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Più veloce di un razzo! Il successo del lancio di BOLT II da parte della NASA potrebbe rendere i viaggi ipersonici una nuova realtà

L’Office of Scientific Research (AFOSR) della US Air Force ha lanciato con successo il suo progetto Boundary Layer Transition and Turbulence (BOLT II) il 21 marzo a bordo di un razzo a due stadi dal Wallops Test Flight Facility della NASA in Virginia.

Il lancio è progettato per aiutare gli scienziati della NASA a ottenere dati di volo sulle difficoltà del volo ipersonico dopo anni di dati di test a terra.

I veicoli ipersonici possono volare molto più velocemente degli aerei passeggeri, consentendo voli ad altissima velocità che possono ridurre drasticamente i tempi di viaggio. Un viaggio da New York a Parigi dura solo 90 minuti rispetto all’attuale volo senza scalo di 6-7 ore.

Sebbene esistano già diversi tipi di veicoli ipersonici come la capsula Dragon di SpaceX e gli ICBM, l’aviazione ipersonica per passeggeri rimane un sogno.

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Crew Dragon si avvicina alla ISS a marzo 2019 (Wikipedia)

Sfide tecniche

Diverse compagnie aeree stanno pianificando il lancio di jet supersonici, ma le sfide tecniche sono state un grosso ostacolo al loro sviluppo.

Secondo Scott Berry, il principale investigatore della NASA per l’esperimento di rugosità per BOLT II, ​​uno dei “problemi ipersonici più complicati è prevedere la cosiddetta posizione di transizione dello strato limite”.

Quando un aeroplano vola, l’aria che colpisce il bordo d’attacco del veicolo aderisce alla superficie, forma uno strato sottile attorno ad essa e viene trascinata insieme al veicolo. Questo “strato limite” è importante poiché è qui che si verifica la maggior parte del riscaldamento, insieme a una parte significativa delle forze di trascinamento che rallentano il veicolo.

Questo strato limite aumenta di spessore lungo la lunghezza del veicolo dove l’aria vicino al bordo d’attacco del veicolo mostra un flusso “laminare” liscio composto da strati d’aria che fluiscono parallelamente alla superficie e poi ulteriormente in un violento “flusso turbolento” passare a valle.

Quindi, più in generale, il progetto BOLT II aiuterà gli scienziati a prevedere il “luogo” in cui il flusso d’aria passa da “laminare” a “turbolente” all’interno dello strato limite, poiché la turbolenza è negativa in quanto aumenta notevolmente il calore e la resistenza.

“La turbolenza può causare l’accumulo di calore su quasi tutta la superficie del veicolo e ora devi occuparti di proteggere l’elettronica interna e simili da quel calore ed essere in grado di comprendere e prevedere la turbolenza associata al riscaldamento Aiutaci a sviluppare veicoli ipersonici migliori . Il calore è la madre di tutti i problemi dell’ipersonico”, ha affermato il dott. Sarah Popkin, che dirige BOLT II come ufficiale del programma AFOSR per l’aerodinamica ad alta velocità, ha affermato.

Jet ipersonico X-43A della NASA (NASA).

Necessità di nuovi design

Non sapere dove il flusso sarà turbolento può essere un grave svantaggio nella progettazione dei veicoli, rendendoli inefficienti o poco pratici a causa delle incertezze legate al riscaldamento e alla resistenza.

Negli anni ’90, il Rockwell X-30, l’aereo spaziale ipersonico pianificato dalla NASA, dovette essere cancellato in parte a causa dell’incapacità di prevedere con precisione la sua posizione di transizione.

Il volo ipersonico è difficile da modellare accuratamente a causa dell’interazione di vari effetti fisici che entrano in gioco a velocità ipersoniche. Quindi per capire tutto insieme bisogna fare dei veri e propri test di volo.

Il primo test di volo BOLT è stato lanciato nel giugno 2021 dall’Esrange Space Center, nel nord della Svezia. Tuttavia, ha fallito a causa di problemi con il suo meccanismo di lancio del razzo, che gli ha impedito di raggiungere velocità ipersoniche.

L’AFOSR ha affermato che tutto ciò che hanno appreso dai dati di telemetria del primo volo BOLT è stato analizzato per evitare di ripetere lo stesso destino per BOLT II e che è stata prestata molta attenzione alla progettazione del sistema di volo BOLT II è stata impostata la stabilità del volo.

Chris James, un esperto ipersonico dell’Università del Queensland, ha spiegato che il veicolo BOLT II ha una geometria curva complessa con una superficie concava per rappresentare un vero veicolo ipersonico.

Ciascun lato del veicolo è destinato a un esperimento separato, con un lato “liscio” e uno “ruvido”, mentre la lunghezza del percorso fluviale lungo il veicolo è di 1 metro, leggermente più grande del BOLT originale.

La velocità pianificata per l’esperimento di volo in salita di BOLT II era Mach 6 – 6 volte la velocità del suono – dopodiché avrebbe girato nello spazio ed sarebbe rientrato nell’atmosfera prima di condurre un esperimento di discesa alla velocità pianificata di Mach 5,5.

BOLT II è un veicolo completamente autonomo con oltre 400 sensori e strumenti montati a bordo per raccogliere dati sull’ambiente del flusso durante gli esperimenti.

“L’obiettivo è produrre dati complessi del mondo reale che ingegneri e scienziati possono utilizzare per migliorare i loro modelli per prevedere la transizione nei veicoli ipersonici”, ha scritto James in un articolo pubblicato da The Conversation.

Il lancio è stato trasmesso in diretta sulla pagina YouTube di Wallops e, secondo quanto riferito, il carico utile si è staccato dal razzo ed è caduto nell’Atlantico come un successo pianificato.

Nel frattempo, anche la Cina sta lavorando alla realizzazione di viaggi ipersonici. Space Transportation, una compagnia spaziale cinese, ha recentemente annunciato i piani per un aereo ipersonico in grado di volare da Pechino a New York in un’ora.

L’aereo dovrebbe volare a una velocità impressionante di 7.000 mph, con test programmati il ​​prossimo anno, e gli scienziati ritengono che sarà pronto per il volo entro il 2024.

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