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I sistemi ipersonici

Difesa /

Un sistema d’arma ipersonico, comunemente ma impropriamente detto “missile ipersonico”, è un ordigno che vola a una velocità superiore a Mach 5.

Il numero di Mach (M) è un valore adimensionale definito come il rapporto tra la velocità di un oggetto in moto in un fluido e la velocità del suono nel fluido considerato. Nell’aria, la velocità del suono dipende fondamentalmente dalla temperatura (ma anche dalla densità) ed è pari a 343,1 metri al secondo (1235,16 chilometri all’ora) a 20 gradi centigradi. Questi ci permette di identificare quattro regimi di velocità a cui può muoversi un oggetto: quello subsonico per M minore di 0,8, quello transonico per M compreso tra 0,8 e 1,2, quello supersonico per M compreso tra 1,2 e 5, infine quello ipersonico per M maggiore di 5.

I sistemi d’arma ipersonici si dividono in due grandi famiglie: i veicoli di rientro di missili balistici, che possono essere del tipo classico oppure i cosiddetti alianti manovrabili (o Hgv – Hypersonic Glide Vehicle), pertanto sistemi per lo più esoatmosferici, e i missili da crociera, per cui si tratta di sistemi endoatmosferici.

Un classico veicolo di rientro di un missile balistico – ad esempio la testata di un Icbm – quando rientra in atmosfera dopo la sua traiettoria balistica viaggia, mediamente, a una velocità d 6 chilometri al secondo pari a 21600 chilometri orari (circa Mach 17, ma possono arrivare anche a Mach 25), pertanto gli RV (Reentry Vehicle) dei missili intercontinentali, o di quelli a raggio medio e intermedio, sono catalogati come i primi sistemi d’arma ipersonici, essendo presenti negli arsenali delle potenze nucleari del mondo sin dagli anni ’50 del secolo scorso. Alcuni di questi RV sono capaci di manovrare nella fase terminale della loro traiettoria balistica (definiti Marv – Maneuvrable Reentry Vehicle) ma dato il profilo del loro volo non hanno nulla a che vedere con le peculiarità degli attuali veicoli di rientro plananti ipersonici.

A differenza dei missili balistici classici, gli Hgv non seguono una traiettoria balistica e possono manovrare durante la rotta tenuta verso il loro bersaglio. Le armi ipersoniche convenzionali possono utilizzare la sola energia cinetica accumulata durante il loro volo (spinta del missile booster ed energia potenziale data dalla quota) per distruggere bersagli non protetti o, potenzialmente, strutture sotterranee, ma possono anche avere una carica di tipo nucleare.

La caratteristica principale degli Hgv è intuibile già dal nome: si tratta di alianti, pertanto la testata non ha un sistema di spinta proprio ma sfrutta l’energia cinetica accumulata durante il volo per manovrare e per colpire il bersaglio ad altissima velocità. Questo tipo di armi ipersoniche mette a dura prova le capacità di rilevamento radar e i sistemi di difesa attivi a causa della loro velocità, manovrabilità, e della bassa quota di volo. Ad esempio, un radar terrestre da early warning missilistico non è in grado di rilevare un Hgv se non nella fase finale del suo volo: per dare un idea, una testata di un Icbm, che raggiunge un’altitudine massima di 1500 chilometri, può essere scoperta da un radar a 5mila chilometri di distanza, mentre un Hgv, che raggiunge una quota di 100 chilometri, solo a 1300 chilometri di distanza, riducendo pertanto di molto i tempi di reazione.

La seconda famiglia è data dai missili da crociera. Questi sono dotati di propulsione propria durante tutta la fase del volo, che viene effettuato all’interno dell’atmosfera terrestre, pertanto sono dotati di un motore di tipo diverso rispetto ai normali missili da crociera in quanto mantenere la velocità ipersonica durante tutto il volo non è possibile con i normali propulsori per questioni legate alla fluidodinamica interna: i turbofan convenzionali richiedono che il flusso di aria sia rallentato a velocità subsoniche prima del suo ingresso nella camera di combustione per poter funzionare, ed è possibile farlo solo per velocità fino a Mach 3.

Esistono altre soluzioni motoristiche per le altissime velocità. I motori ramjet utilizzano il movimento in avanti del veicolo per comprimere l’aria per la combustione piuttosto che una ventola o una turbina come in un motore a reazione, e possono funzionare con combustione subsonica fino a Mach 5 ma comunque necessitano di un booster per accelerarli a velocità supersonica.

A velocità più elevate occorre un sistema a razzo o un motore scramjet (o ramjet supersonico) che attualmente è il sistema di propulsione preferito dalla maggior parte dei missili da crociera ipersonici attualmente in servizio. Ramjet e scramjet sono due tipi di propulsione “air breathing” (cioè “respirano” aria) che offrono il vantaggio di non dover trasportare l’ossidante per la combustione, riducendo così il peso al lancio e pertanto aumentando il carico utile (o entrambi). I motori scramjet non sono un concetto nuovo: il velivolo ipersonico a razzo Bell X-15 ha volato con un modello sperimentale di scramjet per scopi di ricerca nel 1967, sebbene quegli studi non abbiano portato alla costruzione di un sistema operativo. Gli ultimi 20 anni hanno visto lo sviluppo di scramjet affidabili ed efficienti da parte di diversi Paesi. Un campo di ricerca interessante che potrebbe portare a veicoli ipersonici veramente pratici è il motore a “ciclo combinato” in cui una turbina o un razzo è combinato con un ramjet e uno scramjet, con tutti i motori che condividono lo stesso percorso del flusso d’aria. Questa soluzione ha il vantaggio di ridurre il numero di sistemi di propulsione separati necessari per il volo ipersonico indipendente.

Russia

La Russia ha in servizio attualmente tre sistemi di armi ipersoniche: l’Hgv per missili balistici “Avangard”, il missile da crociera 3M22 “Zircon” e il Kh-47M2 “Kinzhal” un missile balistico manovrabile lanciato dall’aria (Albm).

L’Avangard è un veicolo planante ipersonico lanciato da un missile balistico intercontinentale che si ritiene abbia una portata illimitata. Attualmente questo Hgv – il primo al mondo ad essere entrato in servizio – è montato sui missili UR-100NUTTH (SS-19 “Stiletto” in codice Nato), ma la Russia prevede di utilizzarlo anche sul nuovo Icbm pesante Rs-28 “Sarmat”, che dovrebbe cominciare a essere schierato entro la fine del 2022. Avangard è dotato di contromisure a bordo (dette Penaid – Penetration Aid) e, secondo quanto riferito, ha capacità nucleare. È stato testato con successo due volte nel 2016 e una a dicembre 2018 e si ritiene possa raggiungere una velocità di Mach 20. Il sistema Avangard è entrato in servizio a dicembre 2019.

Lo Zircon e un missile da crociera ipersonico antinave e per attacco terrestre lanciabile da unità navali e dal sistema terrestre mobile Bastion. Si ritiene sia in grado di viaggiare a velocità comprese tra Mach 6 e Mach 8 e ha una portata compresa, a seconda del profilo di volo, tra i 400 e i mille chilometri. Il missile è concepito per essere lanciato dai sistemi di lancio verticale di quasi tutte le unità maggiori della marina russa: dagli incrociatori classe Kirov, dalle corvette classe Steregushchy, dalle fregate classe Admiral Gorshkov e dai sottomarini della classe Yasen. I rapporti dell’intelligence statunitense indicano che il missile diventerà operativo nel 2023.

Il Kinzhal è un un missile balistico lanciato dall’aria derivato da una modifica del missile balistico a corto raggio (Srbm) 9K720 Iskander. Secondo i rapporti dell’intelligence statunitense, il Kinzhal è stato lanciato con successo da un caccia MiG-31 modificato (versione K) nel 2018 ed ha colpito un bersaglio a una distanza di circa 500 miglia. La Russia prevede di utilizzare il missile sia sul MiG-31K che sul cacciabombardiere Su-34 nonché sul bombardiere strategico Tu-22M3. I media russi riferiscono che la velocità massima del Kinzhal è di Mach 10, con una portata fino a 2000 chilometri quando lanciato dal MiG-31. Secondo quanto riferito, il Kinzhal è in grado manovrare, pertanto sarebbe in grado di colpire obiettivi sia terrestri sia navali e potrebbe eventualmente essere dotato di testata nucleare.

Cina

La Cina ha condotto con successo una serie di test del DF-17, un missile balistico a medio raggio specificamente progettato per il lancio di Hgv. Gli analisti dell’intelligence statunitense valutano che il missile ha una portata compresa tra 1600 e i 2400 chilometri ed è operativo.

Pechino ha testato anche il missile balistico intercontinentale DF-41, che potrebbe essere modificato per trasportare un Hgv convenzionale o nucleare. La Cina ha testato il suo sistema Hgv, denominato DF-ZF (precedentemente noto WU-14) almeno nove volte dal 2014. Secondo l’intelligence degli Stati Uniti la gittata del DF-ZF è approssimativamente di 2mila chilometri. Sebbene l’informazione non sia confermata, alcuni analisti ritengono che il DF-ZF sia già operativo dal 2020.

La Cina ha anche testato con successo il sistema Starry Sky-2 (o Xing Kong 2), un prototipo di veicolo ipersonico con capacità nucleare, nell’agosto 2018. Pechino afferma che il veicolo può raggiungere la velocità massima di Mach 6 ed eseguire una serie di manovre in volo prima di colpire il suolo. A differenza del DF-ZF, Starry Sky-2 è un “waverider” che utilizza il motore dopo il lancio e che vola sulle proprie onde d’urto. Alcuni rapporti indicano che potrebbe essere operativo entro il 2025. Molto di recente, ad agosto 2021, Pechino ha effettuato un test di quello che è sembrato un Hgv utilizzante il sistema Fobs (Fractional Orbital Bombardment System) che è stato lanciato da un missile Lunga Marcia. La Cina nega, ma se fosse confermato questo potrebbe fornirle una capacità di attacco globale utilizzando lo spazio (il vettore compie almeno un’orbita) e ridurre ulteriormente i tempi di preavviso in caso di attacco.

Stati Uniti

Gli Stati Uniti, nonostante le ricerche pionieristiche relative ai sistemi di propulsione ramjet/scramjet, sono piuttosto indietro nello sviluppo di sistemi d’arma ipersonici. Attualmente ci sono in essere diversi programmi in carico alle diverse forze armate per poter ovviare a questa pesante lacuna.

In un memorandum del giugno 2018 il Dipartimento della Difesa ha annunciato che la U.S. Navy avrebbe guidato lo sviluppo del Common Glide Vehicle (Cgv) da utilizzare per tutte le forze armate. Il Cgv è in fase di adattamento dal prototipo di un veicolo di rientro dell’U.S. Army capace di velocità intorno ai Mach 6, l’Alternate Re-Entry System, che è stato testato con successo nel 2011 e nel 2017. Il Conventional Prompt Strike (Cps) della marina Usa dovrebbe accoppiare il Cgv con un booster per creare un All Up Round (Aur) comune da utilizzare per entrambe le forze armate.

Secondo i documenti di bilancio per l’anno 2022 della marina, la U.S. Navy intende condurre test dei sistemi di supporto per il dispiegamento del Cps sui cacciatorpediniere della classe Zumwalt entro il 2025 e sui sottomarini della classe Virginia entro il 2028. A quanto pare la U.S. Navy potrebbe raggiungere una capacità operativa limitata di questo sistema sui sottomarini della classe Ohio già nel 2025 e parallelamente dispiegarlo anche sui cacciatorpediniere della classe Arleigh Burke.

Il programma di armi ipersoniche a lungo raggio dell’U.S. Army dovrebbe accoppiare, come già accennato, il Cgv con un booster sviluppato dalla marina in un sistema definito Lrhw (Long Range Hypersonic Weapon). Il sistema dovrebbe avere una gittata di oltre 2700 chilometri e fornire all’esercito statunitense un modello di sistema d’arma di attacco strategico per sconfiggere penetrare e neutralizzare le bolle A2/AD, sopprimere la capacità di fuoco a lungo raggio dell’avversario e ingaggiare altri bersagli altamente paganti. Si prevede di condurre il primo test di volo del Lrhw nel 2022 o nel 2023, anno, quest’ultimo, in cui il Pentagono prevede di schierare il primo prototipo sperimentale per poi passare a un programma di test a partire dalla fine del 2024.

Il vettore in sviluppo dall’U.S. Air Force per un missile da crociera lanciato in volo è l’Agm-183A. Si tratta di un aliante ipersonico, con booster, in grado di raggiungere velocità medie comprese tra Mach 6,5 e Mach 8 e una gittata di circa 1600 chilometri. Il programma sta subendo notevoli ritardi a causa dei test falliti: solo il primo, del tipo “captive carry” effettuato a giugno 2019 ha avuto successo, mentre gli altri tre di aprile, luglio e dicembre 2021 sono falliti. Nel febbraio 2020, l’U.S. Air Force ha annunciato di aver cancellato la sua seconda arma ipersonica in programma, l’Hypersonic Conventional Strike Weapon (Hcsw), che avrebbe dovuto utilizzare il Cgv e il sistema booster, a causa dei tagli al budget. L’Agm-183A – o Air Launched Rapid Response Weapon (Arrw) – può essere trasportato da bombardieri B-52. Infine, nel 2022, l’aeronautica statunitense ha lanciato il programma Hypersonic Attack Cruise Missile (Hacm) per lo sviluppo di un missile da crociera ipersonico. Alcuni rapporti indicano che l’Hacm dovrebbe essere lanciato da bombardieri e cacciabombardieri, e risulta che un B-52 potrebbe potenzialmente trasportarne 20. L’U.S. Air Force ha anche ufficialmente richiesto informazioni all’industria sul programma Expendable Hypersonic Air Breathing Multi-Mission Demonstrator, in alternativa noto come Project Mayhem.

Project Mayhem è pensato per generare un velivolo in grado di volare a distanze significativamente più grandi di quelle dei missili in sviluppo oggi negli Stati Uniti. Sembra che il Mayhem possa trasportare più carichi utili per diverse missioni che vanno dal bombardamento all’Isr (Intelligence Surveillance Reconnaissance).

Altri Paesi

Anche un certo numero di altri Paesi, tra cui Australia, India, Francia, Germania, Giappone e Corea del Nord, si stanno sviluppando tecnologia per sistemi d’arma ipersonici.

Dal 2007 gli Stati Uniti collaborano con l’Australia nel programma Hifire (Hypersonic International Flight Research Experimentation) per lo sviluppo di tecnologie ipersoniche. A luglio 2017, è stato condotto un test coronato da successo che ha esplorato le dinamiche di volo di un Hgv a Mach 8, mentre test precedenti hanno esplorato le tecnologie dei motori scramjet. Il successore di Hifire, il programma Scifire (Southern Cross Integrated Flight Research Experiment) svilupperà ulteriormente le tecnologie di air breatning ipersonico. I test sono previsti entro la metà degli anni ’20.

L’India sta collaborando con la Russia per lo sviluppo del missile Brahmos II, un vettore da crociera ipersonico da Mach 7. Sebbene fosse inizialmente previsto per essere messo in campo nel 2017, le notizie indicano che il programma sta affrontando ritardi significativi ed ora si prevede il raggiungimento della capacità operativa iniziale tra il 2025 e il 2028. Secondo quanto riferito, l’India sta anche sviluppando un missile da crociera ipersonico autoctono a doppia capacità.

La Francia ha collaborato e stipulato contratti con la Russia per lo sviluppo della tecnologia ipersonica. Sebbene Parigi abbia investito nella ricerca sulla tecnologia ipersonica sin dagli anni ’90, ha annunciato solo di recente la sua intenzione di acquisire armamenti di questo tipo. Nell’ambito del programma V-max (Experimental Maneuvering Vehicle), la Francia prevede di modificare il suo missile supersonico ASN4G aria-superficie per il volo ipersonico entro il 2022. Alcuni analisti ritengono che il programma V-max ha lo scopo di dotare la Francia di un’arma nucleare strategica.

La Germania ha testato con successo un veicolo sperimentale ipersonico (Shefex II) nel 2012 tuttavia si ritiene che la Germania potrebbe aver ritirato i finanziamenti per il programma. L’a tedesca DLR, però, continua a eseguire ricerche e testare veicoli ipersonici nell’ambito del progetto Atllas II dell’Unione Europea, per un veicolo in grado di raggiungere la velocità di Mach 5-6.

Il Giappone sta sviluppando l’Hypersonic Cruise Missile (Hcm) e l’Hyper Velocity Gliding Projectile (Hvgp). Secondo Jane’s, il Giappone prevede di schierare l’Hvgp, per attacchi d’area e per colpire le portaerei nel 2026, mentre l’Hcm dovrebbe entrare in servizio nel 2030.

La Corea del Nord ha effettuato due test di quello che è sembrato un sistema Hgv ipersonico montato su un vettore balistico Hwasong-12, tuttavia persistono dubbi sul fatto che possa essere tale e non piuttosto un nuovo tipo di veicolo di rientro manovrabile (Marv).

Altri paesi, inclusi Iran, Israele e Corea del Sud, hanno condotto ricerche sull’ipersonico in particolare sui flussi d’aria e sui sistemi di propulsione, ma in questo momento si ritiene non abbiano raggiunto un livello tecnologico tale da poter inaugurare un programma di armi ipersoniche.

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