Cieli puliti

Silenzio... Il suono degli aerei di domani?

In futuro avremo velivoli a zero emissioni di gas serra e zero inquinamento sonoro?

Il numero di aerei che voleranno nei prossimi dieci anni è destinato a raddoppiare. Nella sola India è prevista la realizzazione di 200 nuovi aeroporti nei prossimi vent'anni. Con uno sviluppo del genere, il settore deve lavorare, soprattutto per rispettare i limiti delle emissioni, per rendere gli aeromobili più puliti. Attualmente il settore si sta concentrando su diverse aree, tra cui carburanti meno inquinanti, velivoli più leggeri (che utilizzano compositi in fibra di carbonio), motori più efficienti e una gestione del traffico più efficace. Tutti questi aspetti contribuiranno insieme a mantenere i livelli delle emissioni entro i limiti stabiliti dal settore e dalle normative.

Il video, l'articolo e l'infografica riportati di seguito analizzano il futuro del settore aerospaziale. Potremo avere cieli più puliti grazie ad aerei a zero emissioni? Cosa occorrerà per trasferire su scala commerciale i progetti di un'aviazione "verde"? In che modo la piattaforma 3DEXPERIENCE può aiutare le aziende che costruiranno questi aeroplani a ridurre i tempi richiesti per progettare, realizzare e certificare un nuovo velivolo?

Vedremo mai volare aerei che non usano carburante?

Sebbene nessuno possa affermare con certezza come saranno gli aerei del futuro, sicuramente avranno un minore impatto ambientale.

André Borschberg si sveglia dopo essersi appisolato per 12 minuti. Il suo corpo avrebbe bisogno di dormire ancora ma l'atmosfera a -20 ?C lo riporta immediatamente in sé. Circa 7.500 piedi più in basso c'è il Pacifico, alla sua sinistra e alla sua destra un orizzonte, una distesa amplificata dalle immediate vicinanze. Ogni volta, per un periodo massimo di sei giorni, lui dorme, mangia, usa il bagno, pratica yoga in uno spazio non più grande di una cabina telefonica... a bordo di un velivolo che vola senza carburante.

L'ex pilota di caccia si alterna con l'avventuriero svizzero Bertrand Piccard nella circumnavigazione della Terra con un aereo alimentato unicamente dal sole.

Solar Impulse 2 (Si2) pesa quanto un'automobile ma ha la stessa apertura alare di un Boeing 747. In pratica è un pannello solare volante. La parte superiore delle ali, la fusoliera e la coda sono provviste di oltre 17.000 celle solari flessibili che caricano le batterie che alimentano il velivolo.

Se tutto va come previsto, il velivolo dovrebbe arrivare negli Emirati arabi uniti a luglio 2015 e i piloti avranno stabilito un nuovo record mondiale, quello della più lunga distanza mai percorsa da un aereo a energia solare nella storia dell'aviazione. Solar Impulse verrà senza dubbio celebrato come un'impresa storica dell'ingegneria e una dimostrazione del potenziale del genio umano ma la folla che attende l'atterraggio finale dell'aereo sarà testimone dell'inizio di una nuova era di un'aviazione a zero impatto ambientale? Sarà lo stesso genere di momento epocale nella storia dell'aviazione a cui le folle assistettero 88 anni fa, quando Charles Lindbergh atterrò a Parigi dopo un temerario volo in solitario e senza scali partito da New York?

Il volo di Lindbergh ha segnato l'inizio dello sviluppo dell'aviazione commerciale, ma anche i piloti dell'Si2 ammettono che la possibilità di voli a energia solare su vasta scala potrebbe non concretizzarsi mai.

Da Chongqing, nel sudovest della Cina, Borschberg ha dichiarato: "Non pensiamo [che costruire aerei di linea a energia solare] debba essere per forza una priorità [ambientale] perché solo il 3% delle emissioni di CO2 è prodotto dal trasporto aereo, mentre il restante 97% viene prodotto dal [trasporto via mare e terra].

Per Dimitri Mavris, professore di ingegneria aerospaziale al Georgia Institute of Technology, non è nemmeno questione di priorità. Mavris ritiene che la totale sostituzione degli attuali velivoli per passeggeri con un'alternativa a energia solare non sia possibile. "Neanche con una tecnologia futuristica delle batterie o celle solari con un'efficienza del 100% ci avvicineremmo alla potenza necessaria ad alimentare un normale velivolo commerciale di oggi", afferma.

Secondo Mavris, se vogliamo perseguire l'obiettivo dei voli solari, dobbiamo cambiare il modo in cui gli aerei volano. "Gli aerei devono volare a una velocità molto inferiore e devono avere una grossa struttura con una capacità di trasporto relativamente limitata", afferma. "Che è quello che fanno attualmente i velivoli elettrici sperimentali". Inoltre, date le aspettative dei passeggeri riguardanti prezzi e tempi, sostiene, ciò appare improbabile.

Quali aerei ci aspettano quindi in grado di utilizzare meno carburante o non utilizzarne affatto ma che siano anche validi da un punto di vista commerciale?

Un piccolo passo avanti

Nel lungo periodo, molti costruttori di aeromobili si rivolgeranno ai velivoli elettrici e ibridi, con questi ultimi che potrebbero ridurre le emissioni di carburante fino al 70%.

L'Airbus, per esempio, sta lavorando a un aereo elettrico chiamato E-Fan. L'azienda spera che l'E-Fan 2.0, "il primo velivolo completamente elettrico certificato", entri in produzione nel 2017. Si tratta comunque di un aereo biposto, in grado di restare in aria solo per un'ora e un quarto prima che si scarichino le batterie ai polimeri di litio che lo alimentano. Non è neanche previsto che venga prodotto per l'aviazione commerciale leggera. L'idea è imparare, partendo da una versione in scala ridotta, a creare quello che un giorno diventerà l'aereo del futuro.

Ogni versione dell'E-Fan rappresenta un piccolo passo avanti verso l'E-Thrust, un aereo di linea regionale ibrido a propulsione elettrica. L'aereo è un ibrido perché l'unità di alimentazione ha ancora bisogno di carburante per aerei tradizionale per ricaricare le batterie alla quota di crociera.

Tuttavia, occorrerà aspettare alcuni decenni prima di vedere un E-Thrust, o un velivolo simile, negli aeroporti. "L'ostacolo per molti di questi velivoli è la certificazione", spiega Jeff Smith, direttore di Ideas Lab per il settore aerospaziale e difesa dell'azienda software leader mondiale Dassault Systèmes.

"Nel passaggio da un velivolo sperimentale come l'Si2 a un'applicazione commerciale, che prevede decine o centinaia di passeggeri, molte cose cambiano".

Per Michel Tellier, vice presidente per il settore aerospaziale e della difesa di Dassault Systèmes, la soluzione sta nella simulazione. "Quanto più accuratamente e dettagliatamente riusciamo a simulare nuove tecnologie e concept, più rapidamente saremo in grado di portarli nel mondo reale.

Come software partner per le aziende del settore aerospaziale, abbiamo creato la piattaforma 3DEXPERIENCE per simulare ogni cosa, dalle nuove nanostrutture e sistemi complessi all'intero velivolo. Questa capacità riduce drasticamente il tempo necessario a concettualizzare, progettare, fabbricare e certificare un nuovo velivolo.

Michel Tellier Vice presidente Aerospaziale e difesa, Dassault Systèmes

Alleggerimento

Il nostro software può anche aiutare i produttori di aeromobili a sviluppare e certificare in tempi brevi la prossima generazione di materiali leggeri e resistenti.

Negli anni, sugli aeromobili le parti in alluminio sono state sostituite da composito (plastica rinforzata con fibra di carbonio) per rendere gli aerei più leggeri e aumentare l'efficienza dei consumi. I moderni aerei di linea sono realizzati per circa il 50% in materiale composito ma "ci sono ancora margini di miglioramento", afferma Smith.

Dassault Systèmes ha simulato per l'Si2 diversi materiali che rispettassero i rigorosi criteri di peso del velivolo. Il team ha quindi simulato un modello realizzato prevalentemente in compositi di fibra di carbonio, che è stato poi utilizzato. Il velivolo doveva essere il più leggero possibile ma anche assicurare la portanza necessaria per raggiungere una velocità di crociera di circa 90 km/h.

I ricercatori della Stanford University hanno scoperto che se agli aerei venisse consentito di volare in formazione, come uno stormo di uccelli migratori, potrebbero ridurre il consumo di carburante del 12%, anche ponendosi a una distanza di 3-8 km l'uno dall'altro

Imparare dagli uccelli

Tralasciando le innovazioni tecnologiche, uno dei modi più semplici per utilizzare meno carburante è migliorare la gestione del traffico aereo. Secondo Borschberg, sistemi di gestione del traffico aereo più efficienti consentirebbero agli aerei di atterrare ed eseguire il rullaggio più velocemente e seguire rotte più dirette.

I ricercatori della Stanford University hanno scoperto che se agli aerei venisse consentito di volare in formazione, come uno stormo di uccelli migratori, potrebbero ridurre il consumo di carburante del 12%, anche ponendosi a una distanza di 3-8 km l'uno dall'altro. Il motivo è che quando gli aerei volano, le ali creano vortici che producono una scia dietro l'ala. Questi vortici possono essere sfruttati dall'aereo che vola sopra di essi. Si crea così una portanza che contribuisce a ridurre il consumo di carburante.

Borschberg sostiene che un giorno gli aerei voleranno in formazione senza bisogno di sistemi di gestione del traffico che li coordinino da terra. "Gli aerei comunicheranno tra di loro coordinando le traiettorie di volo", afferma. "E io penso che assisteremo a tutto ciò nei prossimi sessant'anni". Ma neanche lui riesce a immaginare l'aspetto che avranno gli aerei del futuro. "Guardando i velivoli dei fratelli Wright o di Charles Lindbergh era difficile credere che avremmo visto volare i 747".

Tellier vede gli aerei del futuro come computer volanti: "Quando pensiamo alle forme che probabilmente avranno, i velivoli del futuro saranno più semplici in termini di architettura ma utilizzeranno sistemi e tecnologie molto più sofisticati. Saranno più efficienti e intelligenti della generazione attuale. Un'ottima metafora per comprenderne il potenziale è osservare come si sono evoluti i telefoni cellulari negli ultimi 20 anni e pensare che l'aviazione conoscerà una trasformazione analoga".

Una cosa è certa: che sia grazie a materiali più leggeri, sistemi sempre più complessi, batterie o nuove formazioni di volo, tra 60 anni voleremo sicuramente a bordo di aerei più puliti che utilizzano molto meno carburante, o magari ne faranno completamente a meno.

Cos'altro c'è all'orizzonte?

I mutaforma

Esistono numerosi studi che cercano di identificare come ottenere nuove efficienze cambiando completamente forma. Ma velivoli di forme non convenzionali, inadatti all'infrastruttura degli attuali aeroporti, troverebbero numerosi ostacoli alla loro ammissione, dato che sarebbero richiesti ingenti investimenti per l'adeguamento.

Idrogeno

I velivoli alimentati da questo pesante carburante hanno bisogno di nuovi motori e cellule ed è improbabile che li vedremo volare prima di diversi decenni. Per quell'epoca, tuttavia, potremmo vedere qualcosa di simile allo ZEHST (Zero Emission High Supersonic Transport), un aereo realizzato da Airbus Group (già EADS), società madre dell'Airbus. Il jet a idrogeno può volare a velocità quasi supersoniche.

Realizzati dalle piante

Qualunque siano i progetti per gli aerei del futuro, e in qualunque formazione essi voleranno, numerosi esperti di aviazione prevedono che il carburante liquido resterà la scelta principale ancora per molti anni a venire. Tenendo presente ciò, alcune compagnie aeree stanno investendo nei biocarburanti. Di recente, The Boeing Company e il partner South African Airways (SAA) si sono impegnate a utilizzare un biocarburante a base di tabacco. L'olio estratto dai semi della pianta di tabacco verrà convertito in carburante per aerei nel 2015. A ciò seguirà un volo di prova effettuato dalla SAA.

Dagli ibridi agli aerei a idrogeno: 100 anni di volo più sostenibile per l'ambiente

Nell'aprile del 1979, il primo velivolo a energia solare pilotato da un uomo decollò per compiere un viaggio di tre minuti raggiungendo i 12 m di altezza e volando per 0,8 km. Il pilota e creatore del velivolo, Larry Mauro, dichiarò subito dopo alla stampa la sua intenzione di migliorare questo modello per far sì che un giorno gli aerei "decollassero e volassero per un intero giorno alimentati solo da energia solare prodotta durante il viaggio stesso".

Trascorrono 35 anni, siamo alle prime ore del mattino del 9 marzo 2015 quando Solar Impulse 2 (Si2) sta per diventare il primo velivolo a tentare la circumnavigazione del globo alimentato solo dai raggi del sole.

Ma è l'aereo a energia solare il futuro dell'aviazione, come aveva predetto Mauro? Gli esperti di aviazione affermano è che altamente improbabile che la nostra generazione salirà a bordo di aerei a energia solare. Perciò, se non è il solare, quale sarà il futuro dell'aviazione? Per scoprirlo, continua a leggere…

NOTA: il video, l'infografica e l'articolo sono originariamente comparsi come informazione pubblicitaria su bbc.com a partire dal 27 giugno 2014 fino al 5 settembre 2014 e sono stati realizzati dal team BBC Advertising Commercial Production in collaborazione con Dassault Systèmes.

Foto
Progress Eagle - Oscar Vinals
Solarimpluse.com