Assistenza al volo. Corso di Trasporti Aerei Anno Accademico Prof. L. La Franca

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1 Corso di Trasporti Aerei Anno Accademico Prof. L. La Franca Assistenza al volo Sommario Servizi di assistenza al volo Suddivisione e tipologie degli spazi aerei La suddivisione operativa degli spazi aerei La separazione fra gli aeromobili Le tecniche di navigazione aerea la RNAV I sistemi di radionavigazione L utilizzo del radar nei servizi del traffico aereo L impiego dei satelliti nella navigazione aerea L indicazione visiva del sentiero di discesa Gli strumenti per il volo basico Riepilogo sul sistema di controllo del traffico aereo Free Flight, traiettorie e velocità libere nei voli di linea

2 Servizi di assistenza al volo La sicurezza e la regolarità della navigazione aerea sono assicurate da quattro tipologie di servizi di Assistenza al Volo stabiliti dall annesso 11 ICAO: 1. servizi del traffico aereo: servizi di controllo del traffico aereo, servizio informazioni volo (all interno di esso si colloca il servizio consultivo del traffico aereo), servizi di allarme (nell ambito di essi vi è il servizio di ricerca e soccorso); 2. servizi di telecomunicazioni aeronautiche: informazioni e avvisi via radio; collegamento telefonico e radio fra le stazioni a terra; collegamenti radio mobili terra-bordo-terra, terraterra, bordo-bordo; determinazione della posizione e orientamento in volo mediante apparati a terra, cioè, radioassistenze e radar; 3. servizi della meteorologia aeronautica: informazioni sulla situazione meteorologica presente e prevista; 4. servizi di informazioni aeronautiche esercitati mediante pubblicazioni di informazioni aeronautiche o AIP, diramazione di NOTAM, ovvero di notizie urgenti o a carattere provvisorio dirette ai naviganti, circolari di informazioni aeronautiche AIC, carte aeronautiche. In particolare il servizio di controllo del traffico aereo si differenzia in servizio di controllo d area per i voli in rotta, servizio di controllo d avvicinamento per le parti dei voli controllati associati con arrivi o partenze, ovvero per i voli che, lasciata l aerovia, si avvicinano allo scalo di destinazione (e viceversa), servizio di controllo d aerodromo per il traffico d aerodromo, ossia per le fasi di volo strettamente associate a decolli e atterraggi: in generale il servizio in questione subentra quando il pilota ha in vista la pista e la torre di controllo vede l aereo, ma il momento di passaggio varia in funzione della situazione operativa contingente (analogamente ci si regola nei decolli). Ulteriore attività dei servizi di Assistenza al Volo, relativamente recente e non ancora codificata dall ICAO, ma di importanza essenziale, è l ATFM (Air Traffic Flow Management o gestione dei flussi di traffico aereo). Essa non è diretta ai voli in corso (funzione questa dei servizi di controllo ATC, informazioni volo, ecc.), ma a quelli programmati, e tende ad ottimizzare l uso dello spazio aereo, alleggerendo il traffico nelle aree più congestionate. In Europa l ATFM si avvale essenzialmente di un unità di pianificazione e coordinamento centrale situata a Bruxelles e dì 5 unità nazionali, localizzate a Francoforte, Londra, Madrid, Parigi e Roma; dal 10 maggio 1994 è entrata in funzione la nuova unità centrale di gestione dei flussi (Central Flow Management Unit, CFMU) di Bruxelles e verranno progressivamente chiuse le 5 unità nazionali. In Italia i servizi di assistenza al volo sono prestati dall ENAV

3 (Ente Nazionale di Assistenza al Volo) o dall ITAV (Ispettorato Telecomunicazioni ed Assistenza al Volo presso l Aeronautica Militare) a seconda che il traffico aereo da assistere sia rispettivamente di tipo GAT (Traffico Aereo Generale) o OAT (Traffico Aereo Operativo). Il GAT si svolge nel rispetto delle procedure formulate dall ICAO e comprende La totalità dei voli civili e quella parte di voli militari che possono essere assoggettali alle procedure di controllo applicate ai voli GAT. L OAT, indirizzato all assolvimento delle esigenze di difesa del Paese, si svolge normalmente al di fuori degli spazi aerei interessati dal traffico generale; esso non è soggetto ai regolamenti ICAO. ACC Area Control Centre (ATC) ADA An advanced programming language AFTN Aeronautical Fixed Telecommunications Network ANM Air Traffic Flow Management Notification Message ATC Air Traffic Control ATM Air Traffic Management ATFM Air Traffic Flow Management CFMU Central Flow Management Unit CNS Communications Navigation Surveillance DBE Data Bank Europe EATCHIP European Air Traffic Control Harmonisation and Integration Programme EATMS European Air Traffic Management System ECAC European Civil Aviation Conference EOBT Estimated Off-Blocks Time FANS Future Air Navigation System FPL Flight Plan IFPS Integrated initial Flight plan Processing System RPL Repetitive Flight Plan TOS Traffic Orientation Scheme Tab. 1 - Alcune delle sigle più frequenti usate nella gestione dei flussi di traffico aereo. Suddivisione e tipologie degli spazi aerei Lo spazio aereo si suddivide in superiore ed inferiore a seconda che si trovi al di sopra o al di sotto di una determinata quota. Quest ultima è stabilita da ogni Stato in funzione della propria orografia, in Italia è in corrispondenza del FL 195 (Flight Level 195 pari a piedi ovvero a m circa). Le spazio aereo superiore (upper airspace) raggiunge generalmente il FL 660 ed è indicato con la sigla UIR (Upper flight Information Region). Lo spazio aereo

4 inferiore si estende da terra fino alla quota da cui inizia lo spazio aereo superiore. Dal punto di vista geografico lo spazio aereo mondiale è suddiviso in otto Regioni di Navigazione Aerea (fig. 1); nell ambito di ciascuna di esse e nello spazio aereo inferiore sono definite le Regioni d Informazione Volo (FIR, Flight Information Region) che tengono conto dei confini nazionali. L Italia appartiene alla Regione di Navigazione Aerea EUR ed è suddivisa in tre FIR (Milano, Roma e Brindisi in base alla rispettiva sede dell ente ad esse preposto). Fig. 1a Suddivisione dello spazio aereo mondiale nelle 8 Regioni di Navigazione Aerea Fig. 1b I FIR in Italia Da notare che le FIR denotano uno spazio aereo ove gli aerei sono liberi di volare fruendo del Servizio Informazioni Volo e del Servizio di Allarme. All interno di una FIR vi sono tuttavia spazi aerei che, pur essendo localizzati in una Regione di Informazione Volo, sono soggetti al servizio di controllo del traffico aereo: le regioni di controllo e le zone di controllo. Le Regioni di controllo (Control Areas) sono spazi che si estendono verso l alto a partire da una specificata altitudine, (il grande cilindro circolare centrale). Ne fanno parte le aerovie (airways o AWY) e le regioni terminali di controllo (terminal control arca o T-MA). Le aerovie sono spazi compresi fra due piani verticali paralleli distanti fra loro di solito da 10 a 20 miglia nautiche (NM): la loro larghezza dipende dalla precisione dei sistemi di radionavigazione (ad esempio dalla distanza fra le radioassistenze). Esse sono rappresentate in pianta da corridoi che percorrono il territorio nazionale andando da una radioassistenza ad un altra e danno luogo a spezzate lungo le quali si muovono gli aerei: i piloti captano i segnali provenienti dalle stazioni a terra e determinano la direzione verso la quale devono procedere, localizzando inoltre la propria posizione nell ambito del territorio. Le regioni terminali di controllo sono istituite normalmente alla confluenza di più aerovie in prossimità di aeroporti importanti.

5 Fig. 2 Organizzazione dello spazio aereo in Zone di Controllo e Regioni di Controllo Le Zone di controllo (Control Zones)sono spazi che si estendono dalla superficie terrestre verso l alto fino ad una specificata altitudine (sono rappresentate dai piccoli cilindri aperti o chiusi in corrispondenza degli aeroporti, sviluppati verso le traiettorie di avvicinamento agli scali stessi); essi sono ubicati in corrispondenza degli aeroporti e contengono i sentieri di partenza e di avvicinamento finale dei voli strumentali. Le zone di controllo presentano uno sviluppo orizzontale quantíficabile in NM e si estendono nella direzione in cui avvengono avvicinamenti e decolli (la forma di esse può cambiare in funzione della posizione dei circuiti di attesa). Quando l aviazione commerciale iniziò a servirsi degli aerei a reazione, nacque l esigenza di individuare uno spazio aereo dedicato a tali operatori. Si definì allora l upper airspace. Nelle sottostanti FIR si determinò ben presto l esigenza di proteggere determinati spazi, imponendo in essi un assistenza al volo che non si limitasse ai soli servizi informativi e di allarme. In corrispondenza degli aeroporti, ove il numero dei voli divenne consistente, fu, necessario creare una Torre di Controllo ed un servizio di controllo di aerodromo responsabile di un ampio spazio nei dintorni di tali scali. Quando l ulteriore sviluppo del traffico lo rese necessario, si stabilirono le regole di volo strumentale (IFR) ponendo delle restrizioni ai voli che continuavano ad operare conformemente alle regole dei voli a vista (VFR). Per proteggere il flusso degli aerei che in IFR decollavano, atterravano, o attendevano il proprio turno negli appositi circuiti, fu stabilito uno spazio aereo controllato, di solito nella forma di una zona di controllo. Laddove il traffico crebbe ulteriormente fu necessario realizzare nuovi aeroporti e stabilire intorno ad essi un ulteriore spazio aereo

6 controllato che prese il nome di terminal area, mentre le direttrici di traffico più frequentate furono protette istituendo le aerovie (fig. 3). Fig. 3 Schematizzazione delle traiettorie seguite dagli aeromobili che abbandonano un aerovia per atterrare, o che decollano da una pista e si immettono in un aerovia. Dal punto di vista organizzativo ad ogni tipologia di spazio aereo è preposto un ente che fornisce il relativo servizio (tab. 2). Come si può notare, gli enti ACC, APP e TWR sono preposti ai tre servizi in cui si articola il Controllo del Traffico Aereo (gli altri si inquadrano nel Servizio Volo o in quello Consultivo). Ne consegue, ad esempio, che un pilota che volesse passare dal volo in rotta all avvicinamento e quindi all atterraggio, per rimanere costantemente sotto controllo del traffico aereo dovrebbe passare successivamente (sintonizzandosi sulle rispettive frequenze) dal centro di controllo regionale ACC al controllo di avvicinamento APP ed infine alla TWR (torre di controllo) del particolare aeroporto interessato. La responsabilità del controllo di avvicinamento APP è di solito compresa all interno dei limiti laterali e verticali della zona di controllo e cessa al subentrare della competenza della TWR. La TMA (Area terminale) può avere o non avere un limite superiore, ma deve avere un limite inferiore, posto a non meno di 700 piedi dal suolo In Italia, a parte alcune eccezioni, le TMA vanno da piedi dal suolo fino al FL400 All interno delle TMA, il centro ACC fornisce anche il servizio di Controllo di Avvicinamento a tutti gli aeromobili nelle fasi iniziali dell atterraggio e finali del decollo. La ATZ (Zone di traffico aeroportuale) è una zona che racchiude lo spazio aereo immediatamente circostante un aeroporto. La ATZ contiene il traffico d aeroporto, costituito dagli aeromobili in manovra al

7 suolo e quelli in volo nelle vicinanze dell aeroporto. La ATZ ha la base a contatto col suolo e si estende per un raggio non superiore a 5 NM. Tipologia di spazio aereo Ente preposto UIR (Upper Information Region) UIC (Upper Information Center) Regione superiore di informazioni volo Centro superiore di informazioni volo FIR (Flight Information Region) FIC (Flight Information Center) Regione informazioni di volo Centro informazioni di volo AWY (AirWaY) ACC (Area Control Center) Aerovia Centro di controllo regionale ADR (Advisory Route) FIC (Flight Information Center) Rotta assistita o servizio consultivo Centro informazioni di volo TMA (TerMinal Area) ACC (Area Control Center) Area di controllo terminale Centro di controllo regionale CTR (ConTRol zone) APP (APProach control office) Zona di controllo di avvicinamento agli aeroporti Controllo di avvicinamento ATZ (Aerodrome Traffic Zone) TWR (aerodrome control ToWeR) Zona di traffico aeroportuale Torre di controllo d aeroporto Tab. 2 Corrispondenze fra tipologie di spazio aereo ed Enti che forniscono il Servizio di Assistenza La suddivisione operativa degli spazi aerei I voli a vista (VFR, Visual Flight Rules) sono quelli condotti in base a riferimenti visuali: per stabilire, ad esempio, la direzione del volo si utilizzano punti della superficie sorvolata di nota ubicazione; per valutare l assetto del velivolo (l orientamento cioè dei suoi assi longitudinali e trasversali) ci si riferisce alla posizione di punti fissi dell aeromobile rispetto alla linea dell orizzonte. La possibilità di effettuare voli a vista è condizionata dall esistenza di visibilità sufficiente, ovvero di determinate condizioni meteorologiche (VMC, Visual Meteorological Condition). I voli strumentali (IFR, Instrument Flight Rules) sono quelli condotti utilizzando strumenti di navigazione ed ausili radioelettrici; essi sono gli unici a potersi effettuare in condizioni meteorologiche IMC (Instrument Meteorological Condition) esistenti quando la visibilità scende al di sotto delle condizioni VMC, o quando la compagnia aerea lo imponga al propri piloti (ad esempio nei voli di linea). Sia i voli VFR che IFR devono essere operati secondo le rispettive regole per quanto riguarda la quota minima di volo, la distanza dagli ostacoli, le modalità operative previste. Fino a novembre 1991 l ICAO suddivideva lo spazio aereo in controllato e non controllato, nel 1992 ha instituito sette classi. La diversa terminologia ed i particolari regolamenti adottati dai vari stati, potevano ad esempio indurre nei piloti incertezze nel determinare il tipo di servizio fornito in un particolare spazio aereo, con evidenti conseguenze anche sul piano della sicurezza; la nuova classificazione consente invece di associare con precisione la tipologia di spazio aereo con il tipo di servizio fornito e con il tipo di traffico ammesso nello stesso spazio. Le regole generali dell aria sono ora

8 applicabili non solo agli aeromobili in volo, ma anche a quelli che operano sulle aree di manovra (piste, vie di rullaggio, piazzali). Fra i servizi forniti entro i nuovi spazi aerei vi è il traffic avoidance advice (suggerimenti per evitare collisioni), esso è rilevante sotto il profilo della sicurezza dal momento che implica la comunicazione al pilota (anche nei voli VFR) delle specifiche manovre atte ad evitare una prevedibile collisione. Classe A spazio controllato riservato ai soli voli IFR, il traffico VFR non è ammesso e non ci sono limiti di velocità Classe B spazio controllato senza limiti di velocità, tutti gli aeromobili sono soggetti all ATC, sia i voli IFR sia quelli VFR per entrare in questi spazi devono chiedere l autorizzazione Classe C spazio controllato, il servizio ATC si occupa di separare tra loro i voli IFR, gli IFR dai VFR e viceversa, limite di velocità per I voli VFR al di sotto del FL100 Classe D spazio controllato per i soli voli IFR, limite di velocità per TUTTI i voli al di sotto del FL100 Classe E spazio con il livello minimo di controllo ATC, ai voli IFR viene fornito il servizio ATC, limite di velocità per TUTTI i voli al di sotto del FL100 Classe F spazio non controllato, limite di velocità per TUTTI i voli al di sotto del FL100 Classe G spazio non controllato, limite di velocità per TUTTI i voli al di sotto del FL100 Upper Information Region Flight level Flight Information Region Aree terminali Zona di controllo Zona di traffico aeroportuale Flight level (livello di volo) espressa in centinaia di piedi (ft 100 = 30.3 m ) Fig. 4 Suddivisione dello spazio aereo italiano La separazione fra gli aeromobili Essenziale per la sicurezza del volo è la separazione fra gli aerei che si muovono nello spazio. Nella navigazione VFR il pilota, mantenendo le quote appropriate, è responsabile del

9 mantenimento della separazione dovuta nei confronti degli altri aerei o degli ostacoli. Nella navigazione in IFR, invece, l ente preposto al controllo del traffico aereo ha la responsabilità di assicurare la sufficiente separazione con gli altri velivoli. I tipi di separazione applicati vengono distinti in verticale ed orizzontale, conformemente ai criteri sintetizzati nella fig. 5. La separazione verticale si ottiene stabilendo dei FL (livelli di volo, espressi in centinaia di piedi), quote a cui ogni aeromobile può operare: fino al FL 290 (29000 ft, pari a circa 8850 m di quota) fra un livello e l altro vi sono 1000 ft o 300 m di distanza; dal FL 290 al FL 350 la separazione verticale si raddoppia passando a 2000 ft a causa della minore accuratezza nella determinazione della pressione (e quindi della quota) da parte degli altimetri barometrici con l aumentare dell altitudine. Fig. 5 Schema dei criteri di separazione verticale ed orizzontale adottati dagli Enti ATC per assicurare un adeguata distanza reciproca fra gli aeromobili in volo. E prevista una riduzione della separazione (da 600 a 300 m) fra il FL 290 e il FL 410 a seguito delle risultanze emerse dai dati raccolti da Eurocontrol, dagli USA e dal Giappone, elaborati mediante il modello rischio di collisione/obiettivo livello di sicurezza. Ciò comporterebbe l introduzione di 6 ulteriori livelli di crociera per gli aerei jet, a tutto vantaggio della capacità dello spazio aereo. La fig. 6 illustra l entità delle separazioni verticali nel caso di aeromobili in volo IFR. Per gli aeromobili che volano in condizioni VFR, vale lo stesso schema, traslato però di 500 ft verso l alto. Nella fig. 7 sono esemplificati i criteri con cui tali

10 FL sono utilizzati da parte di aerei in volo VFR e IFR e che si muovono in opposte direzioni. Come si può notare nella figura in questione, a seconda che la direzione della rotta seguita sia compresa in un semicerchio magnetico o in un altro i livelli da mantenere variano; sono inoltre ridotte le possibilità di interferenza fra voli VFR ed IFR in quanto essi si troveranno automaticamente ad operare a quote differenti. La minima altitudine di crociera in VFR è 1050 m; in base all annesso 2 questa tipologia di volo deve inoltre mantenersi al di sopra dei 300 m rispetto all ostacolo più alto ubicato in un raggio di 600 m intorno all aeromobile (in zone disabitate o sull acqua è sufficiente altezza minima di 150 m). Per i voli IFR la minima altitudine di crociera è 300 m ed il franco minimo dagli ostacoli su centri urbani o zone montane è 600 m in un raggio di 8 Km intorno all aeromobile (300 m in zone disabitate). Fig. 6 Separazioni verticali fra un livello di volo e l altro (volo IFR). Fig.7 Schema di utilizzazione dei livelli di crociera da parte di voli VFR ed IFR in opposte direzioni. Nel pianificare la necessaria separazione orizzontale, l Ente preposto tiene conto di molti fattori, fra i quali i più importanti sono: a) gli errori degli apparati a terra e a bordo (funzioni del sistema di navigazione utilizzato), gli errori di valutazione di posizione, i margini di tolleranza operativi ammessi (cioè entità

11 delle deviazioni consentite senza necessità che esse vengano notificate all ATC); b) i ritardi nelle comunicazioni di posizione da parte dei piloti all ente ATC (bisogna tenere conto anche della congestione delle frequenze utilizzate e quindi delle, probabili attese per le comunicazioni), gli errori connessi alla stima degli orari ed alla loro registrazione, i fattori umani (compresi i tempi di reazione). Nell ambito delle separazione orizzontale si distingue la separazione laterale, espressa in distanza, da quella longitudinale, esprimibile in tempo o distanza in base all accuratezza delle informazioni sulla posizione degli aerei (una più precisa localizzazione permette di riferirsi alla distanza). Sia la separazione laterale che quella longitudinale tendono a garantire una definita area di protezione che può variare in funzione di molti fattori, fra i quali, il tipo di radioassistenza utilizzata, l inclinazione reciproca delle traiettorie, il verso di percorrenza lungo le rotte stesse. A livello Europeo l eterogeneità degli spazi aerei delle nazioni e dei sistemi di radionavigazione, unito agli spazi aerei non navigabili comporta dei problemi del traffico aereo. Fig. 8 Eterogeneità dello spazio aereo europeo Le tecniche di navigazione aerea la RNAV Le tecniche di navigazione aerea si sono progressivamente evolute passando dalla navigazione a stima, ancora oggi usata dai piloti di piccoli aerei (la posizione geografica di un aeromobile era determinata in base ai tempi, alle velocità ed alle direzioni dell ultima localizzazione), all astronavigazione (la propria posizione si desumeva dall osservazione, muniti di cronometro e sestante, dei corpi celesti) fino a giungere alla radionavigazione attualmente utilizzata. La radionavigazione fa uso di radioaiuti, ovvero di apparati posizionati

12 a terra ed in grado di trasmettere onde radio captate a bordo, essa può essere utilizzata in qualsiasi fase del volo, da quello in rotta all avvicinamento, all atterraggio. Nel prossimo futuro i sistemi satellitari GNSS (Global Navigation Satellite System) renderanno obsolete le attuali radioassistenze posizionate a terra. In quest ottica gli USA hanno sviluppato il sistema GPS/NAVSTAR (Global Positioning System/Navigation System wíth Time and Ranging), l ex Unione Sovietica il GLONASS (Global Navigation Satellíte System). Per inquadrare correttamente i problemi attinenti alla sicurezza e connessi alla navigazione aerea esaminiamo i principali ambienti in cui le varie tecniche di navigazione aerea devono operare. Distinguiamo innanzi tutto la navigazione in rotta dalle fasi iniziali o terminali del volo. Per quanto riguarda la navigazione in rotta, si considerano cinque eventualità principali, a seconda delle aree geografiche in cui ci si muove e degli ambienti operativi disponibili: - Rotte oceaniche, tipicamente nel Nord Atlantico, ove si riscontra alta densità di traffico, lunga percorrenza e limitata possibilità di sorveglianza degli aeromobili. La separazione laterale attualmente adottata nel Nord Atlantico è di 60 NM; - Rotte continentali, caratterizzate da alta densità di traffico e media-corta percorrenza; lungo tali rotte è di solito disponibile una copertura radar che rende possibile una buona sorveglianza degli aeromobili (Europa, Nord America, ecc.); - Rotte terminali, in prossimità degli aeroporti, caratterizzate da massima densità di traffico, presenza di aerei in salita e discesa, controllo del traffico aereo esteso a tutto il volume e non limitato alle aerovie; - Rotte in aree remote, tipicamente marine o su zone geografiche ove non è disponibile una sorveglianza indipendente della posizione dell aereo, caratterizzate da basso traffico (Africa, Sud Atlantico, Mediterraneo centrale,- ecc.). L impossibilità tecnica o economica di dotare le aree in questione di radioassistenze di tipo VOR/DME comporta un ampiezza di aerovie variabile di solito da 10 a 20 NM; - Rotte a bassa quota, di solito comprese fra il livello del mare ed una quota massima stabilita. Utilizzate generalmente dagli elicotteri, queste rotte non sono dotate di soddisfacenti servizi di comunicazione, navigazione e sorveglianza al suolo a causa dell interferenza degli ostacoli e della curvatura terrestre. Le aerovie tradizionali sono costituite da una rete di corridoi individuabili mediante radioassistenze posizionate a terra all estremità di tali corridoi e di larghezza variabile in funzione della precisione con cui è possibile individuare la posizione dell aeromobile che si muove lungo le stesse aerovie. Incanalando gli aeromobili in un ristretto numero di fasce ben delimitate si riduce ovviamente lo spazio aereo utilizzabile. Per risolvere i conseguenti

13 problemi di congestione lungo determinate rotte e per superare l impossibilità di installazione delle radioassistenze in talune aree, si è introdotta la navigazione d area o RNAV. L ICAO definisce la RNAV come il metodo di navigazione che permette l effettuarsi delle traiettorie di volo desiderate entro la portata delle esistenti radioassistenze o entro i limiti d impiego dei sistemi di navigazione autonomi interni all aereo o mediante la combinazione di entrambi. In pratica RNAV è un sistema di navigazione che permette, attraverso l impiego di un calcolatore a bordo degli aeromobili di definire stazioni simulate (waypoint) in una posizione qualunque della rotta che si vuole seguire, tali stazioni simulate o radioassistenze virtuali possono essere identificate utilizzando aiuti alla navigazione già esistenti come VOR/DME. Disponendo di stazioni simulate non è più necessario per un velivolo seguire la radiale originata da una radioassistenza esistente al suolo, potendo così rettificare le spezzate congiungenti i radiofari, o percorrere rotte ravvicinate fra loro parallele. In generale le rotte RNAV si possono attualmente avvalere degli apparati di radio assistenza o dei sistemi di navigazione inerziali. Il fulcro di un sistema di navigazione inerziale (INS) consiste in una piattaforma accuratamente bilanciata, mantenuta livellata da giroscopi, sulla quale sono montati tre accelerometri, ciascuno puntato in una diversa direzione: prua-poppa, sopra-sotto, sinistra-destra; essi misurano la più piccola accelerazione dell aereo, questa viene automaticamente trasformata in velocità e quindi in distanza percorsa. Fornendo al sistema l esatta posizione dell aereo al momento del decollo, un pannello mostra, istante per istante la posizione dell aeromobile durante tutto il volo. L INS può anche determinare la direzione e l intensità dei venti che investono l aereo. I grandi aerei di linea hanno in genere a bordo tre INS regolati in modo che l equipaggio possa controllare qualsiasi discrepanza; confrontando le posizioni dei tre indicatori è possibile stabilire immediatamente se uno dei sistemi funziona male. Nelle figure 9, 10, 11 sono rappresentate e descritte le varie fasi degli atterraggi rispettivamente a vista, strumentali diretti e strumentali con circuitazione. Figura 9 Esempio di procedura con avvicinamento a vista

14 Figura 10 Esempio di avvicinamento strumentale diretto Figura 11 Esempio di avvicinamento strumentale con circuitazione In questa sede, per completare la panoramica, basta rammentare che gli avvicinamenti strumentali si distinguono In avvicinamenti non di precisione ed in avvicinamenti di precisione : gli avvicinamenti non di precisione sono quelli che non utilizzano una guida elettronica per individuare la pendenza del sentiero di avvicinamento; gli avvicinamenti di precisione sono quelli che utilizzano guide elettroniche per mantenere il corretto sentiero di

15 avvicinamento (sia per individuazione del piano verticale in cui si sviluppa la traiettoria, che per l inclinazione della traiettoria stessa); essi usufruiscono cioè di sistemi ILS o MLS o PAR. I sistemi di radionavigazione Possono suddividersi in tre categorie: 1) sistemi a grande distanza, con portata oltre i 400 Km, quali LORAN e OMEGA (di vecchia concezione), GPS ; 2) sistemi a breve e media distanza, con portata inferiore ai 400 Km, tra i quali VOR, DME, NDB; 3) sistemi di precisione per avvicinamento ed atterraggio, come ILS, MLS, GCA. VOR (VHF Omnidirectional Range, radiofaro omnidirezionale che trasmette su frequenze VHF) associato di solito ad un DME (Distance Measuring Equipment, indicatore di distanza), fornisce informazioni sull esatta posizione degli apparati a terra, dando così la possibilità di mantenere le rotte prefissate. IL VOR costituisce l ausilio internazionale standard per la radionavigazione aerea a breve distanza in operazioni IFR ed è 1 apparecchiatura base per la definizione delle aerovie. La sua portata è di circa 30 NM al suolo, 100 NM a 5000 piedi; è utilizzato nella navigazione aerea in fase continentale, terminale, di avvicinamento ed in atterraggio non di precisione. ILS (Instrument Landing System, sistema di atterraggio strumentale) sistema che fornisce al pilota in atterraggio su una determinata pista due piani di riferimento: uno, verticale, passante per 1 asse pista, e l altro, inclinato, perpendicolare al precedente e contenente la traiettoria ideale di discesa. Ciò si ottiene con due trasmettitori, il localizzatore (LLZ) e la guida planata, (GP), sistemati rispettivamente in asse pista, circa 200 m oltre la fine pista, e lateralmente alla pista, circa 300 m dopo la soglia. Il sistema comprende inoltre due Marker (segnalatori di distanza di cui uno più lontano, OM o Outer Marker, posto a circa 7 km prima della soglia ed uno più vicino, MM o Middle Marker, ad 1,5 km dalla soglia). Il sistema (fig.12) permette atterraggi strumentali di precisione ed è del massimo interesse sotto il profilo della sicurezza, dal momento che nella fase più delicata del volo svincola il pilota da una interpretazione visiva dell ambiente circostante ai fini del corretto allineamento con la pista e della giusta quota. Anche se gli ausili ottici all atterraggio (VASIS, PAPI, ecc.) sono d aiuto nell evitare le illusioni ottiche a cui si è accennato, l ILS rimane di fondamentale importanza soprattutto in condizioni meteorologiche avverse.

16 Figura 12 Rappresentazione del sistema ILS Il sistema è soggetto ad alcune limitazioni a causa della sensibilità all ambiente circostante, le superfici nei suoi dintorni devono essere perfettamente livellate. L ILS è attualmente il sistema standard raccomandato dall ICAO per l atterraggio di precisione. GPS (Global Positioning System) è un sistema di posizionamento su base satellitare. L utilizzo del radar nei servizi del traffico aereo. Il Radar (acronimo di Radio Detection and Ranging, cioè rilevamento e misura di distanze con radioonde) è un prezioso ausilio nei servizi di controllo del traffico aereo, nel servizio consultivo ed in quello di informazioni volo. RADAR PRIMARIO: apparato che utilizza la proprietà delle onde elettromagnetiche di essere riflesse se incontrano un ostacolo. Quando l antenna radar invia fasci di treni d impulsi che intercettano un aereo in volo, sul display del controllore del traffico aereo compare una traccia luminosa individuante la posizione planimetrica (distanza e azimut) del velivolo rispetto al centro dell antenna radar. Si distinguono varie tipologie di radar primario: 1) PSR (Primary Radar), che può essere di tipo: a) ASR (Approach Surveillance Radar), a portata media (circa 50 NM), usato per l ATC. Con una rotazione della antenna di 15 giri/minuto la situazione del traffico è aggiornata ogni 4 secondi, si ha quindi un frequente aggiornamento della situazione; b) ERR (En Route Radar), a grande portata (fino a circa 150 NM entro un altezza di piedi), usato di solito nei Centri di Controllo Regionale (ACC). La lenta rotazione dell antenna (5/6 giri/min.) rispecchia le minori esigenze di aggiornamento richieste dal controllo in rotta;

17 2) PAR (Precision Approach Radar): utilizzato solo dall Aeronautica Militare, fornisce accurate informazioni su posizione e quota consentendo la guida di un aeromobile in un avvicinamento di precisione fino all atterraggio: 3) ASMI (Aerodrome Surface Movement Indicator) offrendo una copertura da 1 a 4 NM è utilizzato per seguire gli aeromobili in rullaggio nell ambito aeroportuale; 4) DFTI (Distance From Touchdown Indicator): è utilizzato per individuare l aereo nell ambito degli ultimi 10 NM dell avvicinamento finale, consente ai controllori in torre una razionale utilizzazione delle piste. RADAR SECONDARIO: sistema costituito da una stazione radar a terra (interrogatore) che invia due impulsi distanziati nel tempo in grado di attivare un transponder (risponditore) a bordo di un velivolo appositamente attrezzato e che trasmette a sua volta segnali in codice. Questi ultimi, decodificati, danno luogo ad una risposta sullo schermo radar. Le interrogazioni da terra possono essere selezionate secondo due diverse modalità: modo A e modo C. Il modo A sollecita una risposta della stessa tipologia da parte del transponder, che trasmette l identificazione dell aeromobile la quale viene associata alla localizzazione di esso sullo schermo, nonché la segnalazione di eventuali avarie, azioni illegali o altre emergenze a bordo. L interrogazione nel modo C sollecita una risposta nel modo C, contenente l indicazione dell altitudine dell aeromobile (mediante rilevazioni di pressione). Rispetto al radar primario, il secondario ha notevoli vantaggi, fra i quali: a) maggiore portata con minore potenza (usufruisce infatti dell attivazione del transponder); b) maggiore flusso di informazioni, ottenendo risposte codificate e indicazioni di quota; c) migliore qualità nelle risposte; d) possibilità di rappresentazione sullo schermo il solo traffico desiderato (ad esempio quello compreso fra determinate quote). Esso presenta tuttavia alcuni svantaggi: a) consente la localizzazione dei soli aeromobili equipaggiati con transponder; b) può essere influenzato da fenomeni di garbling (interferenze causate dalle risposte di più transponder vicini attivati dallo stesso interrogatore), fruiting (rappresentazione video di segnali multipli da parte dello stesso transponder attivato da diversi interrogatori situati nella stessa area), raduna (evanescenza del segnale, ad esempio per la messa in ombra o per lo schermaggio dell antenna). Vi sono tecniche che utilizzano le informazioni provenienti da molti radar; ci si riferisce al multi radar tracking ovvero tecnica, di localizzazione utilizzante più apparati radar. Nella Regione Informazione Volo di Roma, ad esempio, vengono integrate le informazioni

18 provenienti dai tre radar di Ostia e da quelli di Poggio Lecceta, Monte Stella e Monte Codi. Sincronizzando i tempi di rilevamento dei singoli radar, un elaboratore confronta i dati pervenuti, privilegiando le informazioni inviate dai radar più vicini e presentando sullo schermo la posizione più probabile dell aeromobile, la traccia sintetica che se ne trae, in realtà creata dall elaboratore, è così più attendibile. Ulteriore vantaggio del Multi Radar Tracking è quello di poter mantenere un aereo sotto controllo anche se uno dei radar dovesse perderne la traccia. Se il software del sistema dispone di una estrapolazione continua della traccia è possibile prevedere quale sarà la posizione dell aereo negli istanti successivi alla rilevazione, aiutando notevolmente il controllore nella risoluzione anticipata di eventuali conflitti, cioè di situazioni che comportano rischi di collisione. Con l utilizzazione dei radar secondari, negli attuali centri di controllo gli operatori dispongono di quadri luminosi sintetici infatti sugli schermi sono segnate le aerovie, le aree vietate al traffico, ecc.. Gli echi degli aerei sono corredati del rispettivo numero di volo, identificazione della compagnia e quota di volo. Il servizio di controllo del traffico aereo si avvale del radar per varie funzioni che influenzano strettamente il fattore sicurezza: a) Sorveglianza radar sul traffico aereo: l ente ATC, utilizzando il radar, dispone di informazioni più precise sulla posizione degli aeromobili e sulle eventuali variazioni significative rispetto alle condizioni assegnate; b) assistenza radar (radar monitoring): l ente ATC, avvalendosi del radar, può fornire informazioni o consigli in merito ad eventuali deviazioni significative rispetto alle autorizzazioni rilasciate; c) guida radar agli aeromobili in partenza per consentire loro di raggiungere al più presto il livello di crociera; d) guida radar agli aeromobili, in situazioni di potenziale conflitto o per evitare zone di maltempo; e) guida radar agli aeromobili in arrivo per consentire loro una rapida discesa dal livello di crociera fino all inizio dell avvicinamento; f) applicazione delle separazioni e mantenimento del normale flusso di traffico quando un aeromobile, nell area di copertura radar, presenta un avaria agli apparati radio. È necessario precisare che per guida radar o vettoramento radar si intende la guida alla navigazione fornita specificando le prue specifiche (cioè i vettori o le direzioni) da mantenere, dedotte dall uso del radar; in tale eventualità ricade sul controllore la responsabilità di mantenere le prescritte separazioni dagli ostacoli o da altri aeromobili. Nel caso invece di semplice assistenza radar il pilota continua ad avere la responsabilità del volo.

19 Naturalmente i controllori radar e quelli non radar devono mantenere contatti diretti fra loro, onde assicurare il necessario coordinamento fra il traffico sotto controllo radar e quello non controllato dal radar e per applicare le prescritte separazioni fra i due tipi di volo. Un fondamentale progresso del radar secondario è il Modo S che trasforma interrogatore e transponder collegati in un vero e proprio sistema automatico dì comunicazioni terra-bordoterra, con sostanziali ricadute sulla sicurezza del volo. La sostituzione di alcune delle comunicazioni convenzionali verbali fra piloti e controllori mediante data link assicura infatti vantaggi evidenti: a) maggiore intelligibilità, svincolandosi dalle confusioni di linguaggio e dalle interferenze; b) maggiore capacità nelle comunicazioni; c) maggiore rapidità nel colloquio automatico fra i computer di bordo e di terra, svincolando gli operatori dai compiti di trasferimento delle informazioni; La presenza di transponder a bordo degli aeromobili permette l utilizzazione di un attrezzatura strettamente collegata alla sicurezza del trasporto aereo: il sistema anticollisione o TCAS (Traffic Alert and Collision Avoidance System). Esso è indipendente dalle stazioni di terra ed è basato su interrogazioni emesse da un aeromobile e raccolte dagli aerei circostanti muniti di transponder; la risposta di questi è riprodotta su uno schermo di bordo e può dar luogo ad un appropriato avviso visivo ed acustico nel caso in cui uno dei velivoli si avvicinasse troppo o entrasse in un prestabilito volume di sicurezza nell intorno dell aereo interrogante. Tale volume è espresso in termini di tempo ed è quindi funzione della distanza degli aerei in questione e della loro reciproca velocità. In pratica sono previsti due livelli di avvisi: il primo è il Traffic Advisory (TA) che entra in funzione quando la separazione fra gli aerei scende al di sotto dei 40, il secondo livello è il Resolution Advisory (RA) e si attiva quando l intervallo dal potenziale impatto è sceso a 25, quest ultimo valore corrisponde, secondo il concetto base del TCAS, al tempo minimo di cui il pilota ha bisogno per individuare il pericolo ed intraprendere azione evasiva. Il pilota ha a disposizione uno schermo indicante la posizione relativa degli aerei circostanti muniti di transponder (rappresentati in forma e colori diversi a seconda della loro potenziale pericolosità) ed un variometro (indicatore della velocità verticale di salita o discesa) segnalante le manovre verticali preventive o correttive da effettuare. Un voice annunciator completa le informazioni disponibili e ripete al pilota alcuni avvisi standard, del tipo incrementa la salita o discendi immediatamente. Ulteriori perplessità nell utilizzo del TCAS sono attualmente legate a due ordini di problemi: 1) mancanza di addestramento adeguato dei piloti (nessun simulatore di volo è attualmente

20 dotato dell apparato in questione). Si deve infatti tener conto che le variazioni di quota effettuate a seguito di RA (Resolution Advisories) non dovrebbero eccedere i 300 piedi, ma piloti con addestramento insufficiente o in condizioni di stress potrebbero avere difficoltà a mantenersi entro tale limite. Inoltre sono state ravvisate alcune discordanze fra le manovre di evitamento a vista previste dalle Regole dell Aria realizzate con virate situate nel piano orizzontale, e l evitamento con variazione di quota richiesto dalle RA. 2) Conflitti di competenza fra piloti e controllori. Mentre il TCAS può rappresentare un ausilio prezioso negli spazi aerei USA ove convive traffico IFR controllato con traffico VFR non controllato, nei congestionati spazi aerei europei ciò non si verifica e l apparato potrebbe condurre a pericolosi conflitti di competenza. Ad esempio nel corso di un vettoramento radar come si comporterà un pilota che riceve un TA seguito da un RA? Continuerà a seguire le indicazioni del controllore ignorando le RA o chiederà istruzioni? Il pericoloso incrinarsi del delicato rapporto di fiducia fra pilota e controllore potrebbe comportare effetti negativi proprio nel settore, quello della sicurezza, che il TCAS tende a migliorare. Un altro apparato fondamentale nel settore della sicurezza è il GPWS (Ground Proximity Warning Sistem, sistema di avviso di prossimità del suolo); lo stesso annesso 6 ICAO ne prescrive l adozione su tutti gli aerei con motore a turbina di peso superiore ai kg o autorizzati a trasportare più di 30 persone. Il GPWS ha la funzione di prevenire gli incidenti fornendo avvisi acustici nelle seguenti diverse eventualità: a) velocità di discesa eccessiva o traiettoria impropria in relazione alla superficie terrestre; b) perdita di quota eccessiva o traiettoria impropria, successivamente al decollo o al mancato avvicinamento; c) configurazione diversa da quella prevista per l atterraggio, trovandosi in questa fase di volo; d) mancanza del previsto franco di sicurezza rispetto agli ostacoli; e) discesa eccessiva al di sotto del sentiero di avvicinamento di precisione durante una procedura ILS. L efficacia dello strumento considerato si è rivelata nel tempo minore di quanto ci si aspettava quando venne introdotto; ciò è stato attribuito essenzialmente alle numerose segnalazioni di falsi allarmi e di avvisi non desiderati che hanno diminuito la credibilità dell apparato.

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