Il piano di Hermeus per costruire un aereo passeggeri in grado di viaggiare a Mach 5 – cinque volte la velocità del suono – è audace, ma ha ottenuto il sostegno del Pentagono.
All’inizio di agosto, uno scheletro curvo di alluminio lungo circa 12 metri aspettava nella fabbrica di Hermeus ad Atlanta. Era il prototipo di un drone chiamato Quarterhorse. Non volerà mai. Invece, a breve sosterrà test di terra. L’amministratore delegato di Hermeus, AJ Piplica, e gli altri co-fondatori sono convinti che sia il primo passo di una lunga strada verso un audace obiettivo: costruire un aereo in grado di trasportare 20 passeggeri e viaggiare a velocità ipersonica, pari a cinque volte quella del suono, ovvero circa 6.100 chilometri all’ora.
In pratica, da New York a Parigi in 90 minuti. Un netto miglioramento rispetto alle sette ore e mezza di un volo di linea di oggi.
Sfide oltre la velocità del suono
Sono passati 20 anni dall’ultimo volo del Concorde, aereo supersonico rivoluzionario, ma perdeva parecchi soldi. Finora, nessuna delle startup che hanno cercato di riportare in vita i viaggi supersonici è decollata. Piplica, 35 anni, riconosce che Hermeus sta affrontando sfide tecniche ancora più difficili nella costruzione di un aereo di linea in grado di volare per lunghi periodi di tempo, nel caldo intenso e nelle strane dinamiche che si creano man mano che si va al di là della velocità del suono. Ma dice che non è questo il problema più grande. “Le sfide davvero difficili, in realtà, sono quelle aziendali. Non raccoglierai miliardi di dollari solo per sviluppare un aereo passeggeri”.
La soluzione, secondo Piplica, è mettere alla prova la tecnologia – in gran parte a spese del Pentagono – per sviluppare droni ipersonici più piccoli, approfittando dell’urgenza di Washington di raggiungere Russia e Cina sul fronte dei missili ipersonici manovrabili. Il Quarterhorse è destinato a essere un banco di prova riutilizzabile per sottoporre materiali e attrezzature alle condizioni di alta velocità. Hermeus ha vinto un contratto da 30 milioni di dollari con l’aeronautica americana che servirà alla costruzione e al volo di tre versioni del velivolo. Il primo volo è previsto per il 2024 e Piplica si aspetta che il costo totale di sviluppo sarà inferiore ai 100 milioni di dollari.
Il piano di Hermeus
Si prevede anche un secondo drone più grande, Darkhorse, che Hermeus spera di iniziare a testare in volo nel 2026. Sarà utilizzato come veicolo di prova, nonché per la sorveglianza e l’attacco a lungo raggio.
Piplica dice che se tutto questo funzionerà, quando Hermeus arriverà a costruire Halcyon, il suo aereo di linea, avrà costruito da sei a dieci prototipi di Quarterhouse e Darkhorse e avrà trovato soluzioni a molte delle incognite tecniche del volo ad alta velocità. Dopo tutto, dice, gli esseri umani hanno un’esperienza di soli 30 minuti a velocità superiori a Mach 4 – quattro volte la velocità del suono – con i cosiddetti velivoli a respirazione aerea, che usano l’ossigeno circostante per la combustione del carburante invece di portarlo a bordo come i razzi, lasciando meno spazio per il carico utile (come i passeggeri).
Piplica prevede che, quando i test saranno terminati, avrà una flotta di droni ipersonici in grado di incassare ricavi considerevoli per svolgere missioni per il dipartimento della Difesa. A quel punto, Hermeus “avrà costruito una base finanziaria abbastanza solida da investire nella transizione ad Halcyon senza bisogno di una quantità mostruosa di capitale privato”.
Sulla base di questo piano, Hermeus ha raccolto 119 milioni di dollari con un round di serie B completato nel marzo 2022, con una valutazione di 400 milioni di dollari. Gli ambiziosi obiettivi hanno fatto guadagnare all’azienda un posto nella lista 2023 delle prossime startup da un miliardo di dollari di Forbes, composta dalle 25 società sostenute da venture capital con le maggiori probabilità di raggiungere una valutazione di 1 miliardo di dollari.
Stranezze scientifiche
L’obiettivo di Hermeus di avere aerei di linea in servizio entro la metà del prossimo decennio è incredibilmente difficile da raggiungere, dicono gli esperti a Forbes. La sfida non è raggiungere velocità ipersoniche: i missili e i veicoli spaziali lo fanno regolarmente. La difficoltà sta nel costruire qualcosa che possa sostenere quelle velocità e sollecitazioni ed essere riutilizzabile, afferma Luca Maddalena, ricercatore nel campo dell’ipersonica all’Università del Texas, ad Arlington.
L’attrito con l’aria crea sempre più calore man mano che l’aereo accelera. Per adattarsi, l’aereo spia SR-71 Blackbird, che stabilì il record per la velocità più alta raggiunta da un aereo a respirazione d’aria con equipaggio (Mach 3,3, nel 1976), aveva sezioni alari in lega di titanio ondulate per consentire loro di espandersi quando la pelle si riscaldava. Perdeva carburante sulla pista, perché i serbatoi si sigillavano solo quando il metallo si gonfiava durante il volo.
Supersonico e ipersonico
Un aereo diventa supersonico quando supera la velocità del suono, o Mach 1, ma non esiste una velocità specifica alla quale inizia il territorio ipersonico. È definito dalle sue peculiari dinamiche. Quando la velocità aumenta oltre Mach 5, il calore inizia a provocare reazioni chimiche nell’aria attorno al veicolo. L’ossigeno e l’azoto si dividono in singoli atomi e possono reagire con il rivestimento dell’aereo.
L’aereo non vola più nell’aria che lo circondava sulla pista. “È una zuppa di gas diversi”, spiega Maddalena, “e molto probabilmente è diversa in ogni punto del veicolo”, a causa delle variazioni di temperatura e pressione. A velocità più elevate, parte del gas può trasformarsi in plasma. Per prevedere le prestazioni di un aereo è necessario combinare la chimica e la meccanica quantistica con l’aerodinamica. Gli scienziati hanno ancora molto lavoro da fare.
Un requisito fondamentale per rendere sostenibile un aereo di linea ipersonico è la resistenza. “Non può avere una vita che è la metà di quella di un veicolo subsonico attuale”, afferma Mary Jo Long-Davis, capo del progetto Hypersonic Technology della Nasa. “Il modello di business non starebbe in piedi”.
Piplica ammette che non c’è modo di prevedere quale sarà l’aspettativa di vita dell’Halcyon o quale sarà il programma di manutenzione. “I dati non esistono”, dice. Hermeus mira a ottenere le informazioni tramite Quarterhorse e Darkhorse, e potrebbe avere una possibilità per via del desiderio del governo degli Stati Uniti di sviluppare armi ipersoniche.
Le mosse del Pentagono
Per l’anno fiscale 2023, il Congresso ha assegnato al Pentagono 5,8 miliardi di dollari per circa 70 programmi ipersonici, contro il mezzo miliardo scarso del 2016. Ma i progressi sono stati lenti. In parte a causa di un numero insufficiente di gallerie del vento in grado di simulare condizioni ipersoniche, in parte per il basso ritmo delle prove di volo. Molti programmi riescono a realizzare solo un paio di prove all’anno. Questo è uno dei motivi per cui Hermeus potrebbe avere avuto una buona idea puntando a costruire prima droni utili a testare in volo alcuni componenti.
Anche altri stanno provando a cogliere l’opportunità. Stratolaunch, finanziata in passato dal defunto miliardario di Microsoft Paul Allen, sta sviluppando un veicolo di prova ipersonico che sarà lanciato dal suo velivolo Roc, l’aereo più grande del mondo. Questa primavera la Defense Innovation Unit ha assegnato contratti alla società australiana Hypersonix e alle californiane Fenix Space e Rocket Lab per sviluppare esperimenti ipersonici.
La strategia dei piccoli passi
Piplica e i suoi cofondatori – il cto Glenn Case, il coo Skyler Shuford e il chief product officer Mike Smayda – hanno tutti esperienza nel settore spaziale e hanno lavorato insieme in Generation Orbit. Pensano di poter contenere i costi imitando le startup spaziali nella costruzione di una serie di velivoli che risolvano progressivamente i problemi del volo ipersonico. Ad esempio, Quarterhorse volerà sopra Mach 3 solo per pochi minuti, quindi Hermeus non dovrà risolvere i problemi di gestione del calore di un drone ipersonico che vola più a lungo, per non parlare di come mantenere in vita i passeggeri. Quarterhorse metterà alla prova il sistema di propulsione a respirazione d’aria, progettato per essere relativamente a basso costo.
Sia Quarterhorse che Darkhorse saranno alimentati, al decollo, da un motore da caccia standard, che spingerà l’aereo quasi a Mach 3, velocità sufficiente ad accendere uno statoreattore (o ramjet), che non ha parti mobili e dipende dal movimento in avanti per comprimere l’aria necessaria a bruciare il carburante in modo efficiente. I ramjet sono in sviluppo da decenni e sono una tecnologia relativamente matura, afferma Piplica. L’anno scorso, la società ha dimostrato che il sistema di propulsione, chiamato Chimera, potrebbe compiere la transizione a uno statoreattore in una galleria del vento ad alta velocità.
Darkhorse dovrebbe essere più lungo di circa il 50% rispetto a Quarterhouse e dovrebbe essere in grado di viaggiare per oltre 1.600 chilometri a Mach 5. Secondo Piplica, ora che i progressi nelle tecnologie radar minacciano di annullare l’invisibilità di velivoli statunitensi come i caccia F-35, la velocità di Darkhorse potrebbe permettere all’aviazione di continuare a operare nello spazio aereo di rivali come la Cina, che hanno difese aeree avanzate.
Quali sono i concorrenti di Hermeus
Altre startup di aerei passeggeri ipersonici puntano ad andare ancora più veloci di Hermeus, con tecnologie ancora più avveniristiche.
Venus Aerospace, azienda con sede a Houston, lavora per perfezionare un motore a razzo rotante a detonazione, con cui vorrebbe alimentare un aereo con 12 passeggeri in grado di volare a Mach 9 ai confini dello spazio. Secondo Pitchbook, gli investitori, tra cui il ramo di venture capital di Airbus, hanno finanziato il progetto con 48 milioni di dollari.
La startup svizzera Destinus vuole costruire un aereo alimentato a idrogeno pensato per volare a Mach 15. Secondo Pitchbook, ha raccolto 39 milioni di dollari di finanziamenti.
Il prezzo della velocità
Più aumenta il numero di Mach, più il volo richiede materiali avveniristici e più alti diventano i costi di manutenzione, dice Long-Davis. Secondo vari studi sull’economia del trasporto aereo ad alta velocità finanziati dalla Nasa negli ultimi anni, con la velocità aumentano poi il costo del carburante e, probabilmente, quello dei biglietti. Gli studi – pieni di ipotesi ancora da verificare, va detto – suggeriscono che il potenziale di mercato è maggiore per velivoli che viaggeranno in una fascia di velocità non estrema, tra Mach 2 e Mach 3, con 20-30 passeggeri.
Secondo una ricerca di SpaceWorks, i biglietti per un ipotetico aereo da 20 passeggeri in grado di volare per 6.500 chilometri a velocità Mach 5 costerebbero più di 10mila dollari.
Piplica afferma che la gamma di velocità per la quale Chimera sarà ottimizzato – tra Mach 3 e Mach 5 – darà a Hermeus una certa flessibilità. Se anche il potenziale per i servizi passeggeri sarà maggiore nella fascia Mach 1-Mach 2, dice, le startup di velivoli supersonici hanno lo svantaggio di avere meno attrattiva per l’esercito e di non poter vendere prodotti intermedi per finanziare quelli finali, come invece Hermeus conta di fare con i droni.
“Una cosa da romanzo di Ray Bradbury”
Il Pentagono, però, è famoso per sperimentare nuove tecnologie e poi cambiare direzione. Dopo che l’amministrazione Trump ha aumentato drasticamente la spesa per lo sviluppo di armi ipersoniche, ora i critici si chiedono se ne valga la pena. In un rapporto di gennaio, il Congressional Budget Office ha concluso che il costo dei missili ipersonici potrebbe superare di un terzo quello di missili balistici con la stessa gittata, mentre la durata sarebbe inferiore.
Richard Aboulafia di AeroDynamic Advisory afferma che è già difficile costruire un velivolo ipersonico manovrabile che debba compiere un viaggio di sola andata e poi esplodere. Parlare di trasporto ipersonico, in questo momento, è “una cosa da romanzo di Ray Bradbury”, con riferimento all’autore di libri di fantascienza come Cronache marziane e Fahrenheit 451. “L’idea che una piccola startup possa imprimere l’accelerazione decisiva a un percorso che dura da un secolo è piuttosto bizzarra”.
Per Maddalena, è positivo che startup come Hermeus attirino attenzione e capitali con progetti di velivoli, ma, lontano dai riflettori, altre aziende e accademici lavorano in silenzio ai componenti che consentiranno il volo ipersonico. “Il successo del nostro programma ipersonico non è nelle mani di una manciata di startup”.
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