La NASA non nasce dal nulla: raccontiamo i primi passi mossi da un ente nazionale che esisteva da oltre quarant’anni, il National Advisory Committee for Aeronautics (NACA), che contribuì allo sviluppo dell’aviazione quanto la NASA a quello dell’astronautica.
Avete guardato un aereo moderno? Avete seguito di anno in anno l’evoluzione delle sue linee? Avete mai pensato, non solo dell’aereo ma di quello che l’uomo costruisce, che tutti gli sforzi industriali dell’uomo, tutti i suoi calcoli, tutte le sere trascorse su disegni e schemi di lavoro, culminano invariabilmente nella produzione di una cosa il cui solo principio guida è il principio fondamentale della semplicità?
[…] In ogni cosa, la perfezione è finalmente raggiunta non quando non c’è più nulla da aggiungere, ma quando non c’è più nulla da togliere.
Antoine de Saint-Exupéry -Terre des Hommes (1939)
Non c’è nerd che non sappia cosa sia la National Aeronautics and Space Administration, degli Stati Uniti d’America. Per la maggior parte di noi, la NASA sembra essere sempre esistita, praticamente il braccio dell’umanità teso verso il cielo.
Eppure la NASA nacque solo nel luglio 1958, per ridare fiato agli U.S.A. nella corsa verso lo spazio. L’Unione Sovietica aveva appena sorpreso il mondo nel settembre del 1957, lanciando il suo primo Sputnik e mostrando al mondo che gli U.S.A. potevano venir sorpassati. In verità la NASA non nasce dal nulla: si fonda sulle radici di un ente nazionale che esisteva già da oltre quarant’anni, il National Advisory Committee for Aeronautics, ossia il NACA.
Anche se nel dicembre del 1903 i fratelli Wright “staccano l’ombra da terra“, in quello che diventa la pietra miliare del volo umano a motore con un velivolo più pesante dell’aria, passato il primo entusiasmo gli Stati Uniti d’America non sanno profondere abbastanza energie nella nascente aeronautica.
Il vecchio continente domina i cieli
Presto un pugno di altri pionieri e industrie europee evolve da quei primi sforzi, creando in Europa la prima embrionale comprensione del potenziale dell’aeroplano. Blériot, Voisin, Farman, Fokker, Caproni e altri ancora proiettano l’aeronautica verso quel ruolo determinante che assunse negli anni successivi, a partire dalla Grande Guerra, quella che nessuno ancora chiamava Prima Guerra Mondiale.
Vale la pena ricordare che una figura spiccava negli studi sperimentali dell’aerodinamica in Francia, quel Gustave Eiffel che aveva realizzato la sua rivoluzionaria torre a Parigi, creando una icona dell’intera città.
Eiffel dal 1912 aveva rivolto la sua attenzione all’aeronautica, realizzando una serie di gallerie del vento finanziate personalmente, come ci ha già raccontato un articolo dedicato all’ingegnere del ferro, qui su Lega Nerd:
Europa in guerra sulle ali degli aeroplani
Se nel 1914, all’inizio del conflitto l’aeroplano stenta ancora ad avere prestazioni significative e pare relegato alla ricognizione e all’osservazione dall’alto del tiro delle artiglierie, rapidamente i più attenti nelle forze armate capiscono l’esigenza di promuovere lo sviluppo dell’enorme potenziale che si intuisce in quelle fragili ali di tela e in quei primi motori appesi a eliche di legno.
Gli Stati Uniti sono ancora estranei alla guerra, ma non mancano di cogliere la necessità di prepararsi, per acquisire una capacità militare non inferiore agli Imperi che si stanno contendendo l’Europa e i futuri controlli dei mercati e delle colonie.
Nel marzo del 1915 il Congresso riprende una proposta del precedente Presidente William Howard Taft scartata tre anni prima e crea il National Advisory Committee for Aeronautics, stabilendo “
[…] It shall be the duty of the advisory committee for aeronautics to supervise and direct the scientific study of the problems of flight with a view to their practical solution, and to determine the problems which should be experimentally attacked and to discuss their solution and their application to practical questions.
ossia “sarà compito del Comitato Consultivo Nazionale per l’Aeronautica supervisionare e dirigere lo studio scientifico dei problemi del volo, in vista della loro risoluzione pratica, e determinare i problemi che debbono venir affrontati sperimentalmente e discutere la loro soluzione e applicazione a questioni pratiche”.
La proposta viene sostenuta anche dall’Assistente Segretario della Marina, Franklin Delano Roosvelt, che verrà eletto alla carica di Presidente degli Stati Uniti, ricoprendo la carica dal 1933 alla morte nel 1945.
Inizialmente si tratta di un comitato di sole 12 persone (non retribuite) scelte tra rappresentanti del governo, delle forze armate e dell’industria, con Presidente un General Brigadier (in Italia equivalente a Colonnello con comando di Brigata, oggi detto Brigadier Generale) e un solo dipendente.
A fronte di un budget di 5.000 dollari annui (circa 70.000 dollari di oggi), deve inizialmente coordinare gli sforzi delle industrie e dei laboratori di ricerca esistenti, ma già nel 1920 il NACA acquisisce un laboratorio di ricerca e analisi proprio, il Langley Aeronautical Laboratory, con 11 tecnici e 4 professionisti.
Nel 1920 il presidente Wilson designa nel Consiglio direttivo Orville Wright ed espande la missione del NACA promuovendo la ricerca oltre l’orizzonte dei bisogni immediati e mettendo a disposizione le strutture della NACA, dietro contratto, alle aziende private.
La crescita delle attività si estende al personale: nel 1925 è già salito fino ad un centinaio di dipendenti e nel 1938 arriverà a 426 (e il budget supererà il milione di dollari di allora). Anche Charles Lindbergh, assunto a eroe nazionale dopo la sua trasvolata in solitario sopra l’Atlantico nel 1927, sarà chiamato a far parte del Consiglio del NACA, come si vede in questa foto del 1934.
Il NACA diviene sempre più articolato in comitati e sottocomitati che si occupano di strutture metalliche e lignee, collanti per l’ancora diffuso binomio legno e tela, motori, trasmissioni radio aeronautiche, meteorologia e ovviamente studi di aerodinamica.
La Grande Depressione e la Rinascita
I successi conseguiti e il premio ricevuto nel 1930, assieme all’inerzia della vigorosa spinta dell’aviazione in sviluppo, allontanano all’inizio lo spettro della grande crisi economica. Alla fine neppure il NACA sfugge alla Grande Depressione che spazza il paese nel 1929.
Coloro che già si erano opposti in passato all’utilità stessa del NACA trovano nuova forza nei necessari risparmi dei costi pubblici, proponendone la cancellazione o l’assorbimento in altra organizzazione.
Il NACA reagisce nel 1931 riorganizzandosi, cancellando o riaggregando il groviglio di strutture minori, quali quelle preposte allo sviluppo dei moribondi collanti e legno, rivestimenti in tela e pitture protettive, superati da un’aeronautica ormai indirizzata alle strutture e ai rivestimenti metallici.
Sopravvive per un certo periodo una mal riposta fiducia nei dirigibili, che distoglie fondi e attenzione dall’aeroplano: l’effimero appeal degli Zeppelin viene arrestato alla fine degli anni ’30 dal rogo dell’Hindenburg e da numerosi altri incidenti, quali quelli del dirigibile Italia nella spedizione polare di Umberto Nobile.
Il NACA abbassa anche il profilo mediatico, allontanandosi temporaneamente dai coinvolgimenti con l’industria civile, le crisi e le accuse di corruzione.
Sopravvive grazie ai fondi militari ricevuti per gli studi che supportano il così necessario ammodernamento e potenziamento delle forze aeree, fino al punto che, alle soglie della Seconda Guerra mondiale arriva ad essere de facto al servizio e agli ordini delle Forze Armate, pur restando de jure un ente civile.
Nel 1936 una serie di notizie sul rilancio dell’aviazione vengono ricevute dalla Gran Bretagna, dalla Germania di Hitler e dall’Italia, di cui è ancora viva l’impressione generata dalla Crociera transatlantica del 1933, guidata da Italo Balbo.
Un’allarmata relazione del rappresentante europeo del NACA, John J. Ide, viene avallata da Lindbergh, che in quegli anni si è trasferito in Inghilterra per allontanare la famiglia dall’assalto dei giornalisti dopo il rapimento e l’uccisione del figlio Charles August e il processo del rapitore.
Viaggi esplorativi vengono fatti presso le principali nazioni europee, verificando che ancora una volta gli Stati Uniti stanno perdendo terreno negli sviluppi più promettenti e innovativi, indispensabile per tornare competitivi. L’approssimarsi della Seconda Guerra Mondiale riporta infine al NACA l’attenzione e il denaro necessari per mettersi in pari con il lavoro di Willy Messerschmitt, Kurt Tank, Jirō Horikoshi, Reginald Joseph Mitchell, Ronald E. Bishop, e via elencando.
Gallerie del vento e altre strutture
Partendo dalla prima, costruita a Langley, il numero di gallerie del vento in cui sperimentare modelli in scala o a grandezza reale cresce freneticamente:
- Galleria del vento Atmosferica da 5 piedi (1920);
- Galleria del vento a Densità variabile (1922, prima al mondo nel suo tipo);
- Galleria del vento per ricerca sulle eliche (1927);
- Galleria del vento per le alte velocità, da 11 pollici (1928);
- Galleria del vento verticale da 5 piedi (1929);
- Galleria del vento Atmosferica da 7 per 10 piedi (1930);
- Galleria del vento a grandezza reale da 30 per 60 piedi (1931).
La prima galleria del vento da 5 piedi (un metro e mezzo) di diametro, costruita nel 1920, è già obsoleta appena pronta, essendo basata su di un progetto britannico di 10 anni prima.
Con un motore di soli 200 HP raggiunge al massimo 90 miglia orarie (meno di 150 Km/h) e viene dismessa nel 1930.
Sarà comunque un’utile palestra per gli ingegneri NACA che, confrontando i dati rilevati sul modello in scala di un biplano Curtiss JN4H “Jenny” con le prove in volo dell’aereo reale, comprendono come tarare i risultati ottenuti dalle prove in galleria.
Dopo le prime esperienze con l’obsoleta galleria del 1920, mal confrontabile con quanto disponibile altrove, arriva a realizzazione il salto di qualità che porta il NACA all’avanguardia.
La galleria NACA a densità variabile del 1922, disegnata da Michael Max Munk, un ingegnere tedesco proveniente dalla Università di Göttingen, lavora fino a 21 atmosfere, consentendo di compensare le misure raccolte sui modelli e renderle fruibili direttamente ai progettisti che devono confrontarsi con aerei in scala reale.
Sarà la chiave di volta per il lavoro sui profili alari che ancora oggi rappresenta una eredità preziosa del lavoro del NACA.
Finirà la sua carriera declassata a serbatoio da cui spillare un flusso d’aria che alimenta le prime gallerie transoniche.
Pur utilissime, tutte queste gallerie del vento operano a velocità massime che presto si rivelano insufficienti per tenere il passo con il progresso degli aeroplani più moderni: si passa dai circa 160 Km/h per la galleria a grandezza reale del 1931 fino al massimo dei 400 Km/h della galleria più veloce.
Quando nel 1941 i progettisti della Lockeed chiedono aiuto al NACA per risolvere i problemi di compressibilità dell’aria che avevano portato alla distruzione di un caccia P-38 Lightning e alla morte del collaudatore, arrivato in picchiata a ben 840 Km/h, la NACA non è in grado di approntare alcuna galleria del vento adeguata.
Quello che appare il primo ostacolo verso la comprensione dell’aerodinamica transonica viene spazzato via d’imperio dal generale Henry H. Arnold (2), pioniere del volo e capo dell’allora United States Army Air Corp, che ordina al NACA di farsi carico degli emergenti problemi dell’alta velocità, avvicinandosi a quello che verrà comunemente chiamato “muro del suono” per il suo effetto distruttivo sulle strutture degli aerei più veloci durante la Seconda Guerra Mondiale.
SI procede così alla costruzione di nuove gallerie del vento, fino ad arrivare nel 1942 alla galleria da 16 piedi dell’Ames Research Center sul Campo aereo di Moffett, capace di spingersi a 917 Km/h o 0,75 Mach grazie al flusso d’aria generato da un motore da 8.000 HP. In successivi potenziamenti, un motore da 16.000 HP porterà il flusso d’aria nel tunnel fino a Mach 1.
Il NACA non è solo studio dell’aerodinamica in laboratorio: tra le sue strutture troviamo banchi prova motori, ospitati dal 1942 al Aircraft Engine Research Laboratory, oggi ribattezzato in onore dell’astronauta Glenn come John H. Glenn Research Center a Lewis Field (Ohio).
Oltre che nelle gallerie del vento si provano velivoli in volo, al Muroc Flight Test Unit, parte della base aerea di Edwards in California e oggi ribattezzato Armstrong Flight Research Center. Nel 1925 Langley dispone inoltre di ben 19 aerei con cui effettuare i test di volo e confrontarne i risultati con quanto misurato in galleria del vento.
Human computer
La mole di dati ricavata dai laboratori richiede una sempre crescente capacità di calcolo, sopperita creando dei “computer team” ovviamente formati da persone che procedevano al calcolo manuale e alla revisione dei dati acquisiti. L’arruolamento bellico apriva poi maggiore spazio lavorativo alle donne, anche afro-americane, consentendo loro di dimostrare, a un mondo ancora misogino, eccellenti capacità professionali.
A Langley si aprono reparti femminili di human computer, purtroppo segregati tra white e coloured, che saranno determinanti nel lavoro della NACA e poi della NASA, fino all’arrivo dei primi computer IBM, con le loro schede perforate, i nastri magnetici e quanto ora pare preistoria ma alla fine degli anni 50 era fantascienza che diventava realtà.
Vi suona familiare? Avete letto il bel libro “Hidden figures” o visto il film che ne hanno tratto. In Italiano è stato tradotto come “Il diritto di contare”. Su Lega Nerd il film (che si concentra solo sul periodo NASA) è menzionato qui nella featurette.
Il NACA non è del tutto nuova alle presenze femminili tra il personale tecnico-scientifico. Fin dal 1922 inizia a lavorare nel reparto strumentazioni a Langley la giovane laureata in fisica (solo tre anni prima, non male per gli standard di oggi) Pearl Young, che in pochi anni innoverà la stesura dei rapporti degli esperimenti svolti, migliorandone decisamente leggibilità e precisione. Nel 1943 il suo manuale di stile per report ingegneristici diverrà la guida consultata a Langley e negli altri laboratori NACA.
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Cappottature per motori radiali
Il lavoro del NACA era continuo, a volte ordinario, ma alcuni risultati raggiunti hanno costituito importanti pietre miliari nell’aviazione. Non è facile elencarle senza trascurarne di rilevanti, né rapido dettagliarne i contenuti e il significato.
Il primo studio a balzare agli occhi del mondo aeronautico è quello che nel 1927 risolve un problema rovesciando i rimedi usati fino ad allora: come raffreddare adeguatamente un motore radiale riducendo a valori accettabili la resistenza all’avanzamento del velivolo.
Agli albori del volo i motori sono poco potenti, in genere non difficili da raffreddare adeguatamente. Per limitare il peso, invece di raffreddare a liquido i cilindri, attraverso un radiatore e un circuito di raffreddamento, si ricorre generalmente a motori raffreddati per convezione direttamente dal flusso dell’aria sulle alette calettate sui cilindri del motore, che ne aumentano adeguatamente la superficie esposta all’aria.
Il sempre più necessario aumento della potenza dei motori richiede maggiori cilindri e maggior calore da smaltire e la soluzione appare quella di montare i cilindri in una configurazione a stella, denominata motore radiale, esposta frontalmente al flusso dell’aria dovuto al moto del velivolo e alla rotazione dell’elica collegata.
Spesso i cilindri sono vistosamente esposti rispetto alla cappottatura, come ben si vede osservando il motore radiale 9 cilindri Wright J-5C Whirlwind che spunta dal muso del famoso Ryan Spirit of St, Louis, con il quale Charles Lindbergh sorvola l’Atlantico in volo solitario, nel maggio 1927.
Un motore della stessa famiglia equipaggia il Curtiss AT-5, un velivolo che non riesce a spingersi oltre i 190 Km/h. Viene usato dal NACA per testare un nuovo tipo di cappottatura, che avvolge il motore forzando un flusso d’aria interno verso i cilindri ma assicurando allo stesso tempo una superficie esterna molto più filante e di minor resistenza. Il Curtiss AT-5A premia lo sforzo, arrivando dopo la modifica a 220 Km/h: un miglioramento sorprendente.
L’idea della cappottatura Naca viene considerata così efficace da venir rapidamente adattata dalla maggior parte dei successivi progetti di aeroplani con motori radiali, guadagnando inoltre al NACA il riconoscimento del Collier Award (Collier Trophy) nel 1929.
Poiché il NACA è un’agenzia federale indipendente che risponde direttamente al Presidente, nella foto della premiazione possiamo vedere Joseph S. Ames, Direttore delle Ricerche per il NACA, ricevere l’imponente trofeo dal Presidente Herbert Hoover.
Il Collier Trophy è un trofeo aeronautico annuale, gestito dalla U.S. National Aeronautic Association (NAA), istituito nel 1911 da Robert Collier, pioniere dell’aviazione e presidente dell’Aero Club d’America.
Viene tuttora concesso a coloro che hanno conseguito:
il più grande successo nel campo dell’aviazione ed astronautica negli Stati Uniti d’America per quanto riguarda il miglioramento delle prestazioni, l’efficienza e la sicurezza di aria o veicoli spaziali, il cui valore è stato ampiamente dimostrato con l’uso effettivo nel corso dell’anno precedente.
Il NACA ha vinto 5 Collier Trophy nella sua storia, ben preparando il terreno alla NASA, che se ne è visti assegnare una ventina
Cappottature NACA saranno montate sul Lockeed Electra 10E pilotato da Amelia Earhart nel suo volo attorno al mondo del 1937, durante il quale per un errore di navigazione rimase senza carburante, precipitò e scomparve, lasciando un alone di mistero durato decenni.
La scelta del velivolo, costato 80.000 $ nel 1936 per via delle modifiche richieste per adattarlo a voli lunghissimi, più 30.000 $ per la ricostruzione dopo un incidente in decollo nel 1937, venne guidata anche dalle eccellenti caratteristiche aerodinamiche, incluse le onnipresenti cappottature NACA.
Le cappottature sono visibili in questo modello preliminare (ancora monoderiva) di Electra 10, al test della galleria del vento dell’Università del Michigan. Il tecnico nella foto sopra è un giovanissimo Clarence L. “Kelly” Johnson, un assistente universitario poi assunto dalla Lockeed, dove diventerà più tardi ingegnere capo, contribuendo a creare aeroplani entrati nella storia, dal P-38 Lightning, al P-80 Shooting Star primo caccia a reazione operativo negli U.S.A.A.F , fino ai frutti degli “Skunk wors” (3), il bisonico F-104 Starfighter, lo stratosferico U-2, il trisonico SR-71 Blackbird.
Quanto resta da raccontare
I contributi del NACA al progresso aeronautico non sono certo esauriti in questo articolo.
Potremmo parlare di Turbocompressori per il recupero della potenza motore in quota, dei Profili alari serie NACA, per decenni comodo bigino dei progettisti di ali, della Regola delle aree nota anche come la “bottiglia della Coca-Cola” che ha reso più facile il volo oltre Mach 1, della prima serie di Aerei eXperimental, quegli Aerei X che collaudatori determinati hanno portato a tracciare nuove frontiere del volo.
Infine il passaggio di consegne e i frutti raccolti dalla NASA, di quella pianta seminata nel lontano 1915 con un sotterfugio parlamentare.
Se ci sono lettori interessati, potremo scorrere assieme questi argomenti in altri articoli nei mesi a venire.
La foto che apre quest’articolo mostra il logo NACA originale campeggiare su di un edificio di Langley negli anni ’30. Qui sotto il logo rivisitato.
Se vuoi costruire una nave, non affaticarti a chiamare la gente a raccogliere la legna e a preparare gli attrezzi; non distribuire i compiti, non organizzare il lavoro. Risveglia negli uomini la nostalgia del mare lontano e sconfinato. Antoine de Saint-Exupéry – La Citadelle (1948 – postumo).
Note
(1) Lo Smithsonian Institution venne fondato grazie agli auspici e al generoso lascito di uno scienziato britannico, James Smithson (1765-1829) che pure non pose mai piede negli Stati Uniti! Lo scopo dichiarato è di “fondare a Washington, sotto il nome di Istituto Smithsoniano, una istituzione per l’aumento e la diffusione della conoscenza”. Attualmente conta 19 musei, uno zoo nazionale e 9 strutture di ricerca che spaziano dall’astrofisica alla biologia ambientale. Il museo più attinente al NACA è lo Smithsonian National Air and Space Museum, che ospita nelle sue sale chicche quali lo Spirit of St. Luis di Lindbergh e la capsula dell’Apollo 11.
(2) Henry Harley “Hap” Arnold (giugno 1886 – gennaio 1950) fu un generale americano, pioniere del volo (uno dei primi tre militari brevettati piloti), addestrato direttamente dai fratelli Wright. Viene nominato capo dell’aviazione militare americana, prima come Generale dell’esercito, quando gli aerei volavano inquadrati nell’Army Air Corps, poi Generale dell’aviazione alla costituzione dell’U.S. Army Air Force come forza armata indipendente dall’esercito. Unico generale a potersi fregiare delle cinque stelle in due forze armate diverse, accompagnò l’aeronautica militare U.S.A. dalla sua espansione nella prima guerra mondiale fino allo sviluppo a forza dominante nella seconda guerra mondiale. Sostenitore della ricerca e sviluppo tecnologico, fu tra i fondatori della compagnia aerea Pan American World Airways.
(3) Skunk works è l’appellativo affibbiato al laboratorio per progetti speciali della Lockeed, quelli in cui sono nati i progetti segreti degli anni ’60 e ’70. Il nomignolo nasce dal fatto che il laboratorio era a portata di naso dagli effluvi di una fabbrica di materie plastiche, da cui il termine “puzzola”. Visto che il laboratorio non poteva venir citato per nome, uno degli ingegneri, quando riceveva telefonate sulle linee interne della Lockeed, iniziò a rispondere quello che potremmo liberamente tradurre in “Pronto, fabbrica delle puzzole”. Il termine Skunk Works si diffuse tra gli ingegneri e prese talmente piede da essere registrato come marchio dalla Lockeed, ma allo stesso tempo è divenuto sinonimo popolare di laboratorio segreto.
Fonti
Questo articolo nasce dopo molte ore spese a radunare le informazioni presenti sul web, nella mia libreria e, ahimè, rincorrendole nella mia memoria tra quasi 40 anni di letture.
Confido di non aver dimenticato citazioni e attribuzioni, ma sono pronto a rimediare a ogni mancanza mi venisse segnalata.
- History of NACA and NASA (1915-1990) (history.nasa.gov)
- National Advisory Committee for Aeronautics (en.wikipedia.org)
- History of NASA – Overview (history.nasa.gov)
- Henry_H._Arnold (en.wikipedia.org)
- NACA Variable Density Tunnel (en.wikipedia.org)
- Smithsonian Institution (en.wikipedia.org)
- The Story of NASA’s Real “Hidden Figures” (www.scientificamerican.com)
- Hidden Figures book (en.wikipedia.org)
- Collier Trophy (it.wikipedia.org)
- Collier Trophy awarded to NACA/NASA (history.nasa.gov)
- Lockheed P-38 Lightning (it.wikipedia.org)
- NACA cowling (en.wikipedia.org)
- Development of the NACA low-Drag Engine Cowling (history.nasa.gov)
- Wind tunnels of NASA (www.hq.nasa.gov)
- Antoine de Saint-Exupery. Terra degli uomini. (Mursia, 1968)
- William E. Burrows. This New Ocean. (Random House, 1998)
Photo credits
- SEAL By NASA Headquarters – Greatest Images of NASA (NASA-HQ-GRIN) [Public domain], via Wikimedia Commons
- LOGO By Langley graphics department [Public domain], via Wikimedia Commons
- Spirit of St. Louis Di Raul654 – Photo taken by Raul654 around Washington DC on May 7, 2005, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
- Premio Collier Di NACA – Great Images in NASA Description, Pubblico dominio, via Wikimedia Commons