Quasi 20 anni dopo la messa a terra del Concorde, gli aerei supersonici civili sembrano pronti a decollare di nuovo. La nuova tecnologia sta spingendo in avanti una nuova generazione di aeromobili, ma le sfide rimangono, dalle quelle normative alla semplice vecchia economia.
Il 24 ottobre 2003 è stata la fine di un’era. Quel giorno il Concorde, il leggendario aereo di linea supersonico, fece il suo ultimo volo commerciale, volando da Londra Heathrow all’aeroporto John F. Kennedy di New York City. Da allora nessun aereo di linea supersonico commerciale ha operato: i problemi regolamentari, tecnologici e commerciali erano troppo pesanti da superare. Il sogno futuristico di un volo di tre ore da Londra a New York, offerto dal Concorde, sembrava infranto.
Ora, tuttavia, quasi 20 anni dopo, potremmo tornare a quel sogno supersonico. I nuovi progressi tecnologici consentono ai nuovi progetti di avere successo dove il Concorde ha fallito e una serie di società e istituti di ricerca stanno investendo pesantemente in una nuova generazione di aerei supersonici civili.
La compagnia americana Boom progetta di far volare un modello in scala del suo aereo di linea supersonico, chiamato Overture, nel 2021, e ha già raccolto 196 milioni di dollari per farlo. La NASA ha aperto la strada all’X-59, un velivolo supersonico sperimentale che abbassa i livelli di rumore del famigerato boom sonico. E Aerion, in collaborazione con Boeing, sta sviluppando un business jet supersonico, che potrebbe volare entro il 2025.
“Questo non è più solo un sogno”, ha detto la professoressa Nicole Viola del Politecnico di Torino, dove lavora su aerei di linea supersonici. “Ovunque le persone ci stanno lavorando.”
Aerei supersonici ed il problema del boom sonico
Una spinta importante dietro la rinascita degli aerei supersonici civili è che potrebbero produrre meno rumore e ridurre i problemi relativi ai boom sonici. Quando un oggetto immobile, come uno stereo, produce un suono, le sue onde sonore si diffondono in tutte le direzioni. Se fossero visibili ad occhio nudo, queste onde apparirebbero simili alle onde generate quando una pietra viene lasciata cadere in uno stagno.
Quando un aereo supersonico raggiunge velocità superiori a quelle del suono, tuttavia, si sposta in anticipo rispetto al suono che produce. Questo fa assumere alle onde sonore che produce una forma conica, simile a quelle generate da una barca in navigazione. Un aereo supersonico in avvicinamento è quasi impercettibile, ma quando raggiunge l’osservatore, questi viene investito da un suono improvviso simile a un boom di onde sonore concentrate.
In alcuni casi questi boom possono causare danni agli edifici ed è noto che i jet militari supersonici che volano sulla terraferma possono rompere i vetri delle finestre.
Ciò significa che nella maggior parte dei paesi il volo supersonico di routine è vietato sulla terraferma, limitando gravemente le potenziali rotte di un aereo supersonico civile. Per questo motivo, il Concorde ha sempre volato su rotte oceaniche.
I nuovi modelli, tuttavia, stanno sperimentando la cosiddetta tecnologia a braccio basso.
“L’intensità del boom sonico dipende principalmente dalla forma aerodinamica dell’aereo”, ha spiegato Gérald Carrier, aerodinamico senior presso il laboratorio aerospaziale francese ONERA. È stato coinvolto in un progetto chiamato RUMBLE, che ha raccolto prove sul rumore emesso dai boom sonici e dagli aerei a basso boom per le autorità di regolamentazione.
Carrier osserva che, plasmando la geometria dell’aereo, il volume del boom può essere ridotto dai più di 100 decibel del Concorde, simile all’ascolto di un martello pneumatico, a 70-80 decibel per i nuovi progetti, circa il suono di un aspirapolvere.
“La corretta sagomatura del velivolo con caratteristiche come un muso anteriore molto lungo può ridurre il rumore. Con questa padronanza possiamo scolpire la firma sonora dell’aereo e rendere il boom meno fastidioso”.
Per ora, gli aerei civili a braccio basso sono ancora teorici, anche se si stanno avvicinando al lancio. Boom spera di pilotare un modello in scala di un terzo del suo progetto nel 2021 e la NASA vuole iniziare i test di volo dell’X-59 nel 2022. Carrier paragona il rumore che i nuovi progetti a braccio basso farebbero con quello di fuochi d’artificio molto distanti. La gente lo sentirebbe ancora, ma non così rumoroso da rompere la finestra.
Il boom basso è diventato possibile grazie ai progressi negli strumenti e nella ricerca. I nuovi programmi per computer semplificano la simulazione delle proprietà di un aereo e la sperimentazione con le forme 3D. E dagli anni ’60, quando fu progettato il Concorde, sappiamo molto di più sui boom sonici. “Traiamo vantaggio da decenni di nuove ricerche e sviluppi”, ha affermato Carrier.
Eppure, anche questa nuova generazione di velivoli supersonici continuerà a produrre rumore e per questi progetti a braccio basso è necessario definire una regolamentazione. Il progetto RUMBLE ha simulato quanto suono produrrebbero questi nuovi velivoli e quale sarebbe l’effetto sugli edifici, ha misurato i boom sonici con aerei militari russi e ha persino studiato l’effetto sugli esseri umani.
“Abbiamo esaminato come le persone reagivano a diversi livelli di boom sonici, i cosiddetti studi psico-acustici”, ha detto Carrier.
Nello specifico, hanno messo gli altoparlanti accanto a una casa in cui si trovavano i soggetti del test. Di tanto in tanto questi altoparlanti producevano suoni simili a un boom sonico. I soggetti del test dovevano quindi riferire in che modo ciò influiva sul loro benessere, capacità di svolgere compiti e capacità di dormire. Sulla base di questi risultati, i governi possono decidere quanto rumore è accettabile da questi nuovi velivoli.
“Vogliamo aiutare a definire le normative che possono limitare il boom sonico di nuovi velivoli a un livello accettabile per gli esseri umani”, ha detto Carrier. Queste normative potrebbero quindi consentire agli aerei supersonici di sorvolare la terra, ampliando notevolmente le rotte che possono servire.
Mach
A Torino, la Prof. Viola esplorerà un altro modo per testare il boom sonico nel suo progetto MOREandLESS, che è appena iniziato e durerà quattro anni. In un esperimento, i ricercatori spareranno piccoli proiettili a forma di aeroplani da una pistola su una grande pista di prova all’aperto.
I proiettili producono un boom sonico, che viene quindi misurato dai microfoni situati intorno alla pista per vedere cosa faranno i diversi design per il rumore. “Indagheremo una vasta gamma di velocità, da Mach 2 a 5”, ha detto il Prof. Viola.
Mach è l’unità di velocità per gli aerei supersonici. Mach 1 significa che l’aereo va veloce quanto il suono, velocità che può differire in base alla temperatura locale, che, a sua volta, dipende principalmente dall’altitudine (più in alto nell’atmosfera, più basse sono le temperature).
A livello del mare, con una temperatura di 15° C, Mach 1 si trova a 340,3 metri al secondo o 1225,08 km orari. Ad un’altitudine di 11.000 metri, diventano 295 metri al secondo o 1062 km all’ora. La velocità Supersonica è generalmente indicata come l’area tra Mach 1 e 5, o da 1 a 5 volte la velocità del suono.
Il Boom Overture, ad esempio, è progettato per mantenere una velocità Mach 2.2, simile alla velocità di crociera del Concorde.
La professoressa Viola sta anche studiando le opzioni di carburante, un’altra questione chiave che i nuovi aerei civili supersonici dovranno affrontare. Uno dei motivi per cui il Concorde era antieconomico era il suo elevato consumo di carburante, soprattutto durante le fasi di volo a bassa velocità.
E sebbene la nuova generazione di aerei supersonici abbia ridotto il consumo di carburante attraverso interventi come motori più economici e una migliore aerodinamica, spenderebbero comunque più di un normale jet subsonico, producendo problemi di inquinamento e impatto climatico.
Un modo fondamentale per ridurlo sono le nuove forme di carburante. “Le emissioni ovviamente dipendono dal tipo di motore”, ha affermato il Prof. Viola. “Ma dipendono anche dal carburante e dai processi chimici alla base della combustione”.
Per la Prof. Viola nascono due candidati per combustibili più sostenibili: i biocarburanti e l’idrogeno liquido. L’idrogeno è “il candidato numero 1”, ha detto il Prof. Viola, perché non produce emissioni di CO 2. Ma sono ancora in circolazione anche i biocarburanti, che derivano da biomasse come piante o rifiuti, eventualmente miscelati con un getto di carburante regolare.
Ma per tutta la nuova tecnologia, ciò che farà o distruggerà la nuova generazione di aerei supersonici è l’economia. “L’ultima goccia per il Concorde è stata che gli aspetti economici non erano affrontabili“, ha affermato il dott. Turab Zaidi, che guida congiuntamente l’Aerospace Systems Design Lab presso il Georgia Tech Lorraine, che si trova a Metz, in Francia. “British Airways e Air France non potevano sopportare la quantità di denaro che stavano perdendo”.
Il dottor Zaidi ha indagato se tale situazione cambierà in futuro per il progetto OASyS e se le compagnie aeree possono utilizzare in modo redditizio questi nuovi velivoli. Nel progetto hanno sviluppato due scenari per aerei di linea supersonici nel periodo tra il 2035 e il 2050 e la loro conclusione sembra cautamente ottimistica.
“In tutti gli scenari abbiamo scoperto che esiste un mercato”, ha affermato il dott. Zaidi. “Non è così alto come fanno le proiezioni di alcuni produttori. Ma ammettendo certe ipotesi, c’è un mercato”.
Il loro studio parte dall’attuale mercato dell’aviazione e progetta come si evolverà, tenendo conto della crescita economica, che molto probabilmente produrrà un aumento dell’uso delle compagnie aeree. Quindi calcola le dimensioni del gruppo di consumatori che prenderebbero questi aerei supersonici, come i passeggeri d’affari che desiderano collegamenti veloci o i turisti che ora pagano per le offerte premium delle compagnie aeree.
Tuttavia, questo mercato potenziale si basa su una serie di ipotesi su come si evolveranno gli aerei supersonici, come l’efficienza del carburante e la regolamentazione.
“Per lo scenario di alta domanda, abbiamo ipotizzato che il sorvolo terrestre sia consentito”, ha affermato il dottor Zaidi. “Questo è uno dei grandi vincoli in uno scenario di alta domanda. Quando non si consente il sorvolo terrestre, si limita fortemente la quantità di destinazioni e si costringe gli aerei a volare più lentamente quando sono a terra, riducendo l’efficienza del carburante”.
Tuttavia, in generale, il dottor Zaidi sembra ottimista. “Molte delle cose che hanno messo fine al Concorde sono cambiate”, ha detto. “La domanda di collegamenti aerei veloci non è mai andata via da allora e ora potremmo assistere a una rinascita”.
