Boeing X-43

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L'X-43 durante il volo

L'X-43 è un aereo ipersonico, sperimentale, senza pilota, un dimostratore tecnologico progettato a grandezze diverse per testare i vari aspetti del volo supersonico ad alte prestazioni, l'X43a fa parte del programma Hyper-X della NASA.

Un razzo dotato di ali con l'X-43 sulla punta, denominato "stack" ("pila"), viene lanciato da un aereo. Dopo che i motori del razzo (un primo stadio modificato del Pegasus) vengono accesi e lo portano all'altitudine e alla velocità prevista, lo stack viene separato dall'X-43 che vola liberamente per mezzo del proprio motore, uno scramjet.

La prima versione dell'X-43A, fu progettata per raggiungere una velocità maggiore di Mach 7, circa 8,050 km/h ad un'altitudine di circa 30000 metri. L'X-43A è un veicolo utilizzabile una volta sola, ed è progettato per precipitare nell'oceano senza possibilità di essere recuperato. Finora ne sono stati costruiti tre; il primo è andato distrutto, mentre gli altri due hanno volato con successo con il motore scramjet operativo per circa 10 secondi, dopodiché è avvenuta una discesa di 10 minuti e poi l'impatto programmato con l'oceano.

Il primo volo, nel giugno del 2001, fallì poiché lo stack andò fuori controllo 11 secondi dopo che si era sganciato dal B-52, pertanto l'x43a venne fatto esplodere dal responsabile della sicurezza, ed i resti sprofondarono nell'oceano Pacifico. La NASA attribuì questo fallimento all'inesattezza di alcuni dati utilizzati per questo test, che avevano portato ad un sistema di controllo inadeguato per il razzo Pegasus utilizzato.

Il secondo volo dell'X-43A avvenne il 7 marzo 2004, e raggiunse la velocità di Mach 7. Questo test fece diventare l'X-43A il più veloce aereo supersonico del mondo.

Il terzo volo del Boeing X-43A stabilì un nuovo record di velocità per un aereo: 11200 km/h, vicino a Mach 10. Il test avvenne il 16 novembre 2004. L'X43a fu lanciato da un razzo Pegasus modificato, a sua volta sganciato da un B-52 a 13.157 metri di quota. Dopo un volo durato 10 secondi grazie allo scramjet, l'X43A precipitò al largo della costa meridionale della California.

Tecnici NASA lavorano sull'X-43A posto alla punta di un Razzo Pegasus attaccato ad un B-52B prima del lancio (27 marzo 2004)

Il più recente successo della serie di aeroplani denominata X-plane, l'X-43 è parte del programma Hyper-X della NASA, in cui sono coinvolte anche altre grandi aziende, come la Boeing, la MicroCraft Inc, la Orbital Sciences Corp e la "General Applied Science Laboratory" (GASL). Il budget per questo programma ancora attivo è di 250 milioni di $. Un successivo programma per sviluppare l'X-43C era stato programmato, ma al momento è sospeso.

[modifica] L'aereo

L'X-43A mentre viene laciato dal B-52.

L'aereo X-43A è un piccolo veicolo sperimentale, senza pilota, che misura appena 12 piedi (3,65 m) in lunghezza. Il veivolo ha una forma aerodinamica in grado di generare molta portanza per il volo, senza che questa ricada tutta sulle ali. Il peso totale del velivolo è di circa 1300 kg. L'X-43A è stato progettato in modo da averne un controllo totale anche a velocità elevatissime, in fase di discesa è privo di propulsione. L'X43a non è stato progettato per atterrare, quindi non può essere riutilizzato.

Viaggiare a velocità supersonica produce una grossa quantità di calore dovuta all'attrito prodotto dalla resistenza dell'aria. A velocità elevate, il calore può diventare così intenso che le parti in metallo dell'aereo possono fondere. Per evitare questo l'X-43A compensa il calore in eccesso facendo circolare l'acqua sotto i bordi dell'aereo, raffreddando le superfici. Nei test la circolazione dell'acqua è stata attivata a partire da Mach 3. In futuro il carburante potrebbe essere fatto circolare in queste zone, come già accade in molti ugelli sui razzi a combustibile liquido o negli aerei ad alta velocità (ad esempio il Lockhead SR-71).

[modifica] Il motore

Il B-52 della NASA trasporta sotto l'ala il razzo Pegasus con a bordo l'X-43A (27 marzo 2004).

L'aereo è stato creato per sperimentare e sviluppare nuovi tipi di motori supersonici denominati ramjet a combustione supersonica, o più brevemente: "scramjet", una variazione del ramjet dove la combustione esterna avviene all'interno dell'aria che fluisce a velocità supersoniche. I progettisti dell'X-43A hanno fatto in modo che la forma dell'aereo influenzi la propulsione, così come influenza tradizionalmente l'aerodinamica: in questo progetto, la parte frontale dell'aereo fa parte del sistema di aspirazione dell'aria, mentre la parte finale funziona da ugello.

Il motore dell'X-43A aveva come carburante principale l'idrogeno. Nel test coronato da successo, è stato usato circa un chilogrammo di carburante. Comunque, a causa delle difficoltà nel trasportare ed immagazzinare l'idrogeno, e anche nel produrlo, gli X-43 seguenti utilizzeranno carburanti a base di idrocarburi, più comuni. A differenza dei razzi, gli scramjet non portano con sé l'ossigeno necessario al funzionamento del motore. L'eliminazione di questo bisogno riduce sensibilmente le dimensioni ed il peso del veicolo. In futuro, tali veicoli leggeri potrebbero portare carichi più pesanti, oppure portare carichi con lo stesso peso in modo più efficiente.

Gli scramjet funzionano solo a velocità ipersoniche a partire da Mach 6, perciò occorrono dei razzi o altri motori a getto per lanciare il veicolo alla velocità minima richiesta. Nel caso del X-43A, il veicolo era accelerato a grande velocità da un razzo Pegasus lanciato da un bombardiere B-52 modificato.

I motori del veicolo di test X-43A erano specificatamente progettati per una certa velocità, e potevano comprimere ed accendere la mistura aria-carburante solo quando l'aria entrava nel modo previsto. I primi due X-43A erano progettati per un volo ad una velocità di circa Mach 7, mentre il terzo era progettato per volare a circa Mach 10.

Il successo del secondo volo dell'X-43A lo ha reso l'aereo più veloce del mondo tra quelli che usano l'aria, anche se non è stato il primo scramjet funzionante. Questo titolo tocca all'australiano HyShot: ancora attaccato al missile che lo aveva lanciato, l'HyShot scese a terra in volo propulsivo nel 2002.

[modifica] I test

Modello a grandezza naturale, in una galleria del vento al Langley.

Il primo test del X-43A effettuato dalla NASA il 2 giugno 2001 fallì a causa della perdita di controllo del razzo Pegasus avvenuta 13 secondi dopo la separazione dal B-52. Il razzo subì un'oscillazione controllata mentre si trovava in regime transonico, che alla fine portò al malfunzionamento dell'alettone di destra. Questo causò una deviazione significativa del razzo dalla traiettoria programmata, così lo stack fu distrutto dalla carica di esplosivo a bordo del razzo come misura di sicurezza. Un'indagine sull'incidente stabilì che delle informazioni imprecise sul razzo così come sulle capacità di volo contribuirono nell'incidente, tuttavia non fu trovato un fattore principale che causò l'insuccesso.

Nel secondo test, il Pegasus si accese con successo e rilasciò il veicolo di test all'altitudine di circa 29.000 metri. Dopo la separazione, la presa d'aria del motore fu aperta, il motore si accese e l'aereo si allontanò dal razzo. Il carburante alimentò il motore per 11 secondi nei quali l'aereo percorse 24 km. Dopo lo spegnimento, i controllori erano ancora in grado di pilotare il velivolo e lo controllarono per sette minuti fino a che fu rallentato dalla resistenza dell'aria e scese in una lunga picchiata nel Pacifico. La velocità di punta si registrò al momento dello spegnimento del Pegasus ma lo scramjet accelerò il velivolo in volo cabrato dopo la piccola diminuzione di velocità seguente la separazione.

La NASA fece volare una terza versione dell'X-43A il 16 novembre, 2004 raggiungendo la velocità di Mach 10 e testando ulteriormente la capacità del veicolo di dissipare le grandi quantità di calore generate.

[modifica] Sviluppi futuri

Sono stati programmati altri veicoli della serie X-43, ma al novembre 2004 i loro progetti risultano sospesi. Essi avrebbero dovuto avere la stessa struttura di base del X-43A, anche se l'aeromobile avrebbe dovuto essere moderatamente o significativamente più grande.

[modifica] X-43B

Il passo successivo, l'X-43B, sarebbe stato un veicolo di dimensioni normali, con incorporato un motore a turbina a ciclo combinato o un motore a razzo a ciclo combinato ISTAR. Le turbine jet o i razzi avrebbo portato inizialmente il veicolo ad una velocità supersonica. Un ramjet sarebbe forse entrato in azione a circa Mach 2,5. Se il veicolo avesse voluto proseguire il viaggio nello spazio, avrebbe potuto attivare i razzi al rarefarsi dell'atmosfera.

[modifica] X-43C

L'X-43C sarebbe stato un po più largo dell'X-43A e avrebbe dovuto testare l'utilizzo di un motore a combustibile di idrocarburi, possibilmente col motore HyTech. Mentre la maggior parte dei progetti di scramjet usano come carburante l'idrogeno, l'HyTech funziona con carburanti simili al kerosene, che sono più pratici per il supporto di veicoli operativi. La costruzione di un motore a dimensione reale è stata pianificata per utilizzare il combustibile stesso come refrigerante. Il sistema di raffreddamento del motore sarebbe sfruttato per rompere gli idrocarburi a catena lunga in indrocarburi a catena corta che bruciano più rapidamente.

Il progetto X-43C è stato sospeso a tempo indefinito nel marzo 2004. Il collegamento riporta la vicenda della sospensione del progetto fino a data da destinarsi.