André Koch, ex ricercatore di Gestione della ricerca e Ricerca operativa, armasuisse Scienza e Tecnologia

Il tema del volo ipersonico risale agli inizi della Seconda guerra mondiale. Alla fine degli anni Trenta, lo scienziato tedesco Eugen Sänger progettò un aeromobile, il Silbervogel, che si diceva fosse in grado di coprire oltre 20 000 chilometri a una velocità massima di 6000 metri al secondo. Il Silbervogel, letteralmente uccello d’argento, non è mai andato oltre il tavolo da disegno. Più tardi, negli anni Cinquanta, questo progetto fu ripreso per garantire il sicuro rientro nell’atmosfera dei veicoli spaziali. Alcune applicazioni erano in settori civili, ad esempio lo Space Shuttle, così come in settori militari, come i missili intercontinentali.

Nel dicembre 2019, la Russia annunciò di aver consegnato alle forze armate un nuovo sistema d’arma, il missile ipersonico Avangard. Quasi in contemporanea, la Cina annunciò di poter disporre di un sistema simile a quello russo, il WU-14. Ma cosa sono questi veicoli ipersonici plananti e che cosa si intende per ipersuono?

Ipersuono

La velocità di un’onda sonora nell’aria dipende dalla temperatura. A 15 gradi centigradi a livello del mare, il suono si diffonde con una velocità di 340 metri al secondo; salendo ad altitudini di 11 000 metri, la temperatura scende a –56,4 gradi centigradi e la velocità del suono si riduce a 295 metri al secondo.

Se un oggetto si muove più velocemente della velocità locale del suono, viene chiamato supersonico. Se l’oggetto supera di cinque volte la velocità del suono, ovvero 1700 metri al secondo al livello del mare o 1475 metri al secondo a un’altitudine di 11 000 metri, il movimento è chiamato ipersonico. I sistemi militari che operano nel regime ipersonico sono vari. Tra questi troviamo i missili balistici, alcuni missili da crociera e i cosiddetti missili ipersonici. Qui ci occupiamo proprio di questi ultimi.

Veicoli ipersonici plananti

Un veicolo ipersonico planante è un motoaliante, sprovvisto di un proprio mezzo di propulsione, che viene portato a quote di oltre 100 chilometri per mezzo di un missile. Dopo essersi sganciato dal vettore, esso torna a terra planando come un aliante. Un veicolo ipersonico planante si muove ad altitudini elevate a una velocità iniziale di oltre 6000 metri al secondo. Questa velocità supera di gran lunga quella degli aerei convenzionali.

Per studiare e calcolare il volo di un veicolo ipersonico planante in situazioni diverse, il settore di competenza armasuisse Scienza e Tecnologia ha progettato un modello computerizzato (v. figura 1): il missile esaminato presenta un’apertura alare di 2,3 metri, è lungo 3,75 metri e pesa 1,5 tonnellate. Il suo carico utile è di 500 chilogrammi e potrebbe consistere in una testata nucleare o in una carica esplosiva convenzionale.

Il volo ipersonico planato

Il motoaliante viene portato ad altissima quota da un vettore. Le dimensioni e il peso del motoaliante sono limitati dalle caratteristiche del vettore.

Dalla rampa di lancio al bersaglio, il volo del veicolo ipersonico planante consiste in due fasi, ossia la fase di lancio seguita dalla discesa in volo planato.

La fase di lancio. Il veicolo ipersonico planante è montato in cima a un vettore, ad esempio un razzo Minotaur IV Lite a tre stadi, in grado di trasportare un carico utile di 1,5 tonnellate a un’altitudine di 125 chilometri. La fase di lancio richiede circa tre minuti dal decollo del razzo al rilascio del motoaliante ipersonico. A quel punto, il motoaliante si sposta parallelamente alla superficie terrestre a una velocità di circa 6000 metri al secondo.

Il volo planato. Da quel momento in poi, dopo essersi sganciato dal vettore, il veicolo ipersonico planante procede in volo planato. A quote superiori ai 70 chilometri, l’aria è talmente sottile che il motoaliante, nonostante la sua enorme velocità di 6000 metri al secondo, non ha pressoché alcuna portanza aerodinamica e si trova, per così dire, in caduta libera verso il basso. Man mano che la densità dell’aria negli strati inferiori dell’atmosfera aumenta, aumentano anche la resistenza dell’aria e la portanza aerodinamica. A un certo punto, quest’ultima è tale da permettere al veicolo ipersonico planante di muoversi in orizzontale o, addirittura, di alzarsi.

Affinché il motoaliante possa volare il più lontano possibile, la traiettoria deve essere scelta in modo che la resistenza aerodinamica rimanga mediamente la più ridotta possibile. Una soluzione interessante sarebbe quella di far «cavalcare» il motoaliante sugli strati più densi dell’atmosfera. Una traiettoria analoga è mostrata nella figura 5 (vedi brochure); il profilo d’onda della traiettoria mostrato è caratteristico dei voli planati ipersonici: proprio come un ciottolo appiattito che arriva lontano saltellando sulla superficie dell’acqua, anche un veicolo ipersonico planante riesce ad aumentare la sua gittata cavalcando sugli strati bassi dell’atmosfera.

Il motoaliante ipersonico è manovrabile finché le forze aerodinamiche, e le accelerazioni che ne conseguono, sono sufficientemente grandi. È chiaro che questo avviene solo ad altitudini inferiori ai 70 chilometri circa. Più in alto, l’aria diventa troppo sottile per riuscire a generare forze aerodinamiche sufficienti, quindi le manovre di volo risultano impossibili.

Una problematica del volo ipersonico

Avanzando a velocità supersonica, il motoaliante crea intorno a sé un cosiddetto cono di Mach: si genera un’onda d’urto che parte dal cono del motoaliante. In questa zona d’urto, l’aria è estremamente compressa e, quindi, la temperatura della stessa aumenta. A una velocità di 6000 metri al secondo, la temperatura in corrispondenza del cono e sui bordi delle ali del velivolo può superare di gran lunga i 1000 gradi centigradi. Affinché il motoaliante possa resistere a queste temperature, sono necessari speciali rivestimenti resistenti al calore per il cono, i bordi e l’ala inferiore.

Inoltre, è consigliabile scegliere una traiettoria lungo la quale si alternino fasi di riscaldamento a fasi di raffreddamento. Qui emerge chiaramente che è più vantaggiosa una traiettoria a onda. Anche se il motoaliante, a causa delle maggiori forze aerodinamiche a quote inferiori, si scalda mentre cavalca, volando successivamente a quote superiori può raffreddarsi, poiché le forze aerodinamiche scendono ancora in modo significativo.

Il veicolo ipersonico planante: un’arma rivoluzionaria?

Per finire, analizziamo criticamente alcune affermazioni relative ai missili ipersonici.

• I veicoli ipersonici plananti superano qualsiasi sistema di difesa antimissile. Questa affermazione è vera solo in parte. Abbiamo stabilito che le manovre aerodinamiche sono possibili solo ad altitudini inferiori ai 70 chilometri; più in alto, il veicolo ipersonico planante segue una traiettoria ellittica prevedibile, senza possibilità di variazioni della direzione di volo qualora venisse attaccato da un sistema di difesa. Inoltre, ogni manovra di volo provoca una diminuzione della velocità e, di conseguenza, della gittata.
• Un veicolo ipersonico planante raggiunge il suo bersaglio a una velocità di 2000 metri al secondo o superiore. Questa affermazione è sbagliata. Quando il veicolo ipersonico planante attraversa gli strati inferiori dell’atmosfera per raggiungere il suo bersaglio, viene fortemente rallentato dalla resistenza aerodinamica. Nella fase finale di volo, la velocità del motoaliante, addirittura anche in picchiata, non supererà i 1000 metri al secondo.
• Un veicolo ipersonico planante non può essere intercettato dai sistemi radar. Questa affermazione è vera solo in parte. Le stazioni radar di terra sono in grado di intercettare missili di piccole dimensioni a 300 chilometri. Con molta probabilità, però, potrebbe risultare impossibile stabilirne la traiettoria di volo, perché la maggior parte dei sistemi radar odierni assicura il tracking di un oggetto solo a velocità inferiori a 1000 metri al secondo.
• I missili anti-aerei convenzionali risultano inefficaci contro i veicoli ipersonici plananti. Questa affermazione è vera in parte. A causa della velocità elevata e delle piccole dimensioni del veicolo planante, per i tradizionali sistemi di difesa terra-aria è difficile, ma non impossibile, abbattere un veicolo ipersonico planante. A questo, si aggiunge un’altra problematica: solo pochi missili antiaerei terra-aria sono in grado di abbattere oggetti ad altitudini superiori ai 50 chilometri, quindi sono richieste nuove soluzioni per le misure di difesa.

Tutto questo dimostra che, da un lato, i veicoli ipersonici plananti non rappresentano una soluzione tecnica fondamentalmente nuova e che spesso si esagera circa le loro caratteristiche e, dall’altro, tanto più elevata sarà la velocità di un oggetto, tanto più difficile risulterà intercettarlo e abbatterlo. Per questo è indispensabile monitorare lo sviluppo dei veicoli ipersonici plananti con occhio critico. Gli esperti di armasuisse continueranno sicuramente a occuparsi di questo argomento anche in futuro.