Fotografare il Concorde in volo: un'impresa non semplice...

Concorde in volo a Mach 2 e 50.000 piedi di quota. Foto di Adrian Meredith.

Adrian Meredith, fotografo specializzato in foto aeree. La sua pagina LinkedIn

Tutti avremo sicuramente visto qualche fotografia del Concorde, futuristico aereo passeggeri supersonico costruito da Aérospatiale e BAC negli anni ’60 e che volò fino ai primi anni 2000. Questa foto però è particolare: ci mostra l’unica occasione in cui fu possibile fotografare il Concorde in volo alla sua velocità massima di oltre Mach 2. Fu scattata nell’Aprile del 1985 dal fotografo Adrian Meredith, ospite per l’occasione sul sedile posteriore di un intercettore Panavia Tornado ADV. E il fotografo ebbe solo 4 minuti per scattare questa foto.

Ma perché ebbe così poco tempo? E perché per permettergli di fare questa foto fu necessario imbastire una complessa operazione aerea, accuratamente pianificata ed eseguita con precisione cronometrica?

La spiegazione è una storia interessante e ci da l’occasione di capire qualcosa in più su come funzionano gli aeroplani.

Ma prima di tutto, presentiamo i protagonisti di questa storia:

Il Concorde

Il Concorde in decollo con la livrea British Airways. Il muso veniva piegato in giù durante il decollo e l’atterraggio per permettere ai piloti di vedere meglio la pista.

Il Concorde non ha sicuramente bisogno di presentazioni. E’ uno degli aerei più famosi nella storia. Decollato per la prima volta nel 1969 fu l’unico velivolo commerciale passeggeri supersonico a prestare servizio regolare¹. Era capace di volare a oltre 60.000 piedi di quota (Oltre 18.000 metri) e a quella quota² poteva raggiungere Mach 2, ovvero due volte la velocità del suono³– circa 2.120 km/h. Restò in servizio fino ai primi anni 2000 sulle rotte Parigi/New York e Londra/New York, anche se i consumi e i costi di gestione dei velivoli erano tali che, benché i biglietti costassero migliaia di €, di fatto le compagnie aeree lavoravano in perdita.

Concorde con motore in fiamme il 25 Aprile 2000 — Il volo Air France 4590 il 25 Aprile 2000. Il serbatoio dell’ala di sinistra è in fiamme, i motori di quell’ala si stanno spegnendo e le superfici di comando sono danneggiate; il velivolo è praticamente ingovernabile. Si schianterà su un piccolo albergo due minuti dopo. Nessuno dei presenti a bordo sopravviverà.

Nel 2000 dopo un tragico incidente in decollo a Parigi, causato da dei detriti in pista, i Concorde rimasti furono messi a terra e non tornarono più in servizio.

Il Tornado

Tornado ADV della Royal Air Force articolo sul Concorde — Tornado ADV della Royal Air Force

Il Panavia PA-2000 Tornado iniziò la propria vita negli anni ’60 come progetto per un cacciabombardiere avanzato per le aviazioni di Germania, Italia e Gran Bretagna. La storia del progetto fu lunga e complessa; nel 1974 però fece il primo volo quello che sarebbe poi diventato il Tornado IDS (Interdiction/Strike), che ebbe in seguito occasione di dimostrare notevoli doti di cacciabombardiere grazie alla sua capacità di volare a bassissima quota ad alta velocità. Il velivolo ha prestato servizio anche in Italia, tra i reparti che lo utilizzarono segnalo il 6° Stormo “Diavoli Rossi” oggetto di un precedente articolo su questo sito.

Pochi anni dopo il Regno Unito, che aveva bisogno di un intercettore a lungo raggio per pattugliare il Mare del Nord contro le incursioni di bombardieri e aerei spia sovietici, decise di partire dal Tornado IDS per svilupparne la variante ADV (Air Defense Variant); contraddistinto da varie modifiche aerodinamiche e da differenti apparati interni, l’ADV era meno performante dell’IDS a bassa quota ma più veloce ad alta quota. Poteva volare a 50.000 piedi e raggiungere Mach 2.2 ovvero circa 2.380 km/h. Prestò servizio fino ai primi anni 2000, venendo utilizzato anche dall’Aeronautica Militare Italiana, per poi essere rimpiazzato dagli Eurofighter Typhoon. Il Tornado ADV è di fatto ormai non più in servizio mentre il Tornado IDS è ancora attivo, anche se molti utilizzatori lo stanno sostituendo con l’F-35 Lightning II.

Una domanda…

Ora, qualcuno leggendo le descrizioni sopra si sarà posto già la domanda: “Ma scusate, se il Tornado ADV era più veloce del Concorde quale era il problema? L’intercettore poteva raggiungere e affiancarsi al Concorde senza problemi, bastava che quest’ultimo scendesse un po’ di quota!”.

E questa è una buona domanda, ma la risposta è un po’ complicata.

Il Tornado ADV (o F3 a seconda della nomenclatura) poteva effettivamente raggiungere i 2.388 km/h (ad alta quota, a bassa quota chiaramente le velocità raggiungibili sono minori) e quindi si potrebbe pensare che non avrebbe avuto problemi a tenere il passo del Concorde, che raggiungeva “appena” i 2.200 circa.

C’era però un grosso problema, anzi due collegati tra loro. Il primo si chiama “configurazione”, il secondo “carburante”.

Configurazione di un aereo da combattimento

Partiamo dal primo. Il Tornado poteva raggiungere la velocità citata, sì, ma soltanto se dal velivolo veniva tolto tutto l’armamento ed i serbatoi esterni così da portarlo in configurazione “pulita”.

Un Tornado ADV in configurazione “quasi” pulita; non ha serbatoi esterni ma è ben armato con missili aria/aria a corto e medio raggio. In queste condizioni l’intercettore poteva raggiungere circa Mach 1,6.

Questo perché ogni carico esterno (che fossero missili, bombe o serbatoi aggiuntivi) appeso sotto le ali o la fusoliera aumenta parecchio la resistenza aerodinamica del velivolo e quindi ne limita le prestazioni.

Questo Tornado è della variante IDS, ma ci mostra bene cosa vuol dire portare un carico pesante. I due serbatoi (montati sulle ali, all’interno) in particolare limitano molto sia la velocità massima sia la capacità di manovra.

Stive dell’armamento di un moderno F-35, coi portelli aperti. Le stive permettono di portare un certo numero di armi mantenendo una configurazione aerodinamica pulita.

Questo non vale solo per il Tornado ma per tutti i velivoli tattici della sua epoca (alcuni velivoli dei giorni nostri, come gli F-22 e gli F-35 statunitensi o il J-20 cinese, dispongono di stive interne per l’armamento e quindi aggirano in parte questo problema).

Drop Tank del Tornado — Un serbatoio sganciabile o Drop Tank. Ognuno di questi contiene 2.200 kg di carburante e può essere sganciato in volo una volta vuoto.

Un Tornado ADV “pulito” poteva raggiungere i 2.388 km/h (che, ad alta quota, equivalgono a oltre Mach 2.2), lo stesso velivolo con due serbatoi sganciabili in volo (drop tanks) più una dotazione di bombe e missili non raggiungeva nemmeno Mach 1.

Il carburante

Questa autocisterna porta 6 tonnellate di liquidi

Ne consegue che per poter inseguire e affiancarsi al Concorde il Tornado doveva essere in configurazione pulita e disporre quindi solo del carburante contenuto nei serbatoi interni, che nel Tornado ADV avevano capacità di 5.600 kg. Sembrano tanti, a scriverli così. Quasi 6 tonnellate, praticamente un’autocisterna neanche tanto piccola.

Distribuzione del carburante interno nell'intercettore F-15 Eagle — Non ho trovato uno schema dei serbatoi interni del Tornado ADV, ma questo schema relativo al velivolo F-15 Eagle dovrebbe rendere l’idea. I serbatoi distribuiti tra le ali e la fusoliera contengono 6,3 tonnellate di carburante, più dell’autocisterna mostrata poco fa.

Ma per un aeroplano in volo quanto sono, in effetti? Quanta strada ci può fare? In altri termini, quanto consuma un intercettore in volo?

Per capirlo serve sapere qualcosa sui motori aeronautici.

Le turboventole

Il Tornado, come molti velivoli di tipo simile, è equipaggiato con delle turboventole (un tipo di motore a getto – non mi dilungherò a spiegare come funzionino in dettaglio) simili in principio a quelle usate nei velivoli civili (con alcune differenze su cui non mi soffermo);

Funzionamento di una turboventola — Schema che mostra il funzionamento di una turboventola senza postbruciatore

la particolarità dei motori dei velivoli tattici è la presenza di un dispositivo detto “postbruciatore” (AfterBurner o “AB”, detto talvolta anche “reheat”), in pratica uno “spruzzatore” che nebulizza carburante direttamente nel flusso di gas incandescenti che escono dalla turboventola.

Schema postbruciatore — Schema di funzionamento di un postbruciatore. Potete immaginarlo montato in coda alla turboventola dell’immagine precedente.

L’AB aumenta di parecchio (in genere duplica o quasi) la spinta dei motori, al prezzo di un aumento sproporzionato dei consumi.

F-14 Tomcat con afterburner. — Il leggendario intercettore F-14 Tomcat della US Navy in volo al tramonto coi postbruciatori accesi. Se osservate i getti di gas di scarico, noterete delle ‘strisce’ di colore più chiaro. Si chiamano “shock diamonds” e per spiegare la loro esistenza occorrerebbe un trattato intero.

Il postbruciatore è una dotazione standard su quasi tutti i velivoli tattici e su alcuni altri velivoli militari di dimensioni maggiori, ma per quel che riguarda i velivoli civili è stato adottato solo su due velivoli, uno dei quali…indovinato: proprio il nostro Concorde (l’altro fu l’equivalente sovietico, il Tupolev Tu-144). Un fattore molto importante da considerare è che il Tornado, come tutti i velivoli della sua epoca, poteva raggiungere velocità supersoniche solo usando il postbruciatore. Senza di esso restava subsonico. La capacità di andare in supersonico senza AB (“supercruise”) è diventata realtà solo decenni dopo.

I consumi

Ok, ma quindi il consumo? Il consumo si calcola con un parametro detto “Consumo specifico in funzione della spinta” (Thrust Specific Fuel Consumption o TSFC), in pratica la misura di quanto carburante al secondo viene consumato quando i motori producono una certa spinta, che nel caso dei motori con postbruciatore ha ovviamente due valori: uno senza AB (“dry”) e uno con AB (“wet”).

Ora, torniamo al Tornado ADV. Il Tornado ADV era equipaggiato con due turboventole Turbo Union RB-199 per i quali trovo, da siti di dominio pubblico, i seguenti valori di spinta massima e consumo specifico:

Turbo Union RB 199	Spinta Massima (kN)	Consumo specifico TSFC (g/kNs)
Configurazione “Dry”	40	19
Configurazione “Wet”	73	70

Notiamo l’effetto dell’AB: la spinta è quasi doppia, ma il consumo specifico è più che triplo.

Abbiamo detto che per poter affiancare il Concorde il Tornado doveva necessariamente usare l’AB, quindi ci interessano i valori nella configurazione “Wet”.

Il consumo massimo è dato dalla spinta massima moltiplicata per il consumo specifico, quindi:

73 kN x 70 g/kNs = 5.110 g/s ovvero 5 kg/s per motore – ovvero 36 tonnellate l’ora per i due motori.

Considerando che come detto sopra il Tornado portava 6 tonnellate di carburante interno (meno, ma arrotondiamo per eccesso) si deduce che con AB inserito il Tornado poteva volare 10 minuti in tutto⁴. Il che non è poco ma pochissimo, specie se consideriamo che il velivolo doveva:

1) Decollare dalla propria base

2) Raggiungere la zona programmata per l'”incontro” e aspettare che il Concorde arrivasse in zona

3) Salire a 50.000 piedi e accelerare a Mach 2

4) Affiancarsi al Concorde e avvicinarsi quanto basta per permettere al fotografo di fare una foto decente

5) E, naturalmente, tornare indietro senza restare a secco a metà strada – cosa che se su un veicolo è molto irritante, su un velivolo tende ad esserlo di più.

Insomma, 6 tonnellate di carburante possono sembrare tante ma quando un aereo da combattimento deve andare molto veloce diventano poche, pochissime. E questo è sempre stato un problema per i velivoli tattici, soprattutto visto che l’unico modo a disposizione per aggirare il problema comporta far diventare il tuo caccia molto più lento e meno manovrabile.

E infatti le aeronautiche militari hanno cercato e cercano tuttora modi di risolvere il problema:

Cacciabombardiere F-16. Le “Gobbe” sui lati della fusoliera sono Conformal Fuel Tanks o CFT – in pratica serbatoi di carburante “affusolati”. I CFT hanno il vantaggio di non occupare spazio sotto le ali e di avere una resistenza aerodinamica inferiore ai classici drop tanks. La contropartita è che non si possono sganciare in volo.

Aerocisterna KC-46 dell’Aeronautica Militare Italiana rifornisce in volo un F-35A del 6° Stormo Cacciabombardieri. Il rifornimento in volo permette di allungare molto l’autonomia del caccia, ma è una manovra difficile e rischiosa che per ovvie ragioni deve essere effettuato lontano dalle zone di combattimento. Incidentalmente, l’F-35 porta molto più carburante interno dei velivoli di generazione precedente così da aumentare la propria autonomia.

Insomma, il carburante e l’autonomia quando si parla di aeronautica (militare, ma anche civile) sono al centro dell’attenzione.

“Ok, ma il Concorde? Quanto consumava?”

Giusta domanda. Facciamo lo stesso ragionamento fatto per il Tornado.

Il Concorde era equipaggiato con 4 turboventole Rolls-Royce/SNECMA Olympus 593, con le prestazioni seguenti:

Turboventola RR/SNECMA Olympus 593 — Turboventola Olympus 593 in manutenzione

Olympus 593	Spinta Massima (kN)	Consumo specifico TSFC (g/kNs)
Configurazione “Dry”	140	33.8
Configurazione “Wet”	170	39

Confrontiamo questi valori con quelli del Turbo Union RB 199:

Turbo Union RB 199	Spinta Massima (kN)	Consumo specifico TSFC (g/kNs)
Configurazione “Dry”	40	19
Configurazione “Wet”	73	70

E possiamo subito notare varie cose. I motori del Concorde producono una spinta massima più che tripla rispetto a quelli del Tornado, cosa non sorprendente visto che sono unità molto più grandi e pesanti. Il consumo specifico “dry” è decisamente maggiore rispetto a quello già alto del Tornado, mentre quello “wet” non è molto più alto come del resto la spinta “wet” rispetto a quella “dry” – in questo caso cioè il postbruciatore porta a un incremento di spinta e di consumo molto inferiore in proporzione rispetto al Tornado.

In effetti il Concorde usava il postbruciatore solo per il decollo e l’accelerazione da Mach 0,95 a Mach 1,7 circa, ma una volta in quota e in supersonico poteva raggiungere e mantenere Mach 2 senza postbruciatore. Il postbruciatore quindi veniva usato solo per alcuni minuti del volo; ne segue che per i nostri calcoli dovremo usare la spinta e il consumo “dry”, e non “wet” come per il Tornado. Non solo: una volta raggiunta la velocità massima, la spinta veniva ridotta all’85% di quella massima, il che era sufficiente per mantenere Mach 2.

Applichiamo la formula:

(140 kN x 0.85) x 33.8 g/kNs = 4.000 g/s ovvero 4 kg/s per motore – ovvero 58 tonnellate l’ora per i quattro motori.

Dato che il Concorde portava circa 100 tonnellate di carburante, poteva mantenere questa velocità per quasi 2 ore.

Serbatoi di carburante del Concorde — Schema dei serbatoi di carburante del Concorde. Il carburante veniva spostato da un serbatoio all’altro durante il volo per mantenere il velivolo correttamente bilanciato.

Per paragone, un Boeing 747 negli anni ’90 consumava circa 15 tonnellate di carburante l’ora, praticamente un quarto del Concorde, portando 440 passeggeri contro i circa 120 del Concorde.

E’ facile capire quanto costoso fosse quindi far volare il Concorde: il costo del carburante per passeggero di un 747, a parità di tratta, era meno di un decimo di quello del Concorde. E a questo costo andavano aggiunte le ore di manutenzione (il Concorde richiedeva molta più manutenzione del 747), la formazione degli equipaggi (pilotare il Concorde richiedeva un addestramento particolare e molto costoso) e altre cose ancora..

Le conclusioni

Tornando quindi alla nostra foto storica, abbiamo a questo punto ben compreso che per il Tornado affiancare il Concorde per permettere a Meredith di fotografarlo in volo non era esattamente una cosa semplice.

Non ho trovato dettagli su questa missione, ma la mia ipotesi è che il Tornado sia decollato con un paio di “drop tanks” come unico carico esterno, abbia usato il carburante in esso contenuti per le fasi 1 e 2 e li abbia sganciati nel momento in cui il Concorde stava arrivando. Ipotizzando un paio di minuti per la fase 3 e contando i 4 minuti indicati per la fase 4, a un conto spannometrico gli restava giusto il carburante necessario per rallentare, scendere di quota e tornare a bassa velocità alla base.

Facile a dirsi, molto difficile a realizzarsi specie coi mezzi dell’epoca. Fotografare il Concorde in volo alla massima velocità fu senz’altro un’operazione “adrenalinica”.

In conclusione quindi, partendo da una semplice foto, abbiamo parlato di tecnologia aerea, abbiamo imparato come si calcolano i consumi di carburante di un velivolo, e abbiamo introdotto questioni di pianificazione delle missioni di volo e di costi di gestione; questo ci mostra, come sempre, che dietro ogni piccola cosa c’è un intero mondo di nozioni e conoscenze da imparare. E ciò è meraviglioso.

1: l’Unione Sovietica negli stessi anni sviluppò il Tupolev Tu-144, velivolo molto simile al Concorde. Il Tu-144 però mostrò subito grossi problemi che lo resero incompatibile col trasporto passeggeri, tanto da spingere l’Aeroflot a relegarlo a servizio postale per poi ritirarlo pochi anni dopo.

2: L’aria come è noto diminuisce di densità man mano che si sale di quota. Dato che la resistenza aerodinamica di un veicolo che si muove nell’aria dipende dalla velocità e dalla densità, ne consegue che a parità di tutto un velivolo volerà molto più veloce ad alta quota che a bassa quota.
3: su cosa sia effettivamente il numero di Mach sarebbe da fare una trattazione a parte. Basti sapere che un aereo che vola a Mach 1 vola alla velocità di propagazione delle onde sonore nell’aria *alla quota in cui si trova*. Dato che la velocità del suono diminuisce al diminuire della densità dell’aria e che come abbiamo visto la densità dell’aria diminuisce con la quota, un aereo che vola a Mach 1 a bassa quota ha una velocità in km/h superiore a quella di un aereo che vola a Mach 1 a 10.000 metri. In particolare Mach 1 al suolo equivale a circa 1.200 km/h, mentre Mach 1 a 60.000 piedi equivale a circa 1.062 km/h.
4: questo al netto di altre considerazioni, tipo il possibile surriscaldamento dei motori

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