Come saranno gli aerei passeggeri del futuro

Se i viaggiatori del tempo del 1968 si trovassero oggi all’aeroporto, vedrebbero molti cambiamenti che li sorprenderebbero. Ma gli aerei sembrerebbero sorprendentemente familiari. Nonostante i miglioramenti significativi nei materiali, nei motori e nell'avionica apportati nel 2017 l'anno più sicuro nella storia dell'aviazione, gli aerei commerciali rimangono strutturalmente simili a quelli degli anni '1960. Infatti, il Boeing 737, uno degli aerei di linea più venduti della storia nelle sue numerose versioni, prese il volo per la prima volta nel 1967.

Questo perché l’aviazione commerciale dà priorità alla sicurezza, favorendo soluzioni comprovate, e perché altri sviluppi – ad esempio nei materiali e nei motori – fanno sì che il design tradizionale sia ancora rilevante. Tuttavia, mentre l’industria cerca disperatamente modi per ridurre le emissioni di carbonio, si trova ad affrontare una sfida leggermente più seria rispetto ad altri settori, proprio perché le sue tecnologie chiave sono così difficili da abbandonare. Forse è il momento di provare qualcosa di nuovo. Quindi, come potrebbero essere i viaggi aerei tra 50 anni?

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Il futuro degli aerei passeggeri

Nel corso degli anni ci sono stati diversi tentativi di cambiare il paradigma della progettazione aeronautica. Gli anni '1970 promettevano un futuro di viaggi supersonici che non si concretizzò mai, ad eccezione dei voli limitati del Concorde. L'idea di un aereo ad "ala mista", simile al bombardiere stealth Northrop B-2, è stata pubblicizzata in alcune occasioni, ma finora senza molto successo.

Una combinazione di ragioni tecniche e finanziarie ha costretto l’industria aeronautica ad abbandonare queste proposte piuttosto strane e a concentrarsi su progetti più canonici che sono la norma oggi. I prossimi 50 anni continueranno il percorso lento e costante dell’ultimo mezzo secolo? Vedremo ancora una volta il rapido progresso tecnologico che caratterizzò l'aviazione tra la fine della Prima Guerra Mondiale e lo sbarco sulla Luna Apollo? Non fatevi ingannare dall'apparente mancanza di scoperte spettacolari. Alcuni grandi cambiamenti sono proprio dietro l’angolo.

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Aerei elettrici

È probabile che la maggior parte dei voli a corto raggio diventi elettrica entro i prossimi decenni, e questo cambierà il modo in cui concepiamo i viaggi aerei. Motori elettrici più piccoli consentirebbero una spinta distribuita simile a quella utilizzata nel prototipo X-57 della NASA. Livelli di rumore più bassi e costi operativi inferiori consentiranno agli aerei a propulsione elettrica di volare molto più vicini ai luoghi in cui le persone vivono e lavorano.

In effetti, diversi progetti di aerei elettrici all’avanguardia mirano non solo a sostituire il trasporto via terra tra le città, come intendono fare i concetti Zunum ed Eviation da 9 a 12 passeggeri, ma anche al loro interno. I taxi volanti diventeranno una realtà molto presto, ma resta da vedere se i concetti futuristici di Vahana e CityAirbus rappresenteranno davvero il futuro. In ogni caso i voli porta a porta non sono appannaggio esclusivo degli aerei elettrici.

Sebbene non sia un concetto nuovo, l’uso degli aeromobili ad ala rotante, cioè velivoli che possono passare da una configurazione a portanza verticale a una configurazione ad ala fissa, è stato finora in gran parte limitato alle forze armate statunitensi.

Tuttavia, il produttore italiano di elicotteri Leonardo sta attualmente preparando un modello civile per il lancio commerciale AW609, che, in caso di successo, potrebbe potenzialmente trasformare l'aviazione esecutiva e regionale. L'AW609 combina gli elementi di design sia degli aerei che degli elicotteri.

Molte aziende stanno sviluppando sistemi di propulsione elettrica per aerotaxi, aerei per pendolari e veicoli elettrici a decollo e atterraggio verticale (eVTOL), molti dei quali sono autonomi. Ad esempio, il produttore di motori elettrici MagniX sta lavorando con il fornitore di batterie H55 per convertire gli aerei dell’operatore di idrovolanti Harbour Air con sede a Vancouver in una flotta completamente elettrica. E la società israeliana Eviation ha sviluppato Alice, il primo aereo pendolare completamente elettrico al mondo con una tecnologia di batteria simile a quella di un cellulare e un'autonomia di volo di circa 800 km.

L’energia ibrida è un altro modo. Nel 2020, la Eel ibrida-elettrica della startup americana Ampaire ha completato un volo di prova di 550 km con un motore elettrico nella parte anteriore e un motore a combustione convenzionale nella parte posteriore. E poi c’è l’idrogeno, che ha un grande potenziale se può essere prodotto da fonti a basse emissioni di carbonio anziché da combustibili fossili. Airbus sta investendo molto nella tecnologia necessaria per alimentare gli aerei con idrogeno prodotto da fonti energetiche rinnovabili, sperando un giorno di utilizzarlo per alimentare jet giganti che percorrono lunghe distanze senza emissioni di CO2. Boeing sta anche testando i propri aerei alimentati a idrogeno.

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Alla ricerca della velocità

C’è un’area in cui l’aviazione commerciale sembra essere andata indietro, non in avanti. Un tempo era possibile volare supersonico attraverso l'Atlantico, ma oggi anche quelli con le tasche più profonde sono costretti ad accontentarsi di velocità subsoniche. Alcune startup stanno lavorando per risolvere questo problema.

Boom Supersonic, una startup i cui investitori includono l'incubatore della Silicon Valley Y Combinator e Japan Airlines, sta sviluppando un aereo commerciale che dovrebbe volare a Mach 2,2 e costare meno del Concorde.

L'Aerion AS2 è un altro progetto di aereo supersonico civile rivolto al mercato dei servizi esecutivi. Sebbene sia ancora in fase di sviluppo, vanta già un ordine da 2,4 miliardi di dollari da parte dell’operatore di jet frazionari Flexjet per 20 dei suoi aerei Mach 2 AS1,5. Ma anche queste velocità impallidiscono di fronte alle velocità ipersoniche previste da alcuni ambiziosi programmi di ricerca.

Spaceliner, un progetto guidato da DLR, l'Istituto tedesco di ricerca aerospaziale, viaggerà fino ai confini dello spazio per volare 25 volte più velocemente della velocità del suono. In questo modo sarebbe possibile volare, ad esempio, da Londra all’Australia in circa 90 minuti.

"Molto spesso nel settore aerospaziale la sfida non è tecnologica, ma finanziaria o operativa", afferma Rolf Henke, membro del comitato esecutivo per la ricerca aerospaziale presso DLR, l'Istituto tedesco di ricerca aerospaziale. "Di ali miste si parlava già negli anni '1920, e di voli ipersonici si parla dagli anni '1930, ma ci vuole qualcuno che sia disposto a correre il rischio e a investire ingenti somme di denaro."

Quanto è reale la rivoluzione degli aerei ipersonici? Arriveremo al punto in cui le ultime tecnologie coesisteranno?

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Il concetto di "ala mista"

Una delle proposte degli ingegneri è il "corpo alare misto", di cui ho già parlato più volte. Questa forma di aereo completamente nuova è simile al design ad "ala volante" utilizzato negli aerei militari come l'iconico Bombardiere B-2, ma l'ala mista ha un volume maggiore nella parte centrale. Sia Boeing che Airbus stanno lavorando all’idea, così come un terzo attore, JetZero con sede in California, che si è posto l’obiettivo ambizioso di mettere in servizio un aereo ad ala mista già nel 2030.

"Siamo molto seri riguardo al percorso verso zero emissioni nei grandi aerei e una cellula ad ala mista può fornire il 50% in meno di consumo di carburante ed emissioni", ha affermato Tom O'Leary, co-fondatore e CEO di JetZero. "È un enorme passo avanti rispetto a ciò a cui l'industria è abituata."

Essendo una sorta di ibrido tra un'ala volante e un tradizionale "tubo e ala", l'ala mista consente all'intero velivolo di generare portanza riducendo al minimo la resistenza. La NASA afferma che questa forma "contribuisce ad aumentare il risparmio di carburante e crea un'area di carico utile più ampia (merci o passeggeri) nella parte centrale della carrozzeria dell'aereo". L'agenzia lo ha testato su uno dei suoi aerei sperimentali, X-48. Durante circa 120 voli di prova tra il 2007 e il 2012, due velivoli telecomandati X-48 senza pilota hanno dimostrato la fattibilità del concetto.

Secondo O'Leary, c'è un grosso problema tecnico che trattiene i produttori. "È la pressione nella fusoliera non cilindrica", afferma, sottolineando il fatto che un aereo a forma di tubo è in grado di gestire meglio i cicli costanti di espansione e contrazione che si verificano durante ogni volo. "Se pensi al "tubo e all'ala", allora dividono il carico: il tubo sopporta il carico della pressione e le ali sopportano il carico della flessione. Ma l’ala mista essenzialmente li unisce. Solo ora possiamo farlo con materiali compositi che sono allo stesso tempo leggeri e resistenti." Questa forma radicalmente nuova si tradurrà in un interno dell'aereo che appare e si sente completamente diverso da quello degli attuali aerei a fusoliera larga. JetZero spera di avere i suoi aerei in servizio entro il 2030.

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Voli supersonici

Quasi una mezza dozzina di aziende stanno gareggiando per essere le prime a offrire al pubblico viaggi supersonici, un interesse interessante in un momento in cui gran parte degli investimenti e dell’innovazione nei trasporti si concentra sullo sviluppo di opzioni più pulite e rispettose del clima che utilizzano meno carburante o meno. tecnologie di propulsione alternative, come le batterie o l’idrogeno.

Boom Supersonic, con sede a Denver, prevede di far debuttare il suo aereo passeggeri supersonico chiamato Overture nel 2029. Si prevede che l'aereo possa ospitare tra i 64 e gli 80 passeggeri, secondo Blake Scholl, amministratore delegato della compagnia. Viaggerà a Mach 1,7, ovvero 1,7 volte la velocità del suono, più del doppio di quella di un aereo passeggeri convenzionale.

Gli analisti del settore affermano che il capitale di rischio e l’idea che gli aerei supersonici commerciali sembrino una buona idea hanno ampiamente contribuito al rilancio del progetto.

Le aziende affermano che la loro nuova generazione di aerei supersonici avrà un’impronta di carbonio inferiore, in gran parte perché saranno alimentati con carburante per aerei rispettoso dell’ambiente. Questo carburante è ottenuto da prodotti agricoli, tra cui soia e grassi animali. Ma i critici sostengono che la promessa ignora alcune realtà importanti. Ad esempio, non c’è abbastanza carburante ecologico per gli aerei che esistono oggi. E ciò che esiste è più costoso – secondo alcune stime da due a quattro volte più costoso dei combustibili fossili.

E qualunque sia il carburante, la realtà è che gli aerei supersonici ne utilizzeranno sempre di più. Secondo uno studio del Consiglio internazionale sui trasporti puliti, entro il 2022 gli aerei supersonici potrebbero utilizzare da sette a nove volte più carburante rispetto agli aerei commerciali convenzionali trasportando meno passeggeri. Ma la NASA afferma che i viaggi supersonici, almeno inizialmente, rappresenteranno una frazione molto piccola delle emissioni totali di CO2 e una frazione molto piccola dell’aviazione commerciale. Tuttavia, con le compagnie aeree che si impegnano a raggiungere zero emissioni di carbonio entro il 2050, alcuni sostengono che sia difficile capire come gli aerei supersonici si inseriscano in questo quadro.

Gli analisti, tuttavia, hanno i loro dubbi, vista la difficoltà per le compagnie aeree commerciali di restare a galla. Gli aerei supersonici trasporteranno meno passeggeri e utilizzeranno più carburante. Se questo carburante è un carburante per aerei ecologico, i costi aumenteranno ancora di più.

Hermeus, con sede ad Atlanta, è solo una delle aziende che esplorano la possibilità di costruire un aereo passeggeri commerciale ipersonico ancora più veloce. Mentre gli aerei supersonici viaggiano più velocemente della velocità del suono, gli aerei ipersonici viaggiano a cinque o più volte quella velocità.

Il jet Halcyon della compagnia viaggerà a Mach 5 – ovvero cinque volte la velocità del suono. Ma l’azienda è aperta riguardo alle sfide tecnologiche che dovrà affrontare nello sviluppo di un aereo così veloce. Oggi, secondo il suo portavoce, le possibilità di far volare l'Halcyon sono inferiori al 50%, ma si prevede che tali probabilità miglioreranno nel tempo.

Ma anche allora, Hermeus – e tutte le startup – dovranno convincere il pubblico a credere nel loro progetto e ad affrontare le crescenti preoccupazioni sull’impatto ambientale dei viaggi aerei. Questo può essere un compito difficile.

Ottimismo ed entusiasmo circondano la rinascita dei viaggi supersonici e la tecnologia continua ad avanzare. Il volo supersonico apre infinite opportunità di ricerca e innovazione, inaugurando una nuova era dei viaggi aerei.

Visnovki

Quindi, anche se forse dovremo aspettare ancora un po’ per far volare gli aerei futuristici di domani, possiamo comunque concentrarci sui materiali e sui processi che rendono possibili gli aerei decarbonizzati di oggi. Allacciate le cinture di sicurezza, il viaggio è appena iniziato.

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