Perché gli aerei volano così in alto?

A che altezza vola un aereo di linea?

Quando il comandante annuncia che avete raggiunto la quota di crociera, di solito siete tra 31.000 e 42.000 piedi, cioè tra 9,5 e 12,8 chilometri. In aviazione la quota si misura in piedi, e un piede vale circa 30 centimetri.

Per farti un'idea: l'Everest è alto meno di 9 chilometri. Un jet di linea ci passa sopra con qualche chilometro di margine.

Non tutti però salgono così. Un turboelica come l'ATR 72, quello dei voli brevi verso le isole, sta di solito tra 5 e 7,5 km. I jet privati, più leggeri, arrivano fino a circa 15 km. E il Concorde, il supersonico ritirato nel 2003, viaggiava intorno ai 18 chilometri, così in alto che i passeggeri vedevano la curvatura della Terra.

Che cosa cambia nell'aria salendo di quota?

L'aria che respiri è schiacciata dal peso di tutta l'aria che le sta sopra, come i libri in fondo a una pila. Salendo, sopra di te ce n'è sempre meno: la pressione cala e l'aria diventa più rarefatta, cioè con meno molecole in ogni metro cubo.

Facciamo i conti con il modello di atmosfera standard che usa anche la NASA. Al livello del mare un metro cubo d'aria pesa circa 1,2 kg. A 11 km ne pesa circa 0,36: meno di un terzo. Anche la pressione è scesa a poco più di un quinto di quella che c'è sulla spiaggia.

E fa freddo, tanto. Fino a circa 11 km la temperatura scende di circa 6,5 gradi ogni chilometro. A quella quota si arriva a circa 56 gradi sotto zero, e da lì in su, per un bel tratto, resta più o meno costante. Quel confine si chiama tropopausa: separa la troposfera, dove avviene quasi tutto il meteo, dalla stratosfera.

Perché all'aereo conviene l'aria sottile?

Pensa a quando corri in bici controvento: l'aria ti frena. Per un aereo è lo stesso, solo che va molto più veloce di una bici. Questa forza si chiama resistenza aerodinamica, e a parità di velocità cresce in proporzione alla densità dell'aria.

Tradotto: con un'aria che pesa un terzo, a parità di velocità la resistenza è circa un terzo. I motori devono spingere di meno, e il carburante, che su un volo lungo è una bella fetta del peso al decollo, dura di più.

C'è un rovescio della medaglia. Anche la portanza, la forza che tiene su l'aereo, dipende dalla densità dell'aria. Per restare in volo nell'aria sottile l'aereo deve andare più veloce. Ma per un aereo che deve attraversare un continente andare più veloce è proprio quello che si vuole. Se vuoi capire bene da dove nasce la portanza, leggi come fa un aereo a volare.

Anche i motori a reazione stanno bene lassù: l'aria fredda è più facile da comprimere e il motore lavora con un rendimento migliore.

Ci sono altri vantaggi a volare alti?

Sì, e chi vola spesso li conosce. Quasi tutte le nuvole e i temporali stanno nella troposfera: sopra una certa quota si vola nel sereno, con meno scossoni. Lassù poi non ci sono montagne né uccelli, e in caso di guasto la quota è un margine di sicurezza. Anche con i motori spenti un aereo plana per molti chilometri prima di toccare terra.

Poi ci sono le correnti a getto, fiumi di vento fortissimo che scorrono vicino alla tropopausa da ovest verso est. È per questo che un volo dall'America all'Europa spesso dura meno del ritorno: all'andata il vento è a favore.

Infine l'ordine del traffico. I controllori di volo assegnano a ogni aereo una quota diversa, con almeno 1.000 piedi, circa 300 metri, di distanza in verticale da quelli vicini. Gli aerei che vanno in direzioni opposte usano quote diverse, come le corsie di un'autostrada messe una sopra l'altra.

Allora perché non salgono ancora di più?

Perché il trucco funziona fino a un certo punto. Oltre i 12-13 km, per un normale aereo di linea l'aria diventa troppo sottile: le ali faticano a produrre portanza e i motori ricevono troppa poca aria. Per questo la quota massima certificata di molti jet di linea sta intorno ai 41.000-43.000 piedi.

C'è poi la cabina. Fuori la pressione è un quinto di quella del mare, e a quella pressione non si sopravvive a lungo. La cabina viene quindi pressurizzata: le regole americane chiedono che dentro ci sia la pressione che si avrebbe al massimo a 8.000 piedi, circa 2.400 metri, come in alta montagna. Ecco perché ti si tappano le orecchie in salita e in discesa.

Più si sale, più grande è la differenza di pressione tra dentro e fuori, e più robusta, cioè pesante, deve essere la fusoliera. Da ingegnere, la quota di crociera è un compromesso: abbastanza in alto da risparmiare carburante, non così in alto da appesantire l'aereo. Anche il freddo ha i suoi problemi, come racconta perché il ghiaccio è pericoloso per gli aerei.