Da Roma a New York in un’ora: presto gli aerei ipersonici diventeranno realtà

Andare da Roma a New York in meno di un’ora. Presto sarà possibile grazie ai risultati di uno studio condotto da un gruppo di ingegneri dello Stevens Institute of Technology, negli Stati Uniti, e pubblicato su Nature Communications che potrebbero accelerare lo sviluppo di aerei ipersonici, in grado cioè di volare a Mach 6-7 (sei-sette volte la velocità del suono, pari a circa 7.000-8.500 chilometri orari).

Il problema iniziale

Uno dei principali ostacoli alla loro realizzazione risiedeva nel fatto che, a un regime così estremo, non erano noti la formazione e il comportamento dei vortici di aria, ovvero le turbolenze, sulla fusoliera che, oltre a generare una forte compressione, possono anche creare un marcato riscaldamento delle superfici.

Già nel 1962 il fisico russo Mikhail Morkovin aveva supposto che, anche a una velocità estrema, i moti vorticosi potessero comportarsi in modo simile a quelli osservati a velocità inferiori. Ma nessuno era riuscito a dimostrare la validità dell’ipotesi. E proprio in questa sfida si sono cimentati i ricercatori statunitensi.

L’esperimento in un tunnel

Per svolgere il loro lavoro, durato più di dieci anni, gli scienziati hanno anzitutto costruito un tunnel sperimentale a onde d’urto, lo Stevens Shock Tunnel, in modo da poter replicare le condizioni di un volo ipersonico a 20 chilometri di quota. Hanno poi aggiunto al flusso una piccola percentuale di kripton, un gas nobile usato come tracciante, per rendere visibile il movimento dell’aria, applicando così, per la prima volta in questo settore, una tecnica chiamata Krypton Tagging Velocimetry.

Hanno, quindi, irradiato la sostanza gassosa con due impulsi laser quasi consecutivi: il primo ha lasciato una traccia visibile, il secondo l’ha rilevata pochi microsecondi dopo, permettendo di visualizzarne lo spostamento. Per intenderci, è un po’ come seguire il percorso di una scia di fumo illuminata da una torcia o osservare una foglia trascinata dalla corrente di un fiume.

Il risultato

Con questo procedimento gli esperti hanno dimostrato che Morkovin aveva ragione: a Mach 6 la turbolenza segue gli stessi meccanismi dei flussi a bassa velocità, se analizzata in modo corretto.

Sapere ciò permette di: prevedere meglio la forza con cui l’aria si oppone al velivolo (resistenza aerodinamica); stimare con maggiore accuratezza il riscaldamento esterno, così da definire con precisione le protezioni termiche necessarie, evitando di renderle troppo robuste per eccesso di prudenza; affidarsi a simulazioni digitali più realistiche, perché calibrate su dati affidabili. “In sintesi, una progettazione accurata rende molto più concreto lo sviluppo di un aereo ultraveloce”, dichiara il professor Nicholaus J. Parziale, ingegnere aerospaziale e principale autore della sperimentazione.

Limiti odierni e prospettive future

Per raggiungere davvero l’obiettivo servirebbero ora materiali che resistano a temperature estreme, motori stabili in ogni fase del volo, sistemi di raffreddamento avanzati. In ragione di ciò, i tecnici concordano sul fatto che saranno necessari ancora alcuni anni di studio prima che si possa testare un prototipo. Ma oggi il traguardo appare più vicino.