NearSpaceExplo

Un progetto curato da

Team di progetto

Gennaro Russo, Raffaele Savino, Giancarlo Pagliocca

Il titolo sta per Near Space Exploitation proprio nella direzione di stimolare l’utilizzo dello Spazio da parte dell’uomo comune.

Si provvederà cioè a:

  • identificare idee o progetti di accesso/utilizzo del Near Space
  • identificare i modi per poterli sostenere, diffondere e farli sviluppare il più possibile
  • creare materiale ed opportunità di divulgazione, in coerenza con un piano di comunicazione
  • sviluppare in proprio e/o far sviluppare studi specifici.

Il perimetro di interesse è:

  • la capacità italiana di progettazione di sistemi per il volo sub-orbitale, facendo leva su una forte integrazione tra aeronautica e spazio, come ad esempio il progetto Hyplane
  • la capacità di giovani ingegneri e laureandi (che sono gli attori del domani e rappresentano il nostro “vivaio”) di elaborare loro iniziative su sviluppo e utilizzo di razzi-sonda, payload e nano-satelliti, capsule di rientro dispiegabili, ecc.
  • sviluppo di idee e capacità progettuali, gestione di missioni ed utilizzo di palloni stratosferici
  • stimolare l’attenzione alla protezione brevettuale delle idee e studi.

Scenario di riferimento

Negli ultimi anni alcune imprese private si sono avvicinate al volo spaziale con una filosofia relativamente a basso costo, in grande contrasto con quanto fatto dalle agenzie governative negli anni passati. In effetti, sono stati sviluppati alcuni piccoli veicoli riutilizzabili simili ad aerei per eseguire missioni suborbitali, cosa che potrebbe rappresentare un primo passo verso un accesso allo spazio più sicuro, più comodo e meno costoso.

Scaled Composite ha lanciato per la prima volta lo SpaceShipOne (SS1) nel 2004. Il veicolo ha raggiunto 100 km di quota su una traiettoria suborbitale 36 anni dopo l’X-15, sviluppato dalla NASA a cavallo tra anni ’50 e ’60. L’azienda statunitense The Spaceship Company, joint venture fra Scaled Composites e Virgin Galactic, nell’ambito del proprio programma Tier One senza fondi governativi, è attualmente in attesa dell’autorizzazione finale della Federal Aviation Authority (FAA) per l’avvio della fase operativa commerciale di SpaceShipTwo (SS2), destinato al trasporto di passeggeri per un volo spaziale di breve durata ad un prezzo di circa 250 k€. Questo volo suborbitale deve consentire ai passeggeri di sperimentare l’assenza di peso per qualche minuto e vedere una vasta area della Terra e la sua curvatura. Altri progetti facenti parte di questo quadro sono il BSP Ascender, EADS Rocketplane e XCOR Lynx.

L’aviazione relativamente presto evolverà per includere i sistemi ad altissima velocità. Questi garantiranno opportunità molto migliori per l’accesso al Near Space (turismo spaziale, in particolare), che si diffonderà in tutto il mondo, garantendo biglietti meno costosi dei 250 k€/pers offerti oggi. In questo scenario, emergeranno nuovi designer e produttori di velivoli ipersonici, nonché nuove compagnie aeree che offriranno queste capacità.

Step # System Complexity Maturity Investment costs Utilization cost
1 Reduced-g flight with general aviation airplane (order of 2 seconds of weightlessness) Low Very High Almost zero Some 100 €/pers
2 Parabolic flight with modified business/civil aviation airplane or military transport airplane (order of 20 seconds of weightlessness) Medium High Relatively low Some 7-8 k€/pers
3 Sub-orbital flight with specifically developed  aircraft, i.e. Virgin Galactic SpaceShipTwo or XCOR Lynch or HyPlane vehicles (order of 2 minutes of weightlessness) High Medium Medium 100-200 k€/pers
4 In-orbit expandable habitats, i.e. Bigelow space modules (from 10 to 60 days of weightlessness) Very High Low High 20-28 M€/pers

Il progetto ZEHST (Zero Emission Hyper Sonic Transport) proposto da EADS e Giappone è uno studio di un sistema di trasporto commerciale di alta capacità a basso impatto ambientale e lungo raggio. Il veicolo avrà un’autonomia di circa 20.000 km e una buona efficienza di carburante sia in regime subsonico che in supersonico, evitando così i problemi dei passati aerei supersonici. Si stima che la velocità massima corrisponda a Mach 5 circa; essa richiede l’impiego di idrogeno liquido come combustibile che può essere utilizzato per raffreddare il veicolo e l’aria che entra nel motore tramite un pre-refrigeratore. Le specifiche generali in questo caso sono una capacità di 300 passeggeri, un design con lunghezza totale di 143 m, cioè un velivolo molto più lungo di jet convenzionali, ma più leggero di un Boeing 747, in grado di decollare e atterrare su piste aeroportuali attuali.

Lo sviluppo di un piccolo aereo passeggeri ipersonico accelererà lo sviluppo ben oltre l’attuale stato dell’arte. Il progetto trarrà vantaggio dalle suddette esperienze precedenti e rappresenta un primo passo verso lo sviluppo di un concetto radicalmente nuovo di trasporto aereo. In particolare, veicoli commerciali ipersonici point-to-point e relativi servizi possono forse essere visti oggi come il passo necessario verso aerei ipersonici di nuova generazione per i sistemi di trasporto intercontinentali. Organizzazioni pubbliche, ad es. NASA, altre agenzie aerospaziali in Russia, Giappone, Australia, nonché molte aziende private, continuano ad investire in sviluppi della tecnologia ipersonica e nella propulsione ipersonica air-breathing, per dimostrare le potenzialità dei nuovi velivoli di trasporto a lungo raggio che si avvalgono degli hub e degli aeroporti regionali, che potrebbe essere una vera svolta verso un futuro trasporto aereo.

Il Mercato

Un piccolo velivolo ipersonico può rispondere alle sfide del futuro sistema di trasporto aereo, riducendo il tempo di viaggio e creando condizioni di viaggio migliori su distanze transcontinentali e intercontinentali, sfruttando in modo più efficiente le infrastrutture esistenti e quelle nuove, realizzando un network intelligente per ottenere efficienza e facile accesso ai servizi di prenotazione e la possibilità di sharing travel (per posto a sedere su richiesta).

Un mercato importante sarà quello del segmento business. Mentre la domanda di nuovi ordini continuerà a venire da mercati consolidati e sviluppati, il potenziale di crescita nei mercati emergenti come Cina, India, Russia e America Latina si prevede possa svolgere un ruolo sempre più importante nel mercato mondiale dell’aviazione. Con i prezzi del carburante e le preoccupazioni ambientalistiche in continuo aumento, gli operatori di tutti i settori continuano a concentrarsi sull’ottimizzazione della flotta e l’efficienza degli aeromobili.

Le industrie sono fiduciose nel forte potenziale a lungo termine di piccoli velivoli intercontinentali per diverse applicazioni. Si prevede un totale di 24.000 consegne di business jet nei prossimi 20 anni, che rappresenta circa 650 miliardi di dollari di fatturato per il settore. Si prevede che il Nord America riceverà il maggior numero di nuove consegne di jet d’affari, seguito dall’Europa che, nonostante le sue continue sfide economiche, rimane il secondo mercato. La Cina si prevede diventi la terza regione più grande in termini di consegne nei prossimi 20 anni, con 1.000 consegne nei primi 10 anni e 1420 consegne nella seconda decade. Si prevede inoltre che i mercati in forte crescita, tra cui Brasile, India, Russia/Comunità degli Stati Indipendenti (CSI), Messico e Turchia riceveranno durante i prossimi 20 anni una quota significativa di consegne di jet d’affari.

È facile pensare che la disponibilità di prodotti ipersonici di tipo business possa produrre un aumento della previsione sopra discussa da un lato, e possa dirottare una parte delle consegne e dei ricavi verso il segmento ipersonico dall’altro. Se solo l’1% del mercato di cui sopra passasse al settore del piccolo trasporto supersonico/ipersonico, vale a dire 240 consegne con 6 miliardi di dollari di fatturato, si realizzerebbe ciò che quasi tutti gli studi effettuati nel corso degli ultimi 8-10 anni sul mercato business jet supersonico prevedono.

Hyplane

Guardando alle tecnologie disponibili, provenienti sia dal settore dell’aeronautica tradizionale che da quello spaziale, il progetto HyPlane dimostra che l’uso di un adeguato mix di queste tecnologie rende tecnicamente possibile progettare e realizzare un piccolo spazioplano da 6 posti e Mach 4-5, in grado di decollare e atterrare orizzontalmente all’interno del sistema di norme che disciplinano gli aeroporti comuni. Tale veicolo può realizzare una serie di parabole per il Turismo Spaziale o per lo sfruttamento della microgravità raggiungendo quote superiori a 70 km, oppure può volare per 6000 km ad una quota di crociera di 30 km in meno di 2 ore.

Argomenti di rilevanza e di interesse specifico sono:

  • Sostenibilità economica
  • Efficienza temporale
  • Sicurezza
  • Rispetto dell’ambiente
  • Sostenibilità energetica
  • Potenziale adattabilità a evoluzioni normative
  • Comfort del passeggero

Lo sviluppo del progetto sarà strettamente collegato con le iniziative di informazione private e pubbliche del settore aerospaziale. In particolare, a livello nazionale (ASI) e regionale (CIRA, DAC) saranno identificate delle modalità operative per il mutuo trasferimento di informazione. Ogni attività avrà carattere di non profit e le iniziative saranno spesate grazie all’intervento di sponsor, opportunamente selezionati, e la vendita di gadget (incl. stampa 3D). Saranno promossi studi specifici e valutazioni sul tema, in proprio e/o con il coinvolgimento di terze parti.

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