SCIENZA E RICERCA

Nuove Wunderwaffen: i missili ipersonici

Si sta intensificando fra Cina, Russia e Stati Uniti una nuova corsa agli armamenti, questa volta non necessariamente coinvolgente ordigni nucleari ma mirante alla militarizzazione di missili ipersonici (HM), veicoli plananti a velocità ipersonica manovrabili, dotati essenzialmente di armi cinetiche. 

Il volo ipersonico differisce profondamente sia da quello subsonico (con velocità inferiori a quella del suono nell’atmosfera, Mach 1), che quello supersonico (fra 1 e 3 Mach): i veicoli ipersonici viaggiano con velocità fra 5.000 e 25.000 kilometri all’ora (fra 5 e 25 Mach) a quote insolite – tra poche decine di kilometri a 100 kilometri. Il regime ipersonico pone problematiche crescenti al crescere della velocità, riguardanti aspetti sia fluidodinamici altamente non lineari, che termici lontani dall’equilibrio con importanti gradienti d’entropia, incluse alterazioni chimiche dell’atmosfera e l’innesco di processi di ionizzazione. Tutti questi fenomeni si acuiscono col quadrato della velocità.

Gli studi delle caratteristiche e proprietà di tale regime risalgono agli anni ’30, sviluppati dagli ingegneri aeronautici austriaci Eugen e Irene Sänger, e sono stati ripresi negli USA e in URSS dagli anni ’50 nel contesto dello sviluppo missilistico e in particolare per il rientro di veicoli spaziali con manovre per farli planare per centinaia di kilometri, al fine di ridurre gli effetti termici. In pratica i veicoli ipersonici hanno degli assetti aerodinamici tali da creare nell’atmosfera rarefatta violente onde d’urto (onde di compressione di grande ampiezza al cui interno variano drasticamente densità, pressione e velocità del fluido), sulle quali essi planano per lunghissime distanze ricevendo una spinta ascensionale che può giungere a far loro compiere “salti” al di fuori dell’atmosfera.

Esistono essenzialmente due tipi primari di missili ipersonici: i veicoli plananti ipersonici (HGV) vengono lanciati da razzi e rilasciati in una traiettoria sub-orbitale alla giusta altitudine, velocità e angolo rispetto all’orizzonte locale per consentire loro di volare verso i loro bersagli planando lungo l’atmosfera superiore per molte migliaia di chilometri. Mentre gli HGV non hanno propulsione autonoma, i missili da crociera ipersonici (HCM) lanciati da aerei o missili sono alimentati fino ai loro obiettivi da razzi o motori a reazione avanzati, come scramjet(statoreattori [ramjet] a combustione supersonica). Sono versioni più veloci degli attualimissili da crociera subsonici o appena supersonici. 

La padronanza della tecnologia ipersonica richiede il superamento di formidabili barriere tecniche: la gestione degli effetti termici, anche con la produzione di materiali speciali, il controllo dell’assetto e del volo, i sistemi di guida ad alta precisione, la comunicazione superando l’involucro ionizzato, la propulsione per gli HCM, lo sviluppo di modelli, simulazioni e test operativi. Secondo gli esperti, lo sviluppo di armi ipersoniche effettivamente operative può richiedere ancora una decina d’anni di ricerca e messa a punto.              

I veicoli ipersonici militari possono avere un carico utile di mezza tonnellata per munizioni convenzionali o nucleari: in realtà  essi stessi costituiscono un’arma cinetica, in grado di distruggere strutture leggermente corazzate o sotterranee con le onde d’urto che generano all’impatto e che possono anche propagarsi per centinaia di metri sottosuolo.

Piuttosto che esplosivi chimici, si sono proposti proiettili a energia cinetica (KEP): qualche migliaio di cilindretti di tungsteno da 750 g (freccette d’urto), che in prossimità dell’obiettivo vengono dispersi uniformemente da una limitata esplosione chimica a creare una rosa delle dimensioni volute (diametro qualche decina di metri); ogni freccetta d’urto potrebbe tipicamente avere l’energia di 200 mila J (come l’esplosione di 5 kg di TNT), in grado di penetrare missili, aerei, carri armati, radar, navi e strutture di aeroporti e altri obiettivi militari. 

Si tratta quindi di sistemi d’arma pensati contro obiettivi d’alto valore militare, per cui è cruciale un’altissima precisione (dell’ordine di pochi metri), in particolare nel caso di armamento non nucleare, da raggiungere con avanzati sistemi di guida.                

Poiché sia gli HGV che gli HCM sono manovrabili lungo percorsi imprevedibili, è molto più difficile sviluppare sistemi di difesa efficaci contro i veicoli ipersonici rispetto ai missili balistici, con le loro traiettorie prevedibili. Inoltre,la quota di volo endo-atmosferica e l’alta manovrabilità rendono gli HM individuabili dai radar solo quando sono ormai vicini ai loro obiettivi, a differenza dei missili balistici, che possono essere osservati e seguiti quando sono ancora nella fase di volo exo-atmosferica. Altri vantaggi rispetto ai missili balistici sono una gittata potenzialmente maggiore e maggiori carichi utili.  

I programmi militari in fase di sviluppo

Gli attuali progetti americani per lo sviluppo di armi ipersoniche risalgono al 2003, nel contesto del programma Conventional Propt Global Strike (CPGS) dell’amministrazione di George W. Bush per lo sviluppo di sistemi in grado di colpire con armi convenzionali obiettivi in qualunque punto della terra entro “minuti o ore”, senza il ricorso a basi avanzate, ossia con lanci dal territorio americano. Lo scopo era di rafforzare la capacità degli Stati Uniti di dissuadere e sconfiggere gli avversari mediante la possibilità di attaccare obiettivi di alto valore o “fugaci” (visibili solo per un breve periodo di tempo), all’inizio o durante un conflitto.Al contempo sisarebbero potute ridurre le basi americane all’estero.

Fra altri vari possibili sistemi CPGS, gli Stati Uniti hanno sviluppato e testato due sistemi ipersonici: l’Hypersonic Technology Vehicle-2 (HTV-2) dell’aeronautica e l’Advanced Hypersonic Weapon (AHW) dell’esercito.

L’HTV-2, dalla forma a cuneo, pianificato per una gittata di 17.000 km, è stato testato ad aprile 2010 e agosto 2011; entrambi i test sono falliti e il programma è stato cancellato. L’AHW, di forma conica, dotato di un sistema di guida di alta precisione, con una gittata massima di circa 8.000 km (e quindi un CPGS “non” globale) ha avuto un test positivo nel 2011 con un volo planato di 2.400 km, mentre un test nel 2014 è fallito per problemi del missile vettore; alla fine di ottobre 2017 è stato effettuato un test positivo con un lancio da un sommergibile. Nel 2018 il dipartimento della difesa ha imposto a esercito, marina e aeronautica di collaborare per sviluppare un comune AHW operativo per i primi anni ‘20. 

La Russia ha ripreso e sviluppato precedenti ricerche nel campo dei sistemi ipersonici in seguito al ritiro americano dal trattato ABM (2002) e la ripresa di attività nel campo dei sistemi anti-missile. L’obiettivo russo è appunto la creazione di forze strategiche non intercettabili dagli americani e quindi in grado di garantire comunque la capacità di reazione a una provocazione nucleare. Il sistema russo in avanzato stadio di sviluppo è un HGV manovrabile con possibile armamento nucleare, denominato Avangard (ovvero Project 4202 o Yu-74); sganciato al suo apogeo a circa 100 km di altezza da un missile balistico tipo l’SS-19 (UR-100NUTTH) e in futuro dall’R-28 “Sarmat”, poi dovrebbe planare per oltre 6.000 km a velocità fino a 20 Mach (quasi 7 km/s). Risulta effettuata oltre una dozzina di test di volo e il presidente Putin ha dichiarato (dicembre 2018) che il primo reggimento di Avangard  verrà creato entro il 2019. 

Anche la Cina è fortemente impegnata nello sviluppo di HM, in particolare del veicolo HGV Dong Feng (vento dell’est) noto anche come DF-DZ o WU-14, in grado di planare velocità superiori a 10  Mach. Fra il 2014 e il 2016 vi sono  almeno 7 test del veicolo lanciato da missili a corto e medio raggio, e nel novembre 2017 la Cina ha compiuto due test del DF-DZ utilizzando come vettore il missile a raggio intermedio DF-17, sviluppato specificatamente per HGV. Il 6 agosto 2018 la Cina ha annunciato il test di un velivolo planante ipersonico con fusoliera a cuneo e sistemi avanzati di protezione termica (XINGKONG-2  o Starry Sky-2), che ha raggiunto la velocità di 5,5 Mach a una quota di 29 km, per poi raggiungere l’obiettivo designato dopo ampie manovre.

Gli HGV cinesi con armamento convenzionale vengono considerati come forza anti-navale, per garantire il controllo del mar Cinese e contrastare la flotta americana, e come sistema per rafforzare le proprie capacità A2/AD (anti-access/area denial) nell’area Asia-Pacifico: capacità di prevenire operazioni dell’avversario in una zona esclusiva (“bolla”) adiacente al proprio territorio mediante una combinazione di sensori e di vettori a lunga gittata in funzione antiaereo, antinave e antimissile terrestre. Possibili HGV con armi nucleari su vettori intercontinentali possono contribuire alla deterrenza rispetto agli USA con la loro penetrabilità dei sistemi antimissile.

Implicazioni strategiche delle armi ipersoniche

Una corsa agli armamenti per le armi ipersoniche presenta molti aspetti destabilizzanti per il presente, già di per sé precario, equilibrio strategico globale, aumentando le incertezze e i rischi di escalationdel confronto  militare in caso di conflitto. 

Un primo rischio è l’ambiguità di armamento, dato che gli attaccati possono interpretare erroneamente il lancio di un veicolo con armi convenzionali e concludere che il missile trasporta invece armi nucleari, suggerendo la necessità di una risposta nucleare. Le armi ipersoniche, per la loro alta manovrabilità, possono indurre un paese che ne osserva il lancio a concludere erroneamente di essere il vero obiettivo dell’attacco (ambiguità di destinazione), mentre il veicolo HM è destinato a un altro paese. Nel caso del mancato avvistamento del lancio di un HM, un paese attaccato può non sapere quale sia lo stato attaccante (ambiguità di origine). Uno stato può erroneamente ritenere che siano minacciate le proprie forze nucleari, mentre l’obiettivo sono sistemi convenzionali; il rischio è tanto maggiore data la crescente integrazione di sistemi di comando e controllo nucleari e convenzionali (ambiguità di obiettivo). Il timore che le proprie forze cruciali —in particolare le armi nucleari— siano vulnerabili ad attacchi preventive di sistemi ipersonici convenzionali può creare pressioni su uno stato a usare, o minacciare di usare, tali forze per primo (instabilità in situazioni di crisi).

Un attacco ipersonico potrebbe verificarsi con pochissimo tempo di preavviso (qualche minuto); questo fattore e l'imprevedibilità degli obiettivi di un attacco ipersonico comprimono i tempi di risposta del paese attaccato. I missili ipersonici aumentano così i timori di un attacco disarmante, incoraggiando a devolvere il comando e il controllo strategico a comandi inferiori e disperdere le forze, in una postura di allerta durante una crisi, misure estremamente destabilizzanti, abbassando la soglia per azioni militari.

Al momento non esistono trattati o convenzioni che limitino lo sviluppo di HGV o HCM, con armamento convenzionale. Durante i negoziati per il New START la Russia aveva sollevato il problema delle armi convenzionali di alta precisione, che considera tuttora una minaccia alla stabilità strategica; il trattato comprende così i missili con testate convenzionali nel computo dei vettori consentiti solo se la loro traiettoria è essenzialmente balistica, per cui i sistemi HM convenzionali rimangono esclusi. Le armi ipersoniche nucleari ricadono genericamente nel dettato dell’articolo VI del trattato di non-proliferazione e potrebbero venir discusse nell’ambito della prossima conferenza di revisione. 

Vista l’intrinseca natura destabilizzante di tali armi e che vi è ancora una decina di anni prima della loro effettiva operatività, sarebbe nell’interesse comune se Cina, Russia e Stati Uniti negoziassero un bando di tali armi, o comunque raggiungessero un accordo per la moratoria dello sviluppo di HM.

Problemi di proliferazione

Le enormi capacità militari degli HM potrebbero rendere l’acquisizione della tecnologia ipersonica un obiettivo desiderabile per altri paesi oltre alle tre grandi potenze, anche nella prospettiva del raggiungimento di una forza di deterrenza contro le stesse potenze maggiori: pertanto il rischio di una proliferazione di armi ipersoniche non può venir escluso. 

Di fatto, oltre alle  tre grandi potenze,stanno sviluppando tecnologie ipersoniche militari anche Francia eIndia, attingendo in una certa misura alla cooperazionecon la Russia. Entrambi i paesi mirano alla realizzazione di cruise ipersonici: la Francia ha recentemente lanciato il progetto V-MaX e l’India è impegnata nello sviluppo del BrahMos II, per impiego antinave. 

In termini di livello di impegno, i principali programmi, non necessariamente militari, sonoquelli di Australia, Giappone e di paesi europei, con intense collaborazioni, che portano a ulteriore diffusione delle tecnologie ipersoniche. La tecnologia ipersonica infatti ha un duplice carattere e può essere impiegata anche per scopi civili, inclusi i lanci spaziali, il rientro di veicoli spazialie il trasporto civile di passeggeri e merci. 

In Australia l’università del Queensland sviluppa motori sramjet in collaborazione con laboratori militari americani, mentre in Giappone si stanno sviluppando progetti per aerei commerciali in grado di volare a velocità di Mach 5; in questi progetti è coinvolta anche la Commissione Europea. L’Unione europea ha in corso tre programmi miranti allo sviluppo delle tecnologie necessarie per un aereo di trasporto civile operante a Mach 5, mentre l’ESA lavora per un veicolo sub-orbitale sperimentale IXV per testare le condizioni di rientro in atmosfera con velocità e traiettorie orbitali; in tali ricerche sono impegnati vari paesi europei in strette collaborazioni. Ricerche ipersoniche non governative sono presenti presso istituti di ricerca, università e industrie anche in Brasile, Canada, Corea del Sud, Iran, Israele, Pakistan, Singapore e Taiwan. 

La situazione attuale, con la ricerca ipersonica apertamente e ampiamente diffusa tra i governi, industrie e università, presenta sfide per la non proliferazione di questo nuovo sistema d’arma. Le attuali attività mirano a obiettivi scientifici e applicazioni civili, tuttavia, una volta che uno stato acquisisce la tecnologia ipersonica, le sue intenzioni possono cambiare, in particolare in situazioni di competizione o di particolari problematiche di sicurezza, quando anche le serie incertezze economiche sul mercato delle applicazioni commerciali, vengono superate da esigenze militari.

Dato il livello ancora inadeguato della ricerca civile attuale a fronte delle enormi difficoltà per la piena padronanza della tecnologia ipersonica militare, la proliferazione di HM potrebbe venir impedita da un regime di controlli sulle esportazioni, sul modello del Missile Technology Control Regime (MTCR), che incorpora già alcuni controlli sulle tecnologie correlate all'ipersonico. Tuttavia, il MTCR mira a inibire solo la proliferazione di missili per missioni nucleari, chimiche o biologiche, mentre i missili ipersonici anche con armamento convenzionale sono estremamente efficaci e destabilizzanti. Quindi i controlli di esportazione sui missili ipersonici richiedono politiche al di fuori dell'MTCR o approcci ibridi. 

In ogni modo, Cina, Russia e Stati Uniti non possono pretendere di imporre vicoli alla proliferazione di HM se non si impegnano in via primaria a fermare la loro pericolosissima corsa a questi armamenti. 

alessandro pascolini

ALESSANDRO PASCOLINI

Alessandro Pascolini è uno studioso senior dell’Università di Padova, già docente di fisica teorica e di scienze per la pace, ed è vice-direttore del Master in comunicazione delle scienze. Si occupa di fisica nucleare, controllo degli armamenti e divulgazione scientifica. Dal 1988 al 2002 è stato responsabile delle attività di promozione della cultura scientifica dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, producendo una sessantina di mostre in Italia e all’estero e predisponendo testi e materiali audiovisivi, cinematografici e multimediali. La Società Europea di Fisica gli ha conferito il premio 2004 per la divulgazione scientifica. È vicepresidente dell’ISODARCO e partecipa alle Pugwash Conferences on Science and World Affairs.

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