Fin dagli albori del radar, i progettisti di aerei militari hanno cercato di mascherare i loro aerei dal rilevamento utilizzando una combinazione di forme che riflettono il radar e materiali che assorbono il radar. Questa tecnologia dei velivoli stealth è ancora in evoluzione, con velivoli sempre più avanzati che impiegano queste tecniche su una serie di piattaforme.

Nel tentativo di migliorare i materiali attuali, che notoriamente hanno diversi svantaggi, un team della North Carolina State University ha sviluppato un nuovo rivestimento a base di ceramica che non solo offre miglioramenti drammatici nell'invisibilità radar, ma probabilmente porterà a tutta una serie di miglioramenti alle prestazioni generali del velivolo.

"Se otteniamo il sostegno necessario per scalare questo, i produttori di aerei saranno in grado di riprogettare fondamentalmente gli aerei stealth", ha detto Chengying "Cheryl" Xu, il cui team di ricerca della NC State ha sviluppato la nuova pelle stealth dell'aereo in un comunicato stampa che annuncia i loro risultati. "Il materiale che abbiamo progettato non è solo più assorbente per i radar, ma permetterà anche alla prossima generazione di aerei stealth di essere più veloce, più manovrabile e in grado di viaggiare più lontano".

RENDERE INVISIBILI GLI AEREI STEALTH

Attualmente, gli aerei stealth come il famigerato F117-A Stealth Fighter o il B2 "Stealth" Bomber sono già coperti da una guaina di polimeri che assorbono il radar e che, secondo la ricerca del team del NC State, assorbono tipicamente tra il 70% e l'80% dell'energia del radar di tracciamento. Questo li rende difficili da distinguere dagli uccelli e da altri oggetti aerei più piccoli, specialmente se combinati con forme e design che riflettono l'energia radar rimanente lontano dai rilevatori.

Eppure, questi materiali hanno alcuni svantaggi, con due in cima alla lista.

In primo luogo, sono relativamente fragili e possono essere facilmente danneggiati dall'esposizione a sale, umidità o praticamente qualsiasi materiale abrasivo. In alcuni casi, questo significa che il materiale stealth è reso meno efficace, e in altri, tale danno può causare che il materiale si sfaldi completamente.

In secondo luogo, la maggior parte dei polimeri furtivi avanzati si degradano a temperature superiori a 250 Celsius, un livello di calore non insolito per i motori degli aerei e le superfici di controllo ad alte prestazioni.

"Ci sono due posti su un jet che possono diventare particolarmente caldi", afferma il comunicato stampa che annuncia i risultati. "Per gli aerei supersonici, uno di questi posti è il bordo d'attacco delle ali. Quando il bordo di un'ala colpisce l'aria in arrivo ad alta velocità, genera un'enorme quantità di attrito. Questo può creare punti caldi sul bordo dell'ala "in eccesso di 250 C".

Secondo la ricerca, questo calore estremo ha costretto i progettisti ad adattare la forma dell'ala, spesso con conseguente riduzione dello stealth, della manovrabilità e persino della portata.

Come notato in precedenza, il danno da calore entra in gioco anche nella parte posteriore dell'aereo, dove lo scarico dei motori raggiunge costantemente temperature superiori a 250 C. Fino ad ora, i progettisti hanno dovuto compensare aggiungendo ugelli di scarico extra-lunghi per dirigere quel calore lontano dal mezzo. Purtroppo, come gli adattamenti apportati alle ali, anche queste modifiche influiscono negativamente sulle prestazioni dell'aereo. 

COME RENDERE GLI AEREI STEALTH INVISIBILI E IPERSONICI

Con tutte queste limitazioni in mente, e con il supporto dell'Office of Naval Research, della National Science Foundation e dello Stato del North Carolina, Xu e il suo team NC State hanno esaminato una categoria di materiali già noti per la loro capacità di gestire il calore estremo: la ceramica. Sorprendentemente, hanno scoperto che questi materiali erano anche ideali per assorbire il radar.

"Per prima cosa, i test di laboratorio hanno scoperto che la ceramica è più assorbente del radar rispetto ai polimeri esistenti, essendo in grado di assorbire il 90% o più dell'energia del radar", nota il comunicato stampa. "È, in effetti, molto più difficile da 'vedere' per il radar".

Con i risultati descritti in dettaglio in un trio di studi (1,2,3) pubblicati dal team di NC State nella rivista ACS Applied Materials & Interfaces, i ricercatori sottolineano che la ceramica è anche molto più resistente agli effetti nocivi dell'aria, dell'acqua, del calore e anche di cose come la sabbia, che possono tutti fare danni significativi ai materiali attuali a base di polimeri. Notano anche che il materiale ceramico che hanno usato "mantiene le sue caratteristiche radar-assorbenti a temperature elevate come 1.800° C (e fredde come -100° C)".

Nell'evidenziare la velocità di applicazione del loro materiale, affermando che "questo processo richiede uno o due giorni", Xu ha anche evidenziato la facilità di applicazione. In breve, un precursore ceramico liquido viene spruzzato sulla superficie dell'aereo. Poi, una volta che il precursore liquido è esposto all'aria ambiente, subisce una serie di reazioni chimiche che lo convertono nel materiale ceramico solido.

Alla fine dell'anno scorso, l'appaltatore civile Battelle stava anche lavorando su un approccio basato sulla ceramica per il rivestimento di missili ipersonici che può raggiungere temperature fino a 2.760 Celsius, o dieci volte più calde della temperatura necessaria per fondere la maggior parte dei materiali stealth. Quel rapporto ha anche spiegato come "il materiale di svolta è detto essere dodici volte più efficace nel dissipare il calore rispetto ad altri materiali attualmente disponibili".

IL FUTURO DEGLI AEREI STEALTH IPERSONICI

Finora, il processo del team di NC State è stato applicato solo in un ambiente di laboratorio, e a causa del loro budget limitato, devono ancora provarlo su un aereo in scala reale. Ma secondo Xu, questo potrebbe cambiare.

"Abbiamo recentemente ottenuto un finanziamento dall'Air Force Office of Scientific Research che ci permetterà di produrre e testare campioni molto più grandi, ed è su questo che stiamo lavorando ora", ha detto. "In definitiva, speriamo di lavorare con partner industriali per aumentare la scala e iniziare a lavorare sulla prossima generazione di aerei stealth".

Il tempo e altri test determineranno se il processo di Xu e del suo team arriverà fino ai veicoli da combattimento. Tuttavia, dato il nuovo finanziamento e il bisogno immediato delle forze militari del 21° secolo, potrebbe essere solo una questione di tempo prima che i jet ricoperti di ceramica volino sopra la testa.