Con la loro emozionante estetica fantascientifica, gli spazioplani sono un'alternativa interessante ai razzi. Sono interessanti anche dal punto di vista pratico.
A differenza dei razzi tradizionali, gli aerei spaziali sono riutilizzabili, possono volare più volte e potenzialmente ridurre i costi di lancio. Alcuni possono operare da piste normali, offrendo una maggiore flessibilità, e i loro motori efficienti riducono l'impatto ambientale; altri vengono lanciati sopra razzi o “navi madre”, riducendo il carburante che devono trasportare e bruciare.
Promettendo di essere più semplici, più rispettosi dell'ambiente e molto più interessanti, perché la maggior parte dei progetti di aerei spaziali non è mai riuscita a decollare? Nei rarissimi casi in cui ci riescono, perché il Progetto stesso non “decolla”? Scopriamolo:
10: HOTOL
Un serio interesse per i viaggi spaziali iniziò nel Regno Unito prima della guerra, guidato dalla British Interplanetary Society, tra i cui membri figurava Arthur C. Clarke. Nel dopoguerra, la Gran Bretagna studiò i razzi V-2 tedeschi catturati e propose voli suborbitali con equipaggio, come il Megaroc. I programmi ufficiali iniziarono nel 1952, ponendo l'accento sulla ricerca militare e scientifica, mentre i razzi Skylark, lanciati da Woomera a partire dal 1957, fecero progredire l'esplorazione spaziale senza equipaggio.
Nel 1971, il satellite Prospero fu lanciato con successo dal razzo Black Arrow. Ma il governo aveva già cancellato il programma, ponendo fine agli sforzi indipendenti della Gran Bretagna nel campo dei voli spaziali e chiudendo l'era dei razzi nazionali all'inizio degli anni '70. British Aerospace, un nuovo conglomerato fondato nel 1977, aveva grandi ambizioni e non voleva rinunciare al ritorno della Gran Bretagna nello spazio.
10: HOTOL
In collaborazione con Rolls-Royce, British Aerospace propose HOTOL. Gli studi concettuali iniziarono nei primi anni '80; il progetto HOTOL ufficiale iniziò nel 1986. L'obiettivo era quello di creare un aereo spaziale riutilizzabile, a stadio singolo, alimentato da un innovativo motore RB545 “Swallow”. Dopo aver raggiunto l'orbita, HOTOL sarebbe tornato indietro planando attraverso l'atmosfera terrestre per atterrare in modo convenzionale.
Il motore Rolls-Royce RB545 “Swallow” era un rivoluzionario razzo ibrido ad aria, in anticipo di decenni sui tempi. Utilizzando l'aria atmosferica a bassa quota e passando all'ossigeno liquido nello spazio, prometteva un volo spaziale senza soluzione di continuità, a stadio singolo e riutilizzabile: un salto rivoluzionario nella progettazione della propulsione, senza pari rispetto a qualsiasi tecnologia operativa dell'epoca. Il programma fu cancellato alla fine degli anni '80 a causa di problemi di finanziamento e difficoltà tecniche. Una proposta successiva prevedeva il lancio dalla cima dell’Antonov An-225, ma anche questa non si concretizzò mai.
9: MiG-105
Con ruoli previsti che includevano la distruzione dei satelliti della NATO, questo progetto sovietico di aereo spaziale era incredibilmente entusiasmante; ancora più emozionante era il fatto che, a un certo punto, fu proposto di lanciare il velivolo dalla parte posteriore di un aereo da trasporto Tupolev Mach 6. Dopo la separazione ad alta quota, il suo razzo ausiliario staccabile si sarebbe acceso, spingendo il piccolo aereo spaziale direttamente in un'altitudine suborbitale.
Il MiG-105 nacque dal programma sovietico Spiral, che mirava a creare un piccolo aereo spaziale orbitale in grado di tornare sulla Terra come un aliante. Il suo corpo compatto e a forma di cuneo gli valse il soprannome di “Lapot” o “Piccola scarpa”.
9: MiG-105
Il MiG-105 fu utilizzato per testare le tecniche di atterraggio e le caratteristiche di volo a bassa velocità. Nel 1976 decollò con la propria forza motrice da una vecchia pista di atterraggio vicino a Mosca per il suo primo volo libero subsonico. Tra il 1976 e il 1978 effettuò otto test di volo subsonico; alcuni furono lanciati in volo da un bombardiere Tu-95K.
Questi voli contribuirono a raccogliere dati per il programma sovietico di aerei spaziali, anche se il progetto fu successivamente cancellato. Il progetto Spiral fu infine abbandonato a favore del Buran, l'analogo sovietico dello Space Shuttle statunitense. Sebbene il MiG-105 non ci sia mai riuscito, il suo velivolo gemello senza pilota, il БОР (BOR), ha condotto con successo diverse missioni spaziali. Un esemplare sopravvissuto del MiG-105 è ora conservato al Museo Monino di Mosca.
8: Boeing X-20 Dyna-Soar
L'X-20 Dyna-Soar era un progetto di aereo spaziale dell'aeronautica militare statunitense sviluppato tra la fine degli anni '50 e l'inizio degli anni '60. Progettato per missioni di ricognizione, bombardamento e ricerca spaziale, era un velivolo riutilizzabile a propulsione a razzo che combinava la manovrabilità di un aereo con le capacità di un veicolo orbitale. La sua forma elegante, simile a quella di un aliante, rifletteva principi aerodinamici avanzati.
L'X-20 doveva essere lanciato in cima a un razzo Titan IIIC modificato, separandosi una volta raggiunta un'altitudine e una velocità sufficienti. Dopo essersi staccato dal suo booster, avrebbe continuato a orbitare grazie al proprio slancio. Questo metodo di lancio permetteva al veicolo di funzionare sia come veicolo spaziale che come aliante al momento del rientro, collegando le operazioni aeree e spaziali.
8: Boeing X-20 Dyna-Soar
L'X-20 Dyna-Soar fu cancellato nel 1963 quando le priorità politiche degli Stati Uniti si spostarono verso il programma Apollo della NASA. L'obiettivo lunare del presidente Kennedy reindirizzò le risorse dagli aerei spaziali militari. Allo stesso tempo, l'Air Force si concentrò sui satelliti e sulla tecnologia missilistica, considerati più strategicamente preziosi ed economici durante la Guerra Fredda.
Sebbene non sia mai stato completato, l'X-20 ha profondamente influenzato i successivi sforzi spaziali. La sua ricerca ha ispirato lo scudo termico dello Space Shuttle, il design riutilizzabile del corpo portante e i sistemi di rientro controllati dal pilota. Elementi della sua ingegneria sono riapparsi decenni dopo nell'X-37B, garantendo che i concetti pionieristici del Dyna-Soar continuassero a influenzare lo sviluppo di veicoli spaziali riutilizzabili molto tempo dopo la sua cancellazione.
7: Lockheed Martin X-33 / VentureStar
L'X-33 era un dimostratore tecnologico in scala ridotta per il VentureStar proposto dalla Lockheed Martin, un veicolo spaziale completamente riutilizzabile, a stadio singolo, destinato a ridurre drasticamente i costi di lancio eliminando i razzi usa e getta. Era dotato di serbatoi di idrogeno criogenico compositi all'avanguardia e di una forma lifting-body (senza ali).
Era un concetto estremamente ingegnoso, progettato per migliorare l'efficienza aerodinamica e la resistenza strutturale riducendo al contempo il peso, e un concetto pionieristico per gli anni '90. L'X-33 utilizzava motori aerospike lineari. Un motore aerospike lineare funziona come un normale razzo, ma senza un ugello a forma di campana. Al suo posto, lo scarico fluisce lungo una punta a forma di cuneo.
7: Lockheed Martin X-33 / VentureStar
La pressione dell'aria all'esterno del razzo aiuta a modellare e comprimere lo scarico, mantenendo la spinta efficiente a tutte le altitudini, come un motore a razzo “autoregolante” per lo spazio e l'atmosfera. Il veicolo era progettato per decollare verticalmente e atterrare orizzontalmente come un aereo, con controllo di volo completamente autonomo, con l'obiettivo di operazioni simili a quelle delle compagnie aeree e rapidi tempi di risposta tra una missione e l'altra.
Il progetto è stato annullato a causa di difficoltà tecniche e finanziarie, principalmente il fallimento del serbatoio di idrogeno composito, che si è rotto durante i test. Il fallimento del serbatoio ha causato ritardi significativi e costi superiori al previsto, e la NASA ha concluso che la tecnologia Single-Stage-to-Orbit non era ancora fattibile con i materiali e i sistemi di propulsione esistenti.
6: Hermes
Gli aerei di linea Airbus hanno dimostrato che le aziende europee potevano entrare con successo in settori dell'industria aerospaziale precedentemente dominati dagli Stati Uniti, e Hermes era un altro brillante nuovo arrivato europeo. Proponeva un veicolo spaziale europeo riutilizzabile sviluppato dall'Agenzia Spaziale Europea negli anni '80 e all'inizio degli anni '90.
Concepito come risposta europea allo Space Shuttle americano, era destinato a trasportare tre (alcuni progetti ne prevedevano cinque) astronauti e piccoli carichi utili nell'orbita terrestre bassa. Il progetto combinava i principi dei veicoli spaziali e degli aerei, puntando ad atterraggi controllati e orizzontali sulla pista dopo il rientro. Hermes doveva essere lanciato in cima al razzo Ariane 5, invece di utilizzare i propri booster o serbatoi esterni.
6: Hermes
Questo approccio di lancio verticale semplificava il progetto e riduceva il peso dello shuttle, poiché il sollevamento dei carichi pesanti sarebbe stato interamente fornito dal sistema Ariane. Una volta in orbita, Hermes avrebbe operato in modo indipendente, utilizzando la propulsione di bordo e i propulsori di manovra (piccoli motori a razzo per la regolazione della posizione).
Il veicolo spaziale europeo Hermes fu cancellato a causa dell'aumento dei costi, dei ritardi, delle difficoltà tecniche e del cambiamento delle priorità politiche. Dopo la Guerra Fredda, anche la minore giustificazione delle missioni con equipaggio di alto prestigio ha contribuito alla chiusura del progetto da parte dell'Agenzia Spaziale Europea nel 1993.
5: HL-20 Personnel Launch System
Brillantemente semplice nel concetto, l'HL-20 Personnel Launch System, sviluppato al Langley Research Center alla fine degli anni '80, era un aereo spaziale a corpo alare progettato per il trasporto di routine dell'equipaggio. Ispirato al BOR-4 sovietico, poteva trasportare fino a 8 passeggeri (più 2 membri dell'equipaggio) in orbita, promettendo un recupero più sicuro ed efficiente rispetto ai modelli a capsula.
L'HL-20 sarebbe stato lanciato su razzi usa e getta come il Titan III o l'Atlas, per poi planare verso la Terra per un atterraggio orizzontale. La sua forma compatta e aerodinamica offriva una maggiore stabilità durante il rientro, riducendo significativamente lo stress e il carico termico. Gli ingegneri hanno dato priorità alla semplicità, alla bassa manutenzione e ai tempi di turnaround brevi tra una missione e l'altra.
5: HL-20 Personal Launch System
Costruito con materiali leggeri, l'HL-20 richiedeva meno interventi di manutenzione rispetto allo Space Shuttle, riducendo i costi operativi. Era destinato al lancio da strutture esistenti, consentendo una programmazione flessibile e un rapido dispiegamento per la manutenzione orbitale o la rotazione dell'equipaggio nelle future stazioni spaziali: era essenzialmente un “taxi spaziale”.
Sebbene non sia mai stato costruito per il volo, l'HL-20 ha influenzato pesantemente il Dream Chaser della Sierra Nevada, che ha adottato contorni e profili di missione simili. L'HL-20 rappresentava una spinta verso veicoli per equipaggi più piccoli e pratici, colmando il divario tra i primi concetti di shuttle e le attuali tecnologie degli spaceplane commerciali.
4: Sänger II
Probabilmente l'aereo spaziale più bello mai progettato, il Sänger II era un concetto di aereo spaziale della Germania Ovest proposto dalla Messerschmitt-Bölkow-Blohm negli anni '80. L'aereo spaziale Sänger originale, ideato da Eugen Sänger negli anni '40, era un concetto esotico tedesco per un bombardiere suborbitale a propulsione a razzo chiamato “Silbervogel”. Il suo obiettivo era quello di volare lungo l'atmosfera terrestre per missioni a lungo raggio.
Decenni dopo, i suoi principi hanno ispirato il Sänger II, un concetto di aereo spaziale a due stadi per missioni orbitali. Il Sänger II è stato progettato come un sistema a due stadi per l'orbita, destinato a trasportare carichi utili o passeggeri nell'orbita terrestre bassa. Il progetto si basava sulle idee precedenti di Eugen Sänger degli anni '30 per un bombardiere spaziale suborbitale “Silbervogel”.
4: Sänger II
Il suo metodo di lancio prevedeva un decollo orizzontale da una pista convenzionale, utilizzando motori a reazione per raggiungere un'alta velocità subsonica prima di passare alla propulsione a razzo. Questo avvio ad aria era una caratteristica fondamentale, che riduceva il consumo di carburante rispetto ai lanci verticali. Il veicolo avrebbe poi accelerato e sarebbe salito verso il limite dello spazio, rilasciando uno stadio orbitale.
Il primo stadio utilizzava motori aerobici avanzati, mentre lo stadio superiore impiegava un motore a razzo alimentato a idrogeno per raggiungere la velocità orbitale. La combinazione prometteva una maggiore efficienza e una potenziale riutilizzabilità, fondamentali per ridurre i costi di lancio e migliorare l'accesso allo spazio. Il Sänger II non è mai uscito dalla fase di progettazione.
3: Rockwell X-30
Dopo aver creato con successo lo Space Shuttle, Rockwell era nella posizione ideale per sviluppare un altro aereo spaziale. Il loro X-30 era un concetto visionario sviluppato nell'ambito del programma National Aero-Space Plane (NASP) durante gli anni '80. L'obiettivo era quello di creare un aereo spaziale a stadio singolo in grado di decollare e atterrare in orizzontale. Progettato per funzionare come un aereo nell'atmosfera e come un veicolo spaziale al di fuori di essa, l'X-30 rappresentava un passo rivoluzionario verso sistemi di lancio completamente riutilizzabili.
Gli scramjet comprimono l'aria supersonica in entrata, la mescolano con il carburante e la accendono per la propulsione. Alimentato da motori scramjet, l'obiettivo era quello di consentire all'X-30 di passare agevolmente dal volo atmosferico all'inserimento orbitale. Il suo sistema di propulsione avrebbe attinto ossigeno dall'atmosfera durante la salita, riducendo la necessità di pesanti ossidanti a bordo e migliorando l'efficienza del carburante.
3: Rockwell X-30
L'X-30 proposto era stato progettato per trasportare sia l'equipaggio che piccoli carichi utili nell'orbita terrestre bassa. Avrebbe fornito un mezzo rapido e flessibile per accedere allo spazio per scopi scientifici, militari e commerciali. La forma aerodinamica del velivolo e i sistemi di protezione termica dovevano resistere a condizioni di rientro estreme, consentendo al contempo un atterraggio controllato sulla pista.
Sebbene il progetto sia stato infine cancellato a causa di difficoltà tecniche e finanziarie, il programma X-30 ha contribuito con preziose ricerche al volo ipersonico, alla propulsione e alla scienza dei materiali. I suoi ambiziosi obiettivi continuano a influenzare gli sforzi di sviluppo dei moderni spazioplani in tutto il mondo.
2: Buran
Il Buran era la risposta dell'Unione Sovietica allo Space Shuttle della NASA, sviluppato dalla NPO Molniya e lanciato a bordo del razzo Energia costruito dalla RSC Energia. Progettato come veicolo spaziale riutilizzabile, rappresentava l'apice dell'ingegneria aerospaziale sovietica, con l'obiettivo di eguagliare o superare le capacità dello shuttle americano nel trasporto spaziale e nelle operazioni orbitali.
A differenza dello Space Shuttle, non utilizzava un sistema di propulsione interno per entrare in orbita. Si affidava all'Energia. Il veicolo di lancio Energia era un potente razzo vettore completamente sacrificabile, in grado di portare oltre 100.000 kg nell'orbita terrestre bassa. Questo sistema permetteva al Buran di rimanere senza propulsione durante l'ascesa, conservando il carburante a bordo.
2: Buran
Una volta in orbita, il Buran si affidava ai propri piccoli motori di manovra orbitale e ai propulsori di controllo della reazione. Questi erano alimentati da propellenti ipergolici, che fornivano un controllo preciso per le regolazioni orbitali, le operazioni di attracco e l'allineamento per il rientro nell'atmosfera. L'assenza di motori principali riduceva la complessità e migliorava la capacità di carico utile.
L'unico volo orbitale del Buran nel 1988 fu completamente automatizzato senza equipaggio a bordo, completando due orbite prima di atterrare senza problemi. L'atterraggio automatico sulla pista di Baikonur (pista Yubileiny) fu preciso con un margine di errore di pochi metri. Sebbene fosse un trionfo dell'ingegneria, il programma fu cancellato dopo il crollo dell'Unione Sovietica. L'orbiter utilizzato fu purtroppo distrutto nel 2002 a causa del crollo di un hangar, mentre altri veicoli di prova sono conservati a Mosca, Speyer e in un deposito a Baikonur.
1: Skylon
Skylon ha avuto origine dal programma britannico HOTOL degli anni '80. Dopo la cancellazione di HOTOL, il suo progettista capo, Alan Bond, fondò la Reaction Engines Limited nel 1989 per continuare lo sviluppo. I primi lavori si concentrarono sul rivoluzionario motore a razzo SABRE ad aria, con studi concettuali e test su componenti su piccola scala effettuati negli anni '90 e 2000.
Il metodo di lancio del veicolo era stato concepito in modo simile a quello di un aereo tradizionale, con una corsa lungo la pista prima dell'ascesa. Il suo design avrebbe consentito un'accelerazione efficiente attraverso l'atmosfera, sfruttando la propulsione aerospaziale a basse altitudini. Una volta raggiunta l'aria più rarefatta, Skylon avrebbe dovuto passare alla modalità razzo puro, mantenendo la spinta senza trasportare ossidante in eccesso per la salita iniziale.
1: Skylon
Il cuore di Skylon era il motore SABRE, un sistema ibrido a propulsione aerospaziale che avrebbe aspirato l'ossigeno atmosferico durante la fase iniziale di ascesa, mescolandolo con l'idrogeno combustibile a bordo. Una volta sopra l'atmosfera, sarebbe passato a un ossidante interno, funzionando come un razzo convenzionale. Questa doppia modalità prometteva una maggiore efficienza e capacità di carico utile.
La gestione termica era fondamentale per il progetto, con pre-raffreddatori destinati a raffreddare l'aria in entrata e prevenire il surriscaldamento del motore ad alte velocità. Si prevedeva che materiali compositi leggeri e scudi termici avanzati avrebbero consentito un volo ipersonico prolungato. Il concetto di Skylon prometteva tempi di risposta rapidi, riutilizzabilità e un impatto ambientale ridotto, trasformando potenzialmente le missioni spaziali commerciali e scientifiche per il Regno Unito e oltre. Tuttavia, i progressi rimasero limitati alle dimostrazioni della tecnologia dei motori.
Reaction Engines ha testato con successo la tecnologia del pre-raffreddatore SABRE, ma non ha mai costruito un motore o un veicolo completo. Nell'ottobre 2024, l'azienda è stata sottoposta ad amministrazione controllata, ponendo fine allo sviluppo attivo. Con Reaction Engines ormai defunta, Skylon rimane una visione ambiziosa ma irrealizzata del ritorno della Gran Bretagna nello spazio.
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