraversare il paese in meno tempo di quello necessario per passare i controlli di sicurezza dell'aeroporto ?

Queste erano le domande nelle nostre menti mentre leggevamo del secondo volo di prova del Falcon Hypersonic Technology Vehicle (HTV-2), un aereo della DARPA (Defence Advanced Research Projects Agency) degli Stati Uniti che prometteva velocità di volo pari o superiori a Mach 20, o 20 volte la velocità del suono.

Il Lockheed Martin HTV-2 non era un aereo passeggeri e nemmeno un jet da combattimento, ma piuttosto un banco di prova senza pilota per tecnologie ipersoniche. Con i dati forniti, il Pentagono prevede di sviluppare veicoli Prompt Global Strike - aerei in grado di raggiungere obiettivi in ​​tutto il mondo con poco o nessun preavviso - idealmente, in 60 minuti o meno. Pensali come gli equivalenti di missili da crociera senza pilota, o come i violentissimi pizzaioli di Domino (nessun rimborso per consegne che richiedono più di 30 minuti) [fonti: DARPA ; Weinberger ].

Sfortunatamente, il secondo test HTV-2 della DARPA, come il primo, è iniziato con una perdita di contatto e si è concluso con un fossato di autodistruzione nell'Oceano Pacifico [fonti: AFP ; Pappalardo ]. In un classico caso di buone notizie, cattive notizie, DARPA ha migliorato la stabilità aerodinamica nel primo test solo per vedere colpi inaspettati strappare grandi strisce di pelle dall'imbarcazione nel secondo [fonti: DARPA ; Ferran ].

Dove finisce il futuro pendolare, che è più interessato a prendere riunioni che a lanciare missili? È difficile da dire. A novembre 2012, una manciata di candidati si è schierata per riempire lo spazio di mercato a lungo vuoto del Concorde, da giganti come Boeing e European Aeronautic Defense and Space Company NV (EADS), la società madre di Airbus, a emergenti come XCOR e HyperMach. Nel frattempo, Virgin Galactic e Sierra Nevada Space Systems continuano a concentrarsi sullo sviluppo di aerei spaziali suborbitali.

Eppure, nonostante come potrebbero chiamarli i loro flack di marketing, la maggior parte di questi veicoli sono supersonici, non ipersonici e per una buona ragione. Varcare la soglia punitiva di Mach 5, la tradizionale definizione tra supersonico e ipersonico, significa fare i conti con la fisica atmosferica impazzita.

1. Fisica SCRAMbled
2. Ipersonico: non credere all'hype
3. La mescolanza suborbitale

Il secondo test dell'ormai defunto HTV-2 testimonia le spietate realtà del volo ipersonico [fonte: Pappalardo ]. Anche il Concorde, che ha raggiunto una velocità supersonica di 1.350 mph (2.172 km/h), è stato chiuso dopo 27 anni a causa di problemi di sicurezza e di costi [fonte: Novak ].

La fisica è un duro sorvegliante. Quando un aereo accelera verso la barriera del suono, l'aria smette di "togliersi di mezzo" e si comprime in un muro attraverso il quale un aereo deve perforare. La resistenza, il sollevamento e la combustione diventano decisamente scoiattoli a tali velocità e alcuni adattamenti supersonici, come ali a delta e ramjet - semplici motori a reazione che comprimono l'aria grazie allo slancio in avanti dell'imbarcazione - vanno da inefficienti a inefficaci a velocità inferiori [fonti: Tesoro ; Nasa ].

Gli aerei ipersonici comportano soluzioni ancora più specializzate, come armature ablative a dispersione di calore e ramjet a combustione supersonica , o scramjet , per la propulsione [fonti: Darling ; Nasa ]. Anche a velocità ipersoniche "basse" (Mach 5-10), le molecole d'aria si ionizzano in plasma elettrificato e chimicamente reattivo, producendo reazioni esotermiche (di rilascio di calore) che si aggiungono al già mostruoso calore di attrito [fonti: Fletcher ; Nasa ].

Per arrivare da New York a Los Angeles in 12 minuti sarebbe necessario volare 22 volte più veloce di un aereo di linea commerciale. A tali velocità, l'aria non scorre intorno a te: la lanci attraverso, generando pressioni punitive e temperature superficiali di fusione dell'acciaio di 3.500 F (1.900 C). Gli aerei supersonici sfoggiano linee taglienti per tagliare l'aria, ma gli aerei ipersonici devono assumere una forma più smussata per dissipare meglio il calore, non diversamente da una capsula di comando Apollo. I flap lottano per superare l'inerzia del veicolo e le manovre richiedono sensori precisi e una risposta quasi istantanea [fonti: DARPA ; Fletcher ; Nasa ].

L'aggiunta di persone nel mix aumenta la difficoltà di un ordine di grandezza. È difficile immaginare una fusoliera di un jet passeggeri compatibile con l' aerodinamica del volo ipersonico. Inoltre, qualsiasi aereo in grado di superare questo problema dovrebbe andare in giro, non correre, per prendere velocità, per evitare che i suoi passeggeri si lamentino di essere appiattiti come tanti pancake durante i decolli, gli atterraggi e le virate.

Un corpo umano può sopportare un carico di forza di 2-3 G (da due a tre volte la gravità terrestre ) per un bel po', specialmente nella direzione in avanti, ma non aspettarti che un cliente ben pagato tolleri il disagio anche di 1 G per più di qualche minuto. Tuttavia, tali accelerazioni potrebbero essere inevitabili: per volare a velocità ipersoniche, gli aerei potrebbero fare affidamento su specializzazioni che li rendono ingombranti maiali a velocità inferiori; quindi, potrebbero richiedere razzi booster - e le forze G che comportano - per raggiungere l'altitudine e la velocità di volo [fonti: NASA ; Zuidema et al. ].

I requisiti di un vero aereo ipersonico, per non parlare di un Mach 20, potrebbero non giocare bene con i requisiti di comfort e sicurezza di un aereo passeggeri. Eppure, se credi al clamore, i veicoli ipersonici domineranno presto i cieli militari e civili.

Fuori dal mondo

Il volo spaziale ha una relazione speciale con il volo ipersonico. Alcuni dei voli senza motore più veloci della storia furono le capsule di comando Apollo, che volarono a 33 miglia (53 chilometri) di altitudine e 24.600 mph (39.600 km/h), o Mach 32,5, durante il rientro [fonti: Fletcher ].

I veicoli spaziali che entrano nelle atmosfere di altri pianeti hanno raggiunto velocità ancora più elevate. La sonda Galileo è entrata nell'atmosfera di Giove il 21 settembre 2003, a 134.200 mph (216.000 km/h) ad un'altitudine di 620 miglia (1.000 chilometri). Sebbene la velocità di ingresso di Galileo superi di gran lunga quella di Apollo, equivale solo a Mach 28. Perché? La velocità del suono si riferisce alla comprimibilità e al flusso di un fluido, che è una funzione della sua temperatura, pressione e composizione - in questo caso, un'atmosfera di idrogeno-elio a una temperatura di circa 800 K (980 F, o 527 C) [fonti: Fletcher ].

Gli aerei passeggeri ipersonici - e i voli di un'ora da New York a Londra - sono stati pubblicizzati per circa 60 anni. La domanda non è se alcuni aerei militari o privati ​​raggiungeranno questo obiettivo, ma quando - o se - Joe e Jane Carryon faranno il pendolare su uno.

Nel suo discorso sullo stato dell'Unione del 1986, il presidente degli Stati Uniti Ronald Reagan ha chiesto lo sviluppo di un "Orient Express", un aereo che potrebbe volare da New York a Tokyo in due o tre ore. Il previsto Rockwell X-30, un transatlantico passeggeri single-stage-to-orbit (SSTO), è stato distrutto prima di raggiungere lo stadio prototipo [fonte: Sanger ].

Il volo supersonico potrebbe tornare, ma probabilmente non presto. Nel 2012, un contendente in fase di sviluppo è il sistema di trasporto ipersonico a emissioni zero (Zehst), il frutto di una collaborazione tra EADS e Giappone, alimentato da biocarburanti di alghe, che prevede di lanciare l'imbarcazione intorno al 2040 o 2050 [fonti: Jones ; Muro ]. Zehst viaggerà al doppio della velocità e dell'altitudine del Concorde, al prezzo del biglietto di circa € 6.000 ($ 8.500) [fonte: Lichfield ].

In caso di successo, Zehst trasporterà 50-100 persone tra Parigi e Tokyo in 2,5 ore (rispetto alle attuali 11) utilizzando tre sistemi di propulsione. Due turboventole spingeranno l'aereo su una ripida salita fino a circa Mach 0,8, dopodiché due booster a razzo prenderanno il controllo, accelerando il veicolo a Mach 2,5, abbastanza velocemente da consentire ai ramjet di entrare e spingere l'aereo a circa Mach 4. destinazione, l'aereo sarebbe scivolato dentro, con i suoi turbofan che si sarebbero attivati ​​di nuovo, e sarebbe atterrato sotto tensione [fonte: Wall ].

Il principale concorrente di Airbus, Boeing, ha abbandonato il suo supersonico Sonic Cruiser per sviluppare il subsonico 787 Dreamliner , ma non si può mai escludere completamente la compagnia, in particolare visti i suoi contratti militari, che la mantengono saldamente nel gioco degli aerei ad alta velocità. Nonostante il suo record di test dubbi, la tecnologia alla base dell'X-51A WaveRider di Boeing - che vola sulla propria onda d'urto e ha infranto più volte Mach 5 - potrebbe costituire la base per eventuali applicazioni spaziali o commerciali [fonti: Bartkewicz ; Boeing ].

Nel frattempo, la società aeronautica europea HyperMach ha annunciato SonicStar, un aereo senza boom sonico progettato per volare due volte più veloce del Concorde. Secondo HyperMach, SonicStar navigherà a Mach 3.6 a un'altitudine di 60.000 piedi (18.300 metri) e trasporterà 10-20 passeggeri tra New York e Dubai in due ore e 20 minuti. La società ritiene di poter far volare l'aereo entro giugno 2021 [fonte: Jones ].

Adottando un approccio suborbitale, la società aerospaziale californiana XCOR sta lavorando su Lynx, un aereo commerciale a due posti progettato per il volo supersonico ad alta quota. In caso di successo, Lynx navigherà a oltre 2.500 mph (4.000 km/h) a un'altitudine di 62 miglia (100 chilometri), quindi scenderà, riducendo al minimo la fastidiosa resistenza atmosferica, l'attrito e la turbolenza [fonte: Waldron ].

Tutto sommato, scambiare il sogno ipersonico con il volo iperbolico potrebbe avere un senso pratico.

Il "Concordski"

Sebbene il Concorde governi i cieli supersonici nella memoria delle persone, il Tupolev Tu-144 di costruzione sovietica lo ha battuto sul tempo come il primo aereo da trasporto supersonico mai entrato in servizio commerciale. Il Concorde è sopravvissuto di gran lunga al suo concorrente sovietico, tuttavia: nel 1978, il Tu-144 ha interrotto il servizio dopo 102 voli passeggeri, ucciso dalla mancanza di portata dell'aereo e da numerosi problemi tecnici. La NASA e la Russia hanno successivamente utilizzato un Tu-144 modificato come laboratorio volante per lo studio del volo supersonico [fonte: NASA ].

Il problema con il volo veloce è che i disturbi possono propagarsi solo così velocemente attraverso un fluido, aria compresa. Avvicinati o supera quella velocità, ed è la differenza tra scivolare attraverso una pozza d'acqua e la pancia che cade dall'immersione alta. Piuttosto che combattere una battaglia così brutale, alcuni scelgono di evitare del tutto l'atmosfera e fare salti suborbitali a sfioramento dello spazio.

Gli aeroplani spaziali - veicoli spaziali completamente riutilizzabili che volano nello spazio o nell'atmosfera - e le tramogge commerciali ad alta quota sono risorte con la crescita dell'industria dei voli spaziali commerciali. Idealmente, tali imbarcazioni potrebbero decollare e atterrare dalle piste ma, almeno per ora, rimangono un sogno irrealizzabile. Proprio come i progetti subsonici, supersonici e ipersonici funzionano meglio nei loro regimi di volo, la propulsione atmosferica e i sistemi di controllo divergono da quelli che funzionano bene nello spazio. Con questo in mente, la maggior parte dei progetti si basa su un piano a due stadi, trasportati in alto da un aeroplano o razzo "nave madre" prima di dare il via ai loro sistemi di volo a bordo.

Ad esempio, la compagnia di Richard Branson, Virgin Galactic, prevede di trasportare passeggeri ai confini dello spazio (circa 62 miglia, o 100 chilometri) su SpaceShipTwo, un aliante a razzo per sei persone di 60 piedi (18 metri) appeso sotto l'aereo Vigilia della Vergine Madre. Quando la portaerei a doppia fusoliera raggiunge i 50.000 piedi (15.240 metri), SpaceShipTwo si separerà, volerà e planerà verso la Terra dopo aver prima rallentato il suo rientro tramite una speciale tecnica di trascinamento "sfumato" [fonte: Chang ]. La compagnia di Branson ha anche stipulato un accordo di cooperazione con Sierra Nevada Space Systems, forse per fungere da rivenditore per la prenotazione di voli spaziali a bordo della sua prevista nave passeggeri, Dream Chaser [fonte: Chang ].

Il Dream Chaser è un mini-navetta riutilizzabile basato sul Bor-4, il defunto design dello space shuttle dell'Unione Sovietica. Verrà lanciato tramite un razzo Atlas V e atterrerà come un aeroplano. La Sierra Nevada prevede di stipulare un contratto con le agenzie spaziali per trasportare fino a sette astronauti e merci tra la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) e la Terra [fonte: Chang ]. Nell'agosto 2012, il progetto ha ricevuto 212,5 milioni di dollari dal programma CCiCap (Commercial Crew Integrated Capability) della NASA per continuare lo sviluppo [fonte: Sierra Nevada ].

Gli aeroplani spaziali potrebbero aver bisogno di quei passeggeri commerciali se non riescono a raggiungere la concorrenza per le consegne spaziali. Space Exploration Technologies Corp. (SpaceX) ha consegnato merci alla ISS nell'ottobre 2012 utilizzando un approccio più tradizionale a razzo e capsula. Orbital Sciences Corp., che stava sviluppando un aereo spaziale fino a quando il progetto non ha perso i finanziamenti della NASA , ha adottato una versione non riutilizzabile di questo metodo per i suoi rifornimenti pianificati per la ISS [fonte: Orbital ].

I voli suborbitali supersonici, ipersonici o ad alto salto potrebbero essere l'onda del futuro, ma solo il tempo dirà se - o quando - si alzeranno da terra.

Il più veloce e il più alto

Tutto questo parlare di velocità di rottura dell'aria e altitudine di spazzolamento spaziale potrebbe farti chiedere quanto in alto o quanto velocemente siamo già andati.

A novembre 2012, l'aereo a razzo X-15 detiene il record mondiale di velocità non ufficiale, 4.520 mph (7.274 km/h, un Mach 6,7 ipersonico) e il record di altitudine non ufficiale, 354.200 piedi (107.960 metri) [fonti: Darling ; Fletcher ; Nasa ]. L'X-15 era il nipote sperimentale dell'X-1 di Chuck Yeager, che per primo ha infranto la barriera del suono a Mach 1,06 (702 mph, o 1.130 km/h), ed è l'antenato dello space shuttle e dei moderni aeroplani spaziali [fonte: Darling ].

Per quanto riguarda gli aeroplani a motore che respirano aria, Eldon W. Joersz ha stabilito il record di velocità, 2.193,17 mph (3.529,56 km/h), in un Lockheed SR-71 Blackbird il 28 luglio 1976 [fonte: FAI ]. Il 31 agosto 1977, il pilota sovietico Alexandr Fedotov stabilì il record di altitudine, salendo a 123.524 piedi (37.650 metri) nel suo MiG E-266M [fonte: FAI ].

Nota dell'autore: potresti fare il pendolare da New York a Los Angeles in 12 minuti?

Carte sul tavolo: non riesco a immaginare un aereo ipersonico che potrebbe trasportare abbastanza passeggeri per creare un modello di business valido; né posso concepirne uno che non spaventi la luce del giorno dei suoi passeggeri ogni volta che ci volano sopra. Eppure, in qualche modo l'idea dei salti suborbitali, in particolare lanciati da una nave madre di un aereo, non mi turba.

Forse penso solo che volare nello spazio, anche per pochi minuti, varrebbe la pena rischiare. È un peccato che Virgin Galactic non includa una lezione di coach e probabilmente non lo farà mai; per quella vista, andrei in un portapacchi.

Spero di sbagliarmi, ma non riesco proprio a vedere il turismo spaziale o i "pendolarismo spaziale" come nient'altro che un parco giochi per i ricchi, se questo. La tragedia è che, anche se si alzano da terra, i volti dei loro passeggeri rimarranno probabilmente sepolti nei loro Blackberry per l'intero volo.

Il che fa emergere un altro punto: in nessun momento della storia abbiamo avuto meno bisogno di viaggiare e più bisogno di conservare le risorse. Viviamo in un'era di telelavoro, teleconferenze e riunioni virtuali, in cui il "face time" è a portata di clic. Il nostro è anche un momento di incombente cambiamento ambientale e di aumento dei prezzi del carburante. Saggiamente, i progettisti di aerei come lo Zehst si sono concentrati su tecnologie e combustibili più ecologici, ma forse quei soldi potrebbero essere spesi meglio altrove.

articoli Correlati