Rappresentazione artistica dell'HTV-2. Guarda altre foto di volo. Immagine per gentile concessione DARPA Alcuni voli sfrecciano così velocemente che gli assistenti hanno appena il tempo di aprire il carrello delle bevande. Altri si trascinano abbastanza a lungo per la cena, qualche film e una notte intera di sonno. E se potessi ottenere il meglio da entrambi, in gita da New York a Tokyo in, dire, 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 che ci venivano in mente mentre leggevamo del secondo volo di prova del Falcon Hypersonic Technology Vehicle (HTV-2), un aereo dell'Agenzia per i progetti di ricerca avanzata della difesa degli Stati Uniti (DARPA) che promette 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 senza equipaggio, banco di prova lanciato da un razzo 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. Pensa a loro come ai senza equipaggio, equivalenti a razzo di missili da crociera, o come i pizzaioli di Domino's molto violenti (nessun rimborso per consegne che durano più di 30 minuti) [fonti:DARPA; Weinberger].
Sfortunatamente, Secondo test HTV-2 di DARPA, come il primo, è iniziato con la perdita di contatto e si è concluso con un fossato autodistruttivo nell'Oceano Pacifico [fonti:AFP; Pappalardo]. In un classico caso di buone notizie, cattive notizie, DARPA ha migliorato la stabilità aerodinamica durante il primo test solo per vedere sballottamenti inaspettati strappare grandi strisce di pelle dall'imbarcazione nel secondo [fonti:DARPA; Ferran].
Da dove viene che lascia il futuro pendolare, chi è più interessato a partecipare a riunioni che ad assegnare compiti ai missili? È difficile da dire. A partire da novembre 2012, una manciata di candidati si sono messi in fila per riempire lo spazio di mercato a lungo vuoto del Concorde, da colossi come Boeing e European Aeronautic Defence and Space Company N.V. (EADS), la società madre di Airbus, ai nuovi arrivati come XCOR e HyperMach. Nel frattempo, Virgin Galactic e Sierra Nevada Space Systems mantengono la loro attenzione sullo sviluppo di piani spaziali suborbitali.
Ancora, nonostante come li chiamerebbero i loro sostenitori del marketing, la maggior parte di questi veicoli sono supersonici, non ipersonico, e per una buona ragione. Varcando la soglia punitiva di Mach 5, la tradizionale delimitazione tra supersonico e ipersonico, significa lottare con la fisica atmosferica impazzita.
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La rappresentazione di questo artista mostra il veicolo di ricerca Hyper-X X-43A della NASA sotto la potenza di uno scramjet in volo. La tecnologia Scramjet è uno degli adattamenti specializzati ritenuti fondamentali per il volo ipersonico. NASA tramite Getty Images Il secondo test dell'ormai defunto HTV-2 testimonia le realtà spietate del volo ipersonico [fonte:Pappalardo]. Anche Concorde, che ha raggiunto un supersonico 1, 350 miglia orarie (2, 172 km/h), è stato chiuso dopo 27 anni a causa di problemi di sicurezza e problemi di costi [fonte:Novak].
La fisica è un severo supervisore. Mentre un aereo si avvicina alla barriera del suono, l'aria smette di "togliersi di mezzo" e si comprime in un muro che un aereo deve perforare. Lagna, l'ascensore e la combustione diventano decisamente scoiattoli a tali velocità, e alcuni adattamenti supersonici, come le ali delta e ramjets - semplici motori a reazione che comprimono l'aria per gentile concessione dello slancio in avanti dell'imbarcazione - vanno da inefficienti a inefficaci a velocità inferiori [fonti:Darling; NASA].
Gli aerei ipersonici comportano soluzioni ancora più specializzate, come armature ablative a dispersione di calore e ramjets a combustione supersonica , o scramjets , per 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 (che rilasciano 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 velocemente di un aereo di linea commerciale. A tali velocità, l'aria non scorre intorno a te - la strappi, generando pressioni punitive e fusione dell'acciaio 3, 500 F (1, 900 C) temperature superficiali. Gli aerei supersonici sfoggiano linee affilate per tagliare l'aria, ma gli aerei ipersonici devono assumere una forma più smussata per disperdere meglio il calore, non diversamente da una capsula di comando Apollo. I flap lottano per vincere 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 aereo passeggeri compatibile con l'aerodinamica del volo ipersonico. Inoltre, qualsiasi aereo in grado di superare questo problema avrebbe bisogno di bighellonare, non sprint, per mettersi al passo, per timore che i suoi passeggeri si lamentino di essere schiacciati come tante frittelle durante i decolli, atterraggi e 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', soprattutto in avanti, ma non aspettarti che un cliente ben pagato tolleri il disagio anche di 1 G per più di pochi minuti. Ancora, 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; così, potrebbero richiedere propulsori a razzo - 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, figuriamoci una Mach 20, potrebbe non adattarsi bene ai requisiti di comfort e sicurezza di un aereo passeggeri. Ancora, se credi all'hype, veicoli ipersonici presto domineranno i cieli militari e civili.
Fuori dal mondoIl volo spaziale ha una relazione speciale con il volo ipersonico. Alcuni dei voli senza motore più veloci della storia sono stati le capsule di comando dell'Apollo, che ha volato a 33 miglia (53 chilometri) di altitudine e 24, 600 miglia orarie (39, 600 km/h) velocità, 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 miglia orarie (216, 000 km/h) ad un'altitudine di 620 miglia (1, 000 chilometri). Sebbene la velocità di ingresso di Galileo superasse di gran lunga quella di Apollo, equivale a solo Mach 28. Perché? La velocità del suono si riferisce alla comprimibilità e al flusso di un fluido, che è funzione della sua temperatura, pressione e composizione - in questo caso, un'atmosfera di idrogeno-elio ad una temperatura di circa 800 K (980 F, o 527 C) [fonti:Fletcher].
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Gli aerei passeggeri ipersonici e i voli di un'ora da New York a Londra sono stati propagandati 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 spaziale per passeggeri monostadio-orbita (SSTO), è stato kiboshed prima di raggiungere la fase di 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 alghe e biocarburanti, che hanno intenzione di lanciare l'imbarcazione intorno al 2040 o 2050 [fonti:Jones; Parete]. 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 11 attuali) utilizzando tre sistemi di propulsione. Due turbofan spingeranno l'aereo in una ripida salita a circa Mach 0.8, dopodiché subentreranno due razzi booster, accelerando il veicolo a Mach 2,5 -- abbastanza veloce da permettere ai ramjet di entrare in azione e portare l'aereo a circa Mach 4. Avvicinandosi alla sua destinazione, l'aereo sarebbe scivolato dentro, con i suoi turbofan che si riaccendono, e atterrare sotto il potere [fonte:Wall].
Il principale concorrente di Airbus, Boeing, abbandonò il suo Sonic Cruiser supersonico per sviluppare il subsonico 787 Dreamliner, ma non si può mai contare completamente sulla società, in particolare dati i suoi contratti militari, che lo mantengono saldamente nel gioco degli aerei ad alta velocità. Nonostante il suo record di test loschi, la tecnologia dietro l'X-51A WaveRider di Boeing - che vola sulla propria onda d'urto e ha rotto Mach 5 più volte - 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 ad un'altitudine di 60, 000 piedi (18, 300 metri) e trasporta 10-20 passeggeri tra New York e Dubai in due ore, 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 a Lynx, un aereo commerciale biposto progettato per l'alta quota, volo supersonico. In caso di successo, Lynx navigherà a più di 2, 500 miglia orarie (4, 000 km/h) a un'altitudine di 62 miglia (100 chilometri), poi scendi, riducendo al minimo la fastidiosa resistenza atmosferica, attrito e turbolenza [fonte:Waldron].
Tutte le cose considerate, scambiare il sogno ipersonico con il volo iperbolico potrebbe avere un senso pratico.
Il "Concordski"Sebbene Concorde governi i cieli supersonici nei ricordi 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, 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 studiare il volo supersonico [fonte:NASA].
The Dream Chaser in fase di sviluppo nel febbraio 2011 Bill Ingalls/NASA tramite Getty Images Il problema con il volo veloce è che i disturbi possono propagarsi solo così velocemente attraverso un fluido, compresa l'aria. Avvicinati o supera quella velocità, ed è la differenza tra scivolare in una pozza d'acqua e sprofondare a pancia in giù dall'alto. Piuttosto che combattere una battaglia così brutale, alcuni scelgono di evitare del tutto l'atmosfera e di fare luppoli suborbitali che sfiorano lo spazio.
Gli aerei spaziali - veicoli spaziali completamente riutilizzabili che volano nello spazio o nell'atmosfera - e le tramogge commerciali ad alta quota sono risorti con la crescita dell'industria dei voli spaziali commerciali. Idealmente, tale imbarcazione potrebbe decollare e atterrare dalle piste ma, almeno per ora, rimangono sogni irrealizzabili. Proprio come subsonico, i progetti supersonici e ipersonici funzionano meglio nei loro regimi di volo, i sistemi di propulsione e controllo atmosferici divergono da quelli che funzionano bene nello spazio. Con questo in testa, la maggior parte dei progetti si basa su un piano in due fasi, essere trasportati in alto da un aeroplano o razzo "nave madre" prima di entrare nei loro sistemi di volo di bordo.
Per esempio, La compagnia di Richard Branson, Vergine Galattica, prevede di trasportare i passeggeri al limite dello spazio (circa 62 miglia, o 100 chilometri) su SpaceShipTwo, un 60 piedi (18 metri), sei persone razzo aliante appeso sotto l'aereo VirginMothership Eve. Quando il vettore a doppia fusoliera raggiunge 50, 000 piedi (15, 240 metri), SpaceShipTwo si separerà, vola e plana verso la Terra dopo aver prima rallentato il suo rientro tramite una speciale tecnica di trascinamento "piuma" [fonte:Chang]. La società di Branson ha anche stipulato un accordo di cooperazione con Sierra Nevada Space Systems, possibilmente agire come rivenditore per la prenotazione di voli spaziali a bordo della sua prevista unità passeggeri, Dream Chaser [fonte:Chang].
Il Dream Chaser è un mini-shuttle riutilizzabile basato sul Bor-4, la defunta navetta spaziale dell'Unione Sovietica. Si lancerà tramite un razzo Atlas V e atterrerà come un aereo. 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 dal programma Commercial Crew Integrated Capability (CCiCap) della NASA per continuare lo sviluppo [fonte:Sierra Nevada].
Gli aerei spaziali potrebbero aver bisogno di quei passeggeri commerciali se non possono raggiungere la concorrenza per le consegne spaziali. Space Exploration Technologies Corp. (SpaceX) ha consegnato il carico 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 le sue corse pianificate di rifornimento della ISS [fonte:Orbital].
Supersonico, i voli suborbitali ipersonici o ad alto salto potrebbero essere l'onda del futuro, ma solo il tempo dirà se - o quando - decolleranno.
Il più veloce e il più altoTutto questo parlare di velocità strabiliante e di altitudine che spazza lo spazio potrebbe farti chiedere quanto in alto o quanto velocemente siamo già andati.
A partire da novembre 2012, l'aereo a razzo X-15 detiene il record di velocità non ufficiale del mondo, 4, 520 miglia orarie (7, 274 km/h, un Mach 6.7 ipersonico), e 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 rotto la barriera del suono a Mach 1,06 (702 mph, o 1, 130 km/h), ed è antenato della navetta spaziale e dei moderni aerei spaziali [fonte:Darling].
Per quanto riguarda la respirazione dell'aria, aerei a motore, Eldon W. Joersz ha stabilito il record di velocità, 2, 193,17 miglia orarie (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 ha stabilito il record di altitudine, salendo a 123, 524 piedi (37, 650 metri) nel suo MiG E-266M [fonte:FAI].
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Carte sul tavolo:non riesco a immaginare un aereo ipersonico che possa trasportare abbastanza passeggeri per creare un modello di business valido; né riesco a concepirne uno che non spaventi a morte i suoi passeggeri ogni volta che ci volano sopra. Ancora, in qualche modo l'idea di luppoli suborbitali - in particolare lanciati da una nave madre aereo - non mi preoccupa.
Forse penso solo a volare nello spazio, anche per pochi minuti, varrebbe la pena rischiare. È un peccato che Virgin Galactic non includa una classe per allenatori e probabilmente non lo farà mai; per quella vista, Cavalcherei in un portapacchi.
spero di sbagliarmi, ma non riesco proprio a vedere il turismo spaziale o il "pendolarismo spaziale" come altro che un parco giochi per ricchi, se quello. La tragedia è che anche se si alzano da terra, le facce dei loro passeggeri probabilmente rimarranno sepolte nelle loro more per l'intero volo.
Il che solleva un altro punto:in nessun momento della storia abbiamo avuto meno bisogno di viaggiare e più bisogno di conservare le risorse. Viviamo nell'era del telelavoro, teleconferenze e riunioni virtuali, dove "face time" è a portata di clic. Il nostro è anche un momento di incombente cambiamento ambientale e di impennata 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.
