Ogni tecnologia rivoluzionaria ha una sua storia e per il drone a decollo verticale X-BAT, di Shield AI, questa storia inizia quasi quarant’anni prima della sua ideazione, con lo sviluppo di una tecnologia di propulsione unica. AVEN, o Axisymmetric Vectoring Exhaust Nozzle.
Aven è l’ugello di scarico a spinta vettoriale che permette all’X-BAT di decollare e atterrare verticalmente senza bisogno di una pista. Inizialmente non era stato progettato per realizzare il primo caccia d’attacco a decollo e atterraggio verticale (VTOL) pilotato dall’intelligenza artificiale. La sua creazione mirava a esplorare nuove possibilità di vettorizzazione della spinta, passando da ugelli bidirezionali a ugelli omnidirezionali per una maggiore manovrabilità. Decenni dopo, questa maggiore manovrabilità si è rivelata fondamentale per consentire all’X-BAT di decollare e atterrare ovunque.
Le origini di AVEN
AVEN era nato da una semplice domanda che si posero gli ingegneri aeronautici all’inizio degli anni ’90. E se il motore stesso potesse aumentare la manovrabilità di un aereo? Per decenni, gli aerei militari si sono affidati quasi esclusivamente alle superfici aerodinamiche convenzionali, alettoni, flap, timoni, per manovrare. Queste superfici funzionano eccezionalmente bene in gran parte dell’inviluppo di volo di un aereo, ma la loro efficacia varia con la velocità e le condizioni operative. Con la crescente necessità di aerei da combattimento più agili per le impegnative missioni di combattimento, gli ingegneri hanno iniziato a cercare un’altra fonte di controllo.
La risposta era la spinta vettoriale
Anziché affidarsi esclusivamente solo al flusso d’aria sulle ali e sulle superfici di controllo, la spinta vettoriale consente a un aeromobile di reindirizzare i gas di scarico del motore, utilizzando il motore stesso per agevolare le manovre. Pertanto, gli ingegneri si sono dedicati alla progettazione di ugelli vettoriali da integrare con i motori esistenti.
Sono stati creati ugelli bidimensionali (rettangolari) che impiegano alette relativamente piatte per direzionare la spinta del motore lungo un singolo asse (ovvero beccheggio o imbardata, ma non entrambi). Sebbene la vettorizzazione della spinta su un singolo asse permetta di ottenere risultati impossibili con gli ugelli tradizionali, gli ugelli 2D presentavano delle limitazioni che ne ostacolavano l’efficacia.
Potevano vettorizzare la spinta solo su un singolo piano, aggiungevano un peso considerevole al motore, creavano perdite di flusso o richiedevano design di ugelli ingombranti e complessi che aumentavano il peso, riducevano l’efficienza e complicavano la manutenzione. Fu allora che GE Aerospace ideò un approccio diverso. L’ugello di scarico a vettorizzazione assialsimmetrica.
AVEN: vettorizzazione della spinta multidirezionale
Anziché convertire lo scarico naturalmente circolare del motore in un ugello bidimensionale (rettangolare), il sistema AVEN di GE Aerospace ha preservato il flusso assialsimmetrico del motore, consentendo al contempo la vettorizzazione della spinta multidirezionale in qualsiasi direzione. Il progetto ha mantenuto l’efficienza di un ugello convergente-divergente a sezione variabile convenzionale, aggiungendo la capacità di direzionare la spinta con precisione. Altrettanto importante, è stato concepito come un sistema adattabile alle configurazioni di ugelli esistenti, senza richiedere un’architettura di propulsione completamente nuova. Era semplice da utilizzare, leggero e relativamente economico da produrre.
L’ugello è stato utilizzato in volo nell’ambito di un programma di ricerca sulla vettorizzazione della spinta su un F-16 specializzato, come parte del programma Multi-Axis Thrust Vectoring (MATV). È stato testato presso la base aerea di Edwards, in California, negli anni ’90, accumulando 87 ore di prove a terra e 135 ore di volo in 95 sortite. Il programma ha dimostrato che un ugello a vettorizzazione assialsimmetrico poteva fornire una vettorizzazione della spinta multidirezionale affidabile senza compromettere le prestazioni nell’intero inviluppo operativo del velivolo. Così come AVEN è nato da un problema operativo epocale, allo stesso modo X-BAT ha avuto origine perché le piste di atterraggio sono sempre più vulnerabili.
La vulnerabilità a terra
Nei moderni giochi di guerra, si perdono più aerei a terra che in volo. L’industria della difesa ha trascorso gli ultimi 30 anni a sviluppare velivoli sempre più furtivi per migliorare la sopravvivenza in volo, eppure questi stessi velivoli rimangono estremamente vulnerabili a terra. Le infrastrutture fisse sono più facili da colpire che mai, e la proiezione della potenza di fuoco dipende sempre più dalla capacità di dislocare gli aerei su navi, isole, autostrade e basi operative austere. Tuttavia, non tutti gli aerei che compongono le forze armate odierne non sono in grado di soddisfare da soli questa impellente esigenza.
Il decollo e l’atterraggio verticale (VTOL) è l’elemento fondamentale per la sopravvivenza a terra. Fin dall’inizio, Shield AI sapeva che X-BAT doveva essere in grado di decollare e atterrare verticalmente, mantenendo al contempo la velocità, la portata, il carico utile e la capacità di sopravvivenza attesi da una piattaforma d’attacco tattico.
Il velivolo VTOL consente di decollare e atterrare praticamente ovunque, trasformando il mondo in una pista di atterraggio anziché limitare le operazioni a un numero ristretto di basi aeree fisse. Eliminando la dipendenza dalle piste e garantendo una mobilità costante, il VTOL migliora radicalmente la sopravvivenza a terra. Soddisfare questi requisiti, tuttavia, ha reso la propulsione una delle maggiori sfide tecniche del programma.
Dare una seconda vita ad AVEN
Durante il decollo verticale, il volo stazionario e l’atterraggio, il sistema di propulsione diventa il mezzo principale per il mantenimento dell’assetto del velivolo. Le sollecitazioni a cui è sottoposto l’ugello sono completamente diverse da quelle riscontrate durante i voli convenzionali in avanti. Il sistema di propulsione deve essere in grado di eseguire movimenti di controllo rapidi e precisi per operare in verticale.
Durante la valutazione dei diversi sistemi di propulsione da parte di Shield AI, AVEN si è distinto. La sua spinta vettoriale multidirezionale garantisce l’agilità propulsiva necessaria per un’implementazione in ambito esplorativo, e la sua storia di volo ha ulteriormente rafforzato la fiducia nella funzionalità dell’hardware sottostante. Invece di partire da un sistema di propulsione completamente nuovo, l’azienda ha potuto sfruttare decenni di esperienza ingegneristica e concentrare gli sforzi sull’adattamento della tecnologia ad una missione diversa.
Il programma AVEN originale aveva già risposto ad alcune delle domande più difficili nello sviluppo della propulsione. Gli ingegneri di GE Aerospace avevano trascorso anni a progettare, testare e far volare l’ugello, dimostrandone infine la funzionalità attraverso centinaia di ore di test. Ciò rappresentava un’enorme mole di lavoro ingegneristico che Shield AI non ha dovuto ricreare.
Un nuovo modo di utilizzare l’AVEN
Ma l’AVEN che volò negli anni ’90 era stato progettato per migliorare la manovrabilità nel volo orizzontale. X-BAT richiede all’AVEN di fare qualcosa di fondamentalmente diverso. Durante il decollo e l’atterraggio verticale, l’ugello diventa il principale sistema di controllo del volo del velivolo, reindirizzando continuamente la spinta per mantenere l’assetto con un livello di velocità e precisione che il programma originale non aveva bisogno di testare.
Convertire l’AVEN per soddisfare queste esigenze ha significato ripensare il modo in cui l’ugello si aziona, si interfaccia con il motore e comunica con i comandi di volo del velivolo. Il sistema di propulsione dell’X-BAT è semplice. Un singolo motore a reazione montato al centro del velivolo, simile a quello di un F-16.
Al decollo, il motore accende il postbruciatore per generare la spinta necessaria al lancio verticale, mentre AVEN orienta con precisione tale spinta per il controllo. Molti moderni aerei da caccia generano già una forza di sollevamento superiore al proprio peso, ma in genere utilizzano questa potenza extra per le corse di decollo da pista.
X-BAT, invece, sfrutta questa stessa capacità per decollare verticalmente, mantenendo prestazioni paragonabili a quelle degli attuali aerei da caccia. In fase di atterraggio, la sfida si sposta sulla modulazione della spinta per adattarla al peso dell’aereo, con AVEN che regola continuamente la direzione della spinta per mantenere una discesa stabile e controllata.
AVEN rimesso in funzione con F110
Lavorando a fianco del team Edison Works di GE Aerospace, l’AVEN è stato prelevato direttamente da un magazzino, rimesso a nuovo l’hardware originale, integrato con il motore F110-GE-129E e rimesso in funzione. I team di Shield AI hanno completato i test di integrazione, attuazione e accensione del motore di questo sistema di propulsione presso il centro di collaudo Peebles di GE Aerospace, convalidando che l’ugello, il motore, gli attuatori e i sistemi di controllo funzionassero come un unico sistema di propulsione integrato. Si è trattato della prima campagna di test AVEN completamente integrata dai tempi del programma di volo originale, più di trent’anni fa.
What was old is new again! See our Axisymmetric Vectoring Exhaust Nozzle (AVEN) technology, first demonstrated on the F110 engine in the 1990s, as it comes back to life for @shieldaitech AI’s X-BAT and helps advance autonomous flight. #FutureOfFlight #Defense pic.twitter.com/Jbj3h9TGvv
— GE Aerospace (@GE_Aerospace) September 16, 2026
Questa riaccensione ha dimostrato che una tecnologia di propulsione sviluppata negli anni ’90 può essere adattata con successo per supportare un velivolo autonomo di nuova generazione. Ancora più importante, ha aperto la strada ai test di volo verticale di X-BAT. AVEN passerà da un ugello sperimentale a spinta vettoriale al sistema di propulsione che consentirà al velivolo di decollare, rimanere in volo stazionario, effettuare transizioni e atterrare.
Partire da un hardware già collaudato in volo ha accelerato notevolmente i tempi di sviluppo di X-BAT. Invece di impiegare anni per sviluppare e qualificare un’architettura di ugello completamente nuova, Shield AI ha potuto concentrare gli sforzi ingegneristici sulla risoluzione delle problematiche specifiche del volo verticale e sulla modifica dell’ugello in base alle esigenze della missione. Ciò ha, quindi, permesso di passare dall’integrazione ai test a terra in una frazione del tempo, riducendo al contempo i rischi tecnici.
Oltre l’integrazione con AVEN
AVEN è sicuramente uno degli aspetti più entusiasmanti del programma X-BAT. Combinando decenni di ingegneria della propulsione con l’autonomia moderna e una nuova architettura aeronautica, è stata trasformata una tecnologia creata per una singola missione nelle fondamenta di qualcosa che i suoi progettisti originali non avrebbero mai potuto immaginare.
Tuttavia, il lavoro non finisce con l’integrazione di AVEN con il motore F110-GE-129E per lo sviluppo di X-BAT. I test di AVEN di oggi non rappresentano la versione definitiva. Come ogni componente di X-BAT, continuerà ad evolversi. Il team congiunto di Shield AI e GE Aerospace sta riprogettando l’ugello utilizzando materiali moderni, sistemi di guida e controllo all’avanguardia e tecniche di produzione moderne, mantenendo al contempo il design originale, collaudato in volo, come base di partenza.
Le iterazioni future saranno più veloci, più leggere, più reattive e ottimizzate per il volo verticale autonomo. Con la maturazione di X-BAT, si evolverà anche il sistema di propulsione che lo alimenta. Ciò che è straordinario non è solo che AVEN continuerà a migliorare. È che una tecnologia originariamente concepita per esplorare i limiti della manovrabilità dei caccia sia diventata il fondamento di una diversa generazione di velivoli. Il suo primo capitolo ha dimostrato che la spinta vettoriale multidirezionale può funzionare. Il suo secondo capitolo sta dimostrando cosa questa capacità può rendere possibile.
Fonte originale: Shield AI