Il Dr. David Richwine, ingegnere meccanico della NASA, risponde alle nostre domande

DiFabio Meneghella

Feb 11, 2022

Abbiamo incontrato il Dr David Richwine, ingegnere meccanico della NASA, Vice Project Manager per la Tecnologia nel progetto “Low-Boom Flight Demonstrator (LBFD)”, il quale dimostrerà che è possibile ridurre il “boom sonico” (il boato che si avverte quando un aereo supera la velocità del suono).

La “LBFD” è responsabile della gestione e della costruzione del velivolo supersonico sperimentale “X-59 Quiet Supersonic Technology (QueSST)” della NASA e costruito dalla Lockheed Martin.

Il Dr David Richwine ha lavorato per 35 anni presso la “NASA’s Langley Research Center” e la “NASA’s Armstrong Flight Research Center”.


Dal 2003 sono stati sospesi in tutto il mondo gli aerei supersonici, soprattutto per gli enormi rumori dei motori, i quali creavano problemi agli abitanti per i forti boom sonici. Come avete risolto questo problema? Soprattutto per la fase del decollo.

Il rumore scaturito durante il decollo è una sfida importante per tutti gli aeromobili, soprattutto per mantenere i livelli di rumorosità accettabili, e non creare problemi alle comunità dislocate intorno agli aeroporti. Questo è ancora più impegnativo per i velivoli supersonici e fa parte anche del portafoglio di ricerca a lungo termine della NASA, per le operazioni inerenti agli “aeromobili sostenibili”. I famosi “boom sonici” creati dagli aerei supersonici (una specie di boato), noti per disturbare le persone sulla Terra, sono generati quando un aeromobile supera la velocità del suono, cioè circa 343 metri al secondo. Tutti i progetti di aeromobili supersonici realizzati fino ad oggi, compresi tutti gli aerei militari e il Concorde, ormai in pensione, creano una serie di onde d’urto nell’aria quando volano più velocemente del suono. Queste onde d’urto sono generate da parti dell’aeromobile, compreso il naso, il cupolino, l’ala, la coda e l’ingresso del motore. Una volta create, le onde d’urto viaggiano verso l’esterno in tutte le direzioni dell’aereo e poi si fondono insieme, perché hanno diversi punti di forza, e quindi si muovono a velocità leggermente diverse. Questi risultati generano due distinte onde d’urto, che sentiamo a terra come un “boom-boom“, cioè un boom sonico (un boato, quando passa un aereo supersonico sopra di noi). La NASA e i suoi partner del settore hanno strumenti di progettazione e tecnologie, con anni di esperienza alle spalle, che consentono di progettare un aeromobile con una forma diversa, alterando il comportamento delle onde supersoniche. Le onde d’urto generate dal nostro aereo supersonico, anziché giungere a terra “insieme”, ed essere ascoltate dalle persone come un forte “boom-boom”, non si fondono, e quindi non si propagano “insieme”; e non solo, man mano che si avvicinano a terra si indeboliscono rapidamente. Il risultato, all’udito delle persone, è più simile ad un morbido tonfo.

Un altro grande problema era l’aerodinamica. Qual è la differenza tra i precedenti aerei supersonici, e il “X-59” della NASA e Lockheed Martin, per quanto riguarda l’aerodinamica?

Ho affrontato il tema dell’aerodinamica nella domanda precedente, ma posso andare più nel dettaglio. La maggior parte degli aeromobili supersonici tendono ad avere nasi leggermente più lunghi e ali altamente “a freccia” per ottimizzare le prestazioni di resistenza dell’aeromobile. Questo è stato considerato nel design del “X-59”; l’obiettivo principale del nostro team era di ottimizzare l’aeromobile X-59 per ridurre il boom sonico a un morbido tonfo più tranquillo. Di conseguenza, diverse caratteristiche uniche del “X-59” includono un naso più lungo del solito, il cupolino più basso e un ingresso del motore montato in alto. Tutte queste caratteristiche aiutano a facilitare un design “Sonic-Thump” che è ottimizzato per volare sulle comunità.

Il nuovo aereo X-59 della NASA potrebbe portare il mondo in una nuova Era di viaggi commerciali. Ad esempio Los Angeles – New York sarà percorsa in 2,5 ore, anziché 5 ore. Questi voli avverranno solo negli Stati Uniti, oppure anche in tutto il mondo sarà eliminato il divieto di far volare gli aerei supersonici?

La NASA ha portato avanti, per molti anni, gli studi sul “disturbo del rumore” del boom sonico, e ritiene fermamente che i dati siano appropriati e pienamente rappresentativi per stabilire nuove regole relative al volo supersonico. I dati disponibili, da studi più vecchi, non riflettono cambiamenti significativi nella percezione pubblica, per quanto riguarda il disturbo del rumore. L’Organizzazione internazionale dell’aviazione civile (ICAO), la Commissione per la Protezione Aviazione (CAEP), l’Amministrazione per l’aviazione federale (FAA) e la NASA concordano sul fatto che sono necessari nuovi dati, per capire qual è oggi la percezione pubblica sul disturbo del rumore: è necessario creare dei limiti per il futuro “Standard di volo terrestre supersonico”. La NASA intende pienamente fornire dei dati su questo sforzo all’ICAO / CAEP, al fine di consentire a TUTTE le rotte di viaggio intercontinentali, di usufruire dello stesso “Standard di volo terrestre supersonico”.

L’aereo X-59 QueSST in costruzione presso lo stabilimento della Lockheed Martin. Credit: Lockheed Martin

Quando si viaggia alla velocità del suono, le molecole d’aria non riescono ad allontanarsi velocemente, quindi si uniscono e formano un’onda d’urto, fastidiosa per le persone sulla Terra. Sul nuovo aereo X-59 è sempre presente l’onda d’urto? Le molecole d’aria si allontanano più velocemente, per non formare l’onda d’urto?

Ho affrontato questa domanda nella prima risposta, ma entrerò più nel dettaglio. Come tu stesso hai indicato, un aereo supersonico, quando viaggia più veloce della velocità del suono, provoca un’onda d’urto, la quale crea un boom sonico, per gli osservatori a terra. L’X-59 è progettato in modo tale da generare onde d’urto più piccole, le quali hanno forza e velocità simile; in questo modo, proprio per le innovative caratteristiche dell’aereo, non si generano onde d’urto più grandi, che causerebbero il fastidioso “boom sonico” ascoltato dalle persone a terra.

Quali saranno i vostri programmi per il 2022 e il 2024? Il primo volo sarà effettuato nel 2024?

L’X-59 ha finito il test dei “carichi strutturali” e continuerà vari “checkouts” e test di sistema per i prossimi mesi. Il primo volo del X-59 è attualmente previsto per la fine del 2022, e sarà seguito da voli che dimostreranno le prestazioni e la sicurezza dell’aeromobile. La NASA prevede quindi di eseguire una serie di voli di “convalida acustica”, seguiti dai primi test di volo sopra i centri abitati degli Stati Uniti nel 2024. Durante i test di volo sopra i centri abitati, la NASA cercherà di capire se il livello del rumore (il boom sonico) è accettabile, per l’udito delle persone.

Dato che l’aereo X-59 deve necessariamente avere un muso molto lungo e magro, per l’aerodinamica, come faranno i piloti a pilotare correttamente l’aereo?

Come precedentemente citato, alcune delle caratteristiche uniche del “X-59” sono un naso più lungo e un cupolino più basso, i quali forniscono una sfida di visibilità per il pilota (in pratica, sarà una sfida avere una buona visibilità per il pilota). Come probabilmente ricordi, il Concorde aveva un naso abbassato per fornire una sufficiente visibilità ai piloti durante l’atterraggio. La NASA utilizzerà la sua tecnologia di visione esterna (eXternal Vision System, XVS) per garantire una navigazione in sicurezza all’aeromobile, attraverso lo spazio aereo nazionale. XVS consente ai piloti di volare in sicurezza su un sito di atterraggio, avvertirli di altri aeromobili vicino al loro percorso di volo e fornire ulteriori aiuti visivi per gli approcci aeroportuali, atterraggi e decolli. XVS utilizza una combinazione di sensori, calcolo e tecnologie per il display utili a fornire un livello di sicurezza e prestazioni come previsto dalle regole standard degli aeromobili. Puoi vedere un esempio di XVS QUI.

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L’aereo supersonico aumenterà la velocità della nostra vita, accorciando il tempo dei viaggi. Tanto tempo fa un breve tratto lo si percorreva in settimane di viaggio; oggi in alcune ore; in futuro in pochissime ore. Quale potrebbe essere il passo successivo della specie umana? Come sarà viaggiare fra 50 anni, oppure fra 100 anni?

Dato il rapido sviluppo delle tecnologie, sospetto che il futuro viaggio nei prossimi 100 anni sarà molto diverso da oggi – sia per viaggi fisici che virtuali o ambienti ibridi che combinano entrambi. I viaggi commerciali più vicini, supersonici e possibilmente ipersonici, saranno disponibili per la persona media. Sospetto che il viaggio “virtuale” diventerà comune. I maggiori cambiamenti si verificheranno nella mobilità fisica, con le persone che viaggeranno da punto a punto nell’aria e sulla terra. L’aeronautica della NASA mantiene un piano di implementazione strategica, che affronta molti degli scenari previsti, e aggiorna periodicamente questo piano per riflettere le tendenze e le tecnologie emergenti.

Intervista a cura di Fabio Meneghella

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