Come la Tecnologia del Volo Ipersonico Sta Passando dal Laboratorio al Cielo

Immagina di poter volare da una parte del mondo all’altra in un’ora, invece di impiegare un’intera giornata. Non è emozionante? 

Anche se può sembrare un desiderio irrealizzabile, è quasi diventato possibile in un futuro non troppo lontano, poiché un nuovo studio avvicina ulteriormente i voli ipersonici alla realtà.

Pubblicato su Nature Communications, lo studio dettaglia una una scoperta rivoluzionaria nella comprensione della turbolenza ipersonica¹ che potrebbe trasformare i viaggi a lunga distanza. 

Quando si tratta di voli ipersonici, la progettazione dell’aeromobile è fondamentale per il suo successo. Per progettare un veicolo ad alta velocità, è importante prevedere con precisione la resistenza aerodinamica e il trasferimento di calore, il che richiede una comprensione fisica della turbolenza a queste velocità estreme.

Per acquisire tale comprensione, ricercatori della privata università di ricerca Stevens Institute of Technology hanno condotto esperimenti laser a base di kripton, suggerendo che la turbolenza a velocità ipersoniche si comporta più come un flusso d’aria più lento di quanto ci si aspettasse. 

Con i risultati che mostrano che la turbolenza a velocità estreme potrebbe non differire molto da quella a velocità inferiori, questo potrebbe semplificare e snellire la progettazione dei veicoli ipersonici e accelerare i progressi verso la realizzazione di viaggi ultra‑rapidi.

E se dovesse superare il regno della fantascienza per diventare realtà, i voli ipersonici potrebbero cambiare completamente i viaggi globali. Le rotte a lunga distanza che attualmente richiedono 10‑20 ore di volo possono trasformarsi in brevi tragitti che potrebbero durare solo un’ora. 

“Riduce davvero il pianeta,” ha detto il co‑autore dello studio Nicholaus Parziale del Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Stevens Institute of Technology, Hoboken, NJ, USA. “Renderà i viaggi più veloci, più facili e più piacevoli.”

L’obiettivo della ricerca di Parziale è rendere reale il volo ipersonico. Ciò significa un volo attraverso l’atmosfera al di sotto di circa 56 miglia (circa 90 km) a una velocità superiore a cinque volte quella del suono, che è indicata come Mach 5.

Mach 1 è semplicemente la velocità del suono, cioè 761 miglia all’ora. I ricercatori stanno cercando di far volare gli aerei fino a Mach 10 per ridurre drasticamente i tempi, ma naturalmente, a velocità così elevate, l’aria non si comporta intorno all’aeromobile come a velocità basse.

Scientificamente, a velocità basse, sotto 1 Mach, c’è un flusso incomprimibile. Ciò significa che la densità dell’aria rimane quasi costante, e la progettazione dell’aeromobile è semplice.

Ma questo cambia a velocità più elevate, dove si verifica un flusso comprimibile, perché il gas può comprimersi. Ciò che questo significa è che, a causa delle variazioni di pressione e temperatura, la densità dell’aria cambia significativamente, e quella compressione influisce sul modo in cui un aeromobile vola.

“La comprimibilità influisce sul modo in cui il flusso d’aria avvolge il corpo, e questo può modificare elementi come portanza, resistenza e spinta necessari per decollare o rimanere in volo,” tutti fattori chiave per la progettazione dell’aeromobile.

A velocità “basse Mach”, gli ingegneri hanno una buona comprensione di come questo flusso d’aria funzioni e influisca sugli aerei. Ma non altrettanto a velocità Mach più elevate.

Esiste però l’ipotesi di Morkovin. L’ipotesi è fondamentale per la nostra comprensione della turbolenza comprimibile supersonica e ipersonica. Secondo l’ipotesi, “possiamo aspettarci con fiducia che la dinamica essenziale di questi flussi di taglio supersonici seguirà lo schema incomprimibile.”

Formulata più di mezzo secolo fa da Mark Morkovin, l’ipotesi suggerisce che a Mach 5 o 6 il comportamento della turbolenza non sia molto diverso da quello a velocità inferiori. Sebbene la densità dell’aria e la temperatura cambino di più nei flussi più veloci, l’ipotesi afferma che il movimento di base “irregolare” della turbolenza rimane per lo più lo stesso. 

“In pratica, l’ipotesi di Morkovin significa che il modo in cui l’aria turbolenta si muove a velocità basse e alte non è così diverso. Se l’ipotesi è corretta, significa che non abbiamo bisogno di un nuovo approccio per comprendere la turbolenza a queste velocità più elevate. Possiamo usare gli stessi concetti che usiamo per i flussi più lenti.” 

– Parziale

Questo significa anche che non è necessario adottare approcci di progettazione significativamente diversi, semplificando così gli aerei ipersonici.

Finora, però, non c’è stata una prova sperimentale sufficiente a supportare l’ipotesi. Perciò, Parziale e il suo team hanno accettato la sfida e hanno trascorso più di un decennio a costruire l’impianto per lo stesso scopo.

Nel loro studio intitolato “Hypersonic Turbulent Quantities in Support of Morkovin’s Hypothesis”, il team ha utilizzato il kripton, un gas nobile incolore, insapore, inodore e il più leggero, presente solo in tracce nell’atmosfera.

Utilizzando laser, il team di Parziale ha prima ionizzato il kripton. Il gas è stato introdotto nel flusso d’aria all’interno di un tunnel del vento, facendo temporaneamente sì che i suoi atomi formassero una linea luminosa. Sebbene inizialmente dritta, la linea fluorescente di kripton si è piegata e attorcigliata mentre si muoveva attraverso l’aria del tunnel. Il team ha usato telecamere ultra‑alta risoluzione per catturare il suo movimento.

“Mentre quella linea si muove con il gas, si possono vedere increspature e strutture nel flusso, e da ciò possiamo apprendere molto sulla turbolenza,” ha detto Parziale. “E quello che abbiamo scoperto è che a Mach 6, il comportamento della turbolenza è abbastanza vicino al flusso incomprimibile.”

Secondo lo studio, i loro dati sperimentali supportano l’ipotesi di Morkovin, fondamentale per la nostra comprensione della turbolenza comprimibile ipersonica e supersonica.

Sebbene l’ipotesi di Morkovin non sia ancora pienamente confermata, è un risultato importante. Suggerendo che gli aerei non necessitino di un approccio di progettazione completamente nuovo per volare a velocità ipersoniche, semplifica le cose e ci avvicina di un passo significativo al volo ipersonico.

“Oggi dobbiamo usare i computer per progettare un aereo, e le risorse computazionali necessarie per progettare un velivolo che voli a Mach 6, simulando tutti i piccoli dettagli, sarebbero impossibili,” ha affermato Parziale. “L’ipotesi di Morkovin ci consente di fare assunzioni semplificative così che le richieste computazionali per progettare veicoli ipersonici diventino più gestibili.”

Secondo Parziale, che ha ricevuto il Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers per la sua ricerca sulla meccanica dei fluidi che influisce sul volo ad alta velocità, i risultati dello studio possono aiutare a trasformare il trasporto spaziale. Ha dichiarato:

“Se possiamo costruire aerei che volano a velocità ipersonica, possiamo anche farli volare nello spazio, invece di lanciare razzi, il che renderebbe più facile il trasporto da e verso l’orbita terrestre bassa. Sarà un punto di svolta per il trasporto non solo sulla Terra, ma anche in orbita bassa.”

La Corsa per Sbloccare il Volo Ipersonico, Mobilità & Difesa

Sebbene il volo ipersonico non sia ancora una realtà, il primo jet passeggeri supersonico effettuò il suo primo volo commerciale nel 1976. Concorde, uno sforzo congiunto tra Regno Unito e Francia, era l’aeroplano commerciale supersonico che poteva volare più veloce della velocità del suono. Era noto per il suo lusso e la sua velocità, operando su rotte transatlantiche e dimezzando i tempi di volo. 

Ma dopo 50.000 voli, fu ritirato nel 2003 a seguito di un incidente mortale, bassi numeri di passeggeri e costi di manutenzione elevati. Questo primo capitolo dell’aviazione ad alta velocità ha mostrato sia il potenziale sia le limitazioni per gli sforzi futuri.

Sebbene Concorde fallì, ha dimostrato che era possibile attraversare l’Atlantico in poche ore, e ora le organizzazioni si concentrano su migliorare l’efficienza del carburante e progettare aeromobili che possano raggiungere velocità elevate. Una nuova generazione di jet sta anche lavorando per mantenere la promessa del volo ipersonico.

Mentre gli aerei commerciali non hanno ancora raggiunto velocità estreme, gli aerei militari volano già a circa tre volte la velocità del suono, cioè Mach 3. Nel frattempo, molti voli ipersonici sono stati testati, a velocità molto più alte di Mach 5 o anche Mach 10.

Questi traguardi risalgono ai primi oggetti capaci di movimento ipersonico. Il primo costruito per il volo ipersonico fu il razzo Bumper, che, nel 1949, raggiunse una velocità di circa Mach 6. Tuttavia non sopravvisse al rientro.

Per sostenere e controllare tali velocità negli aeromobili, furono necessarie nuove soluzioni di propulsione.

Una tecnologia chiave per il volo ipersonico è stata lo scramjet. Un supersonic combustion ramjet, o scramjet, è una variante di un motore a razzo aeree a combustione supersonica, che esegue la combustione in un flusso d’aria supersonico, rendendolo più efficiente per il volo ipersonico rispetto a un ramjet tradizionale.

Un tipo avanzato di motore a razzo aereo, lo scramjet opera a Mach 5 e oltre. Non ha parti in movimento e utilizza il movimento in avanti dell’aeromobile per comprimere l’aria per la combustione.  

Prima degli scramjet, i ramjet offrivano il percorso più efficiente da Mach 3 a Mach 5, fungendo da stadio inferiore di molti sistemi ipersonici. Tra ramjet e scramjet ci sono i ramjet a doppia modalità che consentono il volo da Mach 3 a Mach 8 in un unico motore.

Poi ci sono i motori a ciclo combinato basato su turbina (TBCC), che sono un ibrido di un tradizionale turbojet e un ramjet/scramjet. Mentre i turbojet possono operare fino a circa Mach 2‑3, per velocità più elevate passano alla modalità ramjet/scramjet.

Altri tipi di motori includono i motori air‑turbo‑rocket (ATR) che usano ossigeno atmosferico per bruciare il carburante, i motori a detonazione rotante (RDE) che impiegano un’onda di detonazione rotante continua per la combustione, e i motori a ciclo combinato di Reaction Engines (SABRE), che sono un ibrido aereo‑razzo con un precooler che raffredda l’aria ipersonica in ingresso a temperatura ambiente.
Scorri per scorrere →

Queste innovazioni hanno spianato la strada a concetti commerciali ambiziosi. Ad esempio, l’A‑HyM Hypersonic Air Master prevede un aereo commerciale che operi a Mach 7.3. Questo concetto futuristico di jet è progettato per un aereo di linea commerciale che consentirebbe un viaggio da Londra a Los Angeles in soli 90 minuti. Si stima una capacità di circa 170 passeggeri.

Il suo sistema di propulsione combinerebbe un motore a detonazione obliqua (ODE), un ramjet e un turbojet in una configurazione a ciclo combinato. Inoltre, sarebbe alimentato da un motore a idrogeno. Inoltre, A‑HyM avrebbe una struttura in titanio e fibra di carbonio e, per affrontare le preoccupazioni sul rumore, incorporerà un Sistema di Mitigazione del Boom Sonico.

Un boom sonico è un rumore fragoroso causato da un oggetto che viaggia più veloce della velocità del suono. Non è solo un singolo “boom” ma piuttosto un suono continuo emesso finché l’oggetto vola a velocità supersonica. 

Poi c’è il concetto di spaceplane ipersonico riutilizzabile chiamato Stargazer, proposto da Venus Aerospace, che punta a velocità intorno a Mach 9, una distanza dell’ordine di 5.000 miglia e altitudini di crociera ben oltre i 100.000 piedi—posizionandolo come una piattaforma ultra‑rapida per i viaggi globali.

Recentemente, Lockheed Martin (LMT ) Ventures ha acquisito una partecipazione strategica nella startup di propulsione a razzo in mezzo a una crescente competizione per accelerare lo sviluppo di missili ipersonici.

Venus Aerospace ha sviluppato un sistema di propulsione, un motore a razzo a detonazione rotante (RDRE), che utilizza un’onda di detonazione rotante continua per generare spinta e ha completato il test di volo di un RDRE da 2.000 libbre di spinta all’inizio di quest’anno. Il finanziamento non divulgato aiuterà l’azienda a far progredire le sue “capacità di consegna su scala e di impiego del motore”.

Quindi, le aziende aerospaziali private stanno accelerando verso piattaforme ipersoniche riutilizzabili, ma non sono sole; le agenzie governative di tutto il mondo stanno anche investendo nella ricerca ipersonica avanzata.

Gli ingegneri della NASA stanno collaborando con l’Air Force Research Laboratory (AFRL) e con l’Australian Defence Science and Technology Organisation (DSTO) su un Programma di Ricerca Internazionale sul Volo Ipersonico (HIFiRE) che testerebbe un ramjet/scramjet a doppia modalità per una velocità target di Mach 8. 

Il governo australiano ha recentemente impegnato un investimento di 10 milioni di dollari in capitale nella società aerospaziale locale Hypersonix Launch Systems (HLS), che sta sviluppando un aeromobile che volerebbe a oltre Mach 12 e sarà alimentato da carburante a idrogeno. Il loro motore scramjet proprietario si chiama “SPARTAN,” ed è riutilizzabile e stampato in 3D.

Il mese scorso, GE Aerospace (GE ) ha testato in volo ATLAS, un dimostratore alimentato dal nuovo ramjet a combustibile solido dell’azienda, nell’ambito del programma Title III del Defense Production Act del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti.

L’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha anche lanciato un programma di ricerca chiamato INVICTUS per sviluppare le proprie tecnologie di volo ipersonico. Dimostrerà tecnologie chiave per il volo ipersonico sostenuto e sarà un veicolo completamente riutilizzabile capace di volare a Mach 5.

Investire nella Tecnologia del Volo Ipersonico

Lockheed Martin Corporation è una società aerospaziale e di sicurezza che progetta, produce, integra e supporta sistemi tecnologici avanzati. Opera attraverso:

• Aeronautics
• Missiles and Fire Control (MFC)
• Rotary and Mission Systems (RMS)
• Space segments

L’azienda si occupa principalmente dello sviluppo di velivoli militari, sistemi di difesa missilistica aerea, marittima e terrestre, elicotteri militari e commerciali, veicoli terrestri senza pilota, satelliti, sistemi di trasporto spaziale e soluzioni di gestione energetica.

In partnership with NASA, Lockheed Martin has developed X-59 to specifically address the problem of sonic boom.

Featuring an elongated fuselage, X-59’s design aims to redistribute the shock wave when breaking the sound barrier. It has reduced the perceived noise on the ground to about 75 decibels, only creating a sonic “thump”, which is “about as loud as a car door closing.”

Late last month, X-59 flew for the very first time, from its Skunk Works’ Palmdale facility to NASA’s Armstrong Flight Research Center, which Lockheed Martin describes as a “momentum” that proves that “the future of flight can be faster and quieter than ever before.”

It is less than 100 feet long, has a wingspan of about 30 feet, and stands about 14 feet tall. It cruises at around 55,000 feet and can reach Mach 1.4 speeds of 925mph.

“The X-59 will be used to collect community response data on the acceptability of a quiet sonic boom generated by the unique design of the aircraft. The data will help NASA provide regulators with the information needed to establish an acceptable commercial supersonic noise standard to lift the ban on commercial supersonic travel over land,” says the company. “This breakthrough would open the door to an entirely new global market for aircraft manufacturers, enabling passengers to travel anywhere in the world in half the time it takes today.“

Not only has it developed the X-59 with NASA, but it is also working on the SR-72, with an operational target of about Mach 6. While not much is known about this conceptual successor to the SR-71 Blackbird, SR-72 is intended for intelligence, surveillance, and reconnaissance and is commonly referred to as “Son of Blackbird.”

This one is positioned as a hypersonic aircraft that could enter service in the 2030s.

With a market cap of $109 billion, Lockheed Martin shares are currently trading at $470.78, with its 52-week range being $410.11 and $546.00. It has an EPS (TTM) of 17.95 and a P/E (TTM) of 26.22.

Lockheed pays a dividend yield of 2.93%. Early last month, it authorized a fourth-quarter dividend payment of $3.45 per share, a 5% increase over the prior quarterly dividend payment. The company also returned $1.8 billion of cash to its shareholders in Q3 2024 through dividends and share repurchases, which were increased by $2 bln to a total of $9 billion.

During this period, it recorded sales of $18.6 billion and net earnings of $1.6 billion, or $6.95 per share. Its cash from operations was $3.7 billion, while free cash flow was $3.3 billion. 

Lockheed also reported a record backlog of $179 billion, which CEO Jim Taiclet said, “underscores the trust our customers place in us and underpins our company’s long‑term growth prospects.” He also noted that as a result of “unprecedented demand, we are increasing production capacity significantly across a wide range of our lines of business.”

Ultime Notizie sulle Azioni di Lockheed Martin Corporation (LMT)

Conclusione

Il volo ipersonico non è più una frontiera distante ma una sfida ingegneristica testabile, che si sta avvicinando a diventare una realtà grazie a scoperte nei sistemi di propulsione, investimenti globali in veicoli ad alta velocità riutilizzabili e nuovi esperimenti che convalidano ipotesi di decenni.

Riferimenti

1. Segall, B. A., Keenoy, T. C., Kokinakos, J. C., Langhorn, J. D., Hameed, A., Shekhtman, D., & Parziale, N. J. “Quantità turbolenti ipersoniche a supporto dell’ipotesi di Morkovin.” Nature Communications 16, Articolo 9584 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65398-4