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L’avionica verso l’IoT

Sono già molti i droni che volano da soli e che fanno uso di tecnologie 4G per il trasferimento dei dati. Anche se non si vedono, utilizzano sistemi avionici molto complessi e fanno uso sostanzialmente di due infrastrutture: una rete di telecomunicazioni terrestre (pubblica come il 3G/4G o privata ad hoc come il settore militare), e il sistema GPS

Il trasporto aereo è tra quelli più sicuri in assoluto, ma anche uno di quelli più complessi da far funzionare. L’aviazione si è sviluppata a inizio del secolo scorso e ha avuto il suo impulso, come spesso accade, con i maggiori eventi bellici e con il rafforzarsi della capacità di spesa e del livello di istruzione dei vari Paesi, in primis gli USA e la Russia. L’Europa, e anche l’Italia, hanno avuto un ruolo determinante sia per i sistemi di bordo sia per quelli che più in generale vengono chiamati sistemi avionici. Oggi con il termine avionica si intende tutta una serie di sistemi e sottosistemi che sono in grado di far funzionare un aereo e, soprattutto, farlo volare in sicurezza.

Storia dell’avionica

All’inizio dei tempi dell’aviazione si volava letteralmente a vista, seguendo chiari punti di riferimento a terra (fiumi, laghi, particolari conformazioni del terreno, città, … e per i più bravi anche le stelle durante le prime transvolate transoceaniche). Successivamente nacquero i cosiddetti radioaiuti, ovvero sistemi radio posizionati in posizioni ben precise e note che, utilizzando le moderne tecnologie della radiofrequenza del tempo, erano in grado di indicare la posizione relativa e la distanza da essi sotto certe condizioni. Costituivano cioè i l’equivalente aeronautico dei fari nella navigazione marittima. I radioaiuti, in particolare VOR, NDB e DME, insieme alla radioassistenza dei vari centri di controllo degli spazi aerei, sono tutt’ora molto utilizzati da quella che è chiamata l’aviazione generale soprattutto nel volo a vista (VFR) o strumentale (IFR), ovvero, volendo semplificare, quasi tutti quelli che non sono voli di linea commerciali o voli militari. E le mappe? Pur esistendo diverse versioni digitali, fino a pochi anni fa, i vari enti regolatori del traffico aereo ammettevano in cabina di pilotaggio solo le mappa cartacee per uso ufficiale di navigazione. L’avionica di bordo è, ancora oggi, spesso costituita da pochi strumenti: Radio, VOR, DME/NDB, Transponder per l’identificazione radar e sistemi di allerta di in caso di incidente. Gli altri strumenti (anemometro, variometro, girobussola, bussola, …) funzionano con principi meccanici o barometrici, nulla di veramente elettronico o digitale.

Sistemi che, nella loro tecnologia di base, risalgono a circa 40 anni fa, ma che sono tutt’ora la spina dorsale del trasporto aereo. Perché? Perché la vita media di un aereo è di ben oltre i 30 anni, perché tale infrastruttura si è diffusa in tutto il mondo e non è semplice coordinare una trasformazione globale del sistema, perché le regole di manutenzione e modifica degli aeromobili sono molto stringenti e non alla portata di tutti.

L’elettronica a bordo

Nell’ultimo decennio, complice anche l’avanzare delle tecnologie satellitari, della comunicazione e della potenza di calcolo dei singoli device, i moderni aerei di aviazione generale sono dotati di sistemi chiamati glass-cookcpit, ovvero di sistemi totalmente elettronici che fanno largo uso di strumentazione digitale per presentare su uno o più schermi diversi parametri di volo, di controllo dell’aereo, le mappe dettagliate per la navigazione, l’avvicinamento a un aeroporto e tutta una serie di opzioni fino a poco tempo fa inimmaginabili.

I glass-coockpit hanno avvicinato gli aerei di aviazione generale al mondo degli aerei di linea dove però il numero di impianti e sistemi da controllare è ben più numeroso e gli stessi molto più complessi.

Ovviamente queste tecnologie digitali possono essere installate a bordo di un velivolo se lo stesso è stato concepito per ospitare al meglio un sistema elettronico avanzato, ovvero se l’aereo stesso, i motori, e tutte le sue componenti hanno installato i sensori necessari e adottano protocolli di comunicazione standard tra di loro.

L’elettronica moderna è in grado di sostituire i vecchi sistemi analogici anche sulle informazioni di base, con maggiore precisione e stabilità, ma ci sono ancora due fattori esterni all’aereo che influenzano la navigazione e dove i sistemi moderni possono aiutare: il meteo e le sue previsioni lungo la rotta, la copertura globale del sistema GPS.

Infatti, la navigazione aerea è nelle tre dimensioni e gli spazi aerei sono porzioni tridimensionali dello spazio sopra la nostra testa che possono variare anche di molto rispetto a ciò che è permesso fare o non permesso fare. Conoscere esattamente la propria posizione nello spazio tridimensionale, poterla valutare su una mappa digitale dove la rotta è predefinita e, più in generale, conoscere dove ci si trova e quale è il contesto intorno a noi è la prima regola di sicurezza per ogni pilota.

Altri fattori chiave dove i sistemi avionici moderni danno un grosso contributo è nel controllo e nella gestione del motore, nella gestione del carburante, e nell’autopilota.

Si è arrivati oggi a un punto in cui l’aereo è ben governato dai sistemi avionici, è in contatto con i vari enti per la navigazione e permette di navigare sia secondo i vecchi metodi VFR che le moderne tecniche di navigazione strumentale. Quale sarà il prossimo passo e come potremo farlo?

Le mappe digitali in avionica

Occorre ricordare che solo da pochi anni sono comparsi in cabina di pilotaggio degli aerei commerciali (voli di linea) sistemi di mappe solo digitali, spesso su tablet, e approvati dai vari enti regolatori. Questo è stato possibile perché a monte c’è una organizzazione (la compagnia aerea) che assicura certi standard, l’utilizzo di tablet e strumentazione dedicata, ne controlla le versioni e la distribuzione del software insieme al produttore dell’aereo, dei sistemi avionici, e all’ente presupposto al controllo. Oggi questo non è ancora possibile per l’aviazione generale perché non si riuscirebbe ad avere il controllo dell’intera catena, si pensi ad esempio cosa possa succedere se sul proprio tablet si installi il software di navigazione e lo stesso tablet viene cancellato in volo da un virus.

Qualcosa però possiamo iniziare a fare perché di soluzioni software affidabili che possano aiutare l’aviazione generale ne esistono diverse, spesso però confinate su un tablet o uno smartphone. Queste soluzioni di avionica prevedono tutti il dialogo con protocolli standard con sensori installabili sull’aereo in aggiunta, e non in sostituzione, dei sistemi avionici presenti. Sono poco invasivi ed aiutano molto il pilota a meglio interpretare il suo volo. Spesso sono soluzioni che prevedono la comunicazione in tempo reale con un cloud di diversi parametri di volo, ivi incluso il proprio call-sign, la posizione spaziale, la rotta, permettono il controllo in volo della situazione meteo e anche il filing di piani di volo.

Queste soluzioni, ovviamente, non possono sostituire la strumentazione di bordo e non possono essere installate (soprattutto i sensori) senza aver seguito le corrette procedure, ma rappresentano oggi forse il miglior retrofit possibile a costi contenuti per aerei la cui strumentazione avionica non è moderna.

Droni che volano senza pilota

Facendo oggi già uso di soluzioni in cloud, queste possono essere anche un valido strumento da adottare su aeroporti minori per dotare gli stessi di una piattaforma informativa a basso costo che si avvicini a quella dei grandi aeroporti.

Da qui all’integrazione di sensoristica IoT distribuita sull’aeroporto il passo è breve. E con l’arrivo del 5G questo è ancora più possibile. Cambiando scala dimensionale, sono già oggi molti i droni che volano da soli e che fanno uso di tecnologie 4G per il trasferimento dei dati. Anche se non si vedono, questo droni, utilizzano sistemi avionici molto complessi ma non diversi da quelli sin qui descritti, anzi fanno uso sostanzialmente di due infrastrutture: una rete di telecomunicazioni terrestre (pubblica come il 3G/4G o privata ad hoc come il settore militare), e il sistema GPS. Allo stesso modo ci sono velivoli commerciali che sono in grado di decollare e atterrare da soli con centinaia di passeggeri a bordo facendo leva sulle stesse infrastrutture, su tecnologie di analisi digitale delle immagini, sui sistemi di assistenza alla navigazione tradizionali (soprattutto navigazione strumentale) e su tecniche di intelligenza artificiale. Ed oggi si vede sul mercato anche qualche modello di aereo per aviazione generale fino a 4 posti in grado di farlo.

Considerata la crescente affidabilità delle reti di telecomunicazioni, la loro capillare diffusione sulle aeree continentali, la copertura globale dei sistemi GPS, si può dire che anche in un settore altamente sicuro, conservativo e con lente evoluzioni, con l’avionica ormai siamo prossimi a una rivoluzione del modo di volare e dell’esperienza di volo del pilota.

 

 

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