DITRA Dipartimento di Ingegneria dei Trasporti Dispense del corso di Trasporti Aerei del Prof. L. La Franca - a.a. 2006/2007 ASSISTENZA AL VOLO

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1 Sommario Servizi di assistenza al volo traffico aereo GAT e OAT...2 Suddivisione e tipologie degli spazi aerei...6 La suddivisione operativa degli spazi aerei...10 La separazione fra gli aeromobili...12 Le tecniche di navigazione aerea la RNAV...16 I sistemi di radionavigazione...21 L utilizzo del radar nei servizi del traffico aereo...25 L impiego dei satelliti nella navigazione aerea...34 L indicazione visiva del sentiero di discesa...37 Gli strumenti per il volo basico...43 Riepilogo sul sistema di controllo del traffico aereo

2 Servizi di assistenza al volo traffico aereo GAT e OAT 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 1 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, terra-terra, 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 diramazione di AIP (pubblicazioni di informazioni aeronautiche), NOTAM (notizie urgenti o a carattere provvisorio dirette ai naviganti), AIC (circolari di informazioni aeronautiche), carte aeronautiche (carte Jeppsen). 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 entrerà 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: entro la fine del secolo il CFMU dovrebbe gestire la capacità dello spazio aereo sull intero continente europeo. 1 Esso nasce dall'esigenza di fornire in determinate condizioni un servizio più accurato del Servizio Informazioni Volo, ma che non può offrire le stesse garanzie del Servizio di Controllo del Traffico Aereo. 2

3 Dal punto di vista operativo l ATFM si sviluppa in tre fasi: strategica, pretattica e tattica. Per fase strategica si intendono i processi dì pianificazione e di previsione relativi a un periodo di tempo che va da alcuni mesi prima fino al giorno che precede i voli previsti ad una determinata data; le informazioni desunte dalla banca dati europea (DBE) consentono di redigere uno schema previsionale orientativo della rete dei flussi che ne scaturirà Quest ultima non implica naturalmente una modifica delle rotte prestabilite, ma consiste in un programma di utilizzazione ottima1e delle stesse. La fase pretattica ha luogo il giorno che precede i voli e si conclude con la predisposizione dei messaggi di notifica ANM (v. figura 4.1.1). La fase tattica si effettua nel giorno stesso dei voli: i piani di volo presentati vengono confrontati con i dati DBE e se si prevedono periodi di congestione in determinate zone, si individuano le rotte alternative migliori e gli eventuali ritardi a terra a cui sottoporre determinati voli: in tal modo si evitano attese ben più costose. In pratica gli utenti dei voli diretti verso aree ove sono in atto restrizioni al flusso del traffico aereo richiedono prima della partenza (da 3 ore a 30 minuti prima) all unità FMU competente uno slot o intervallo dì partenza della durata di 10 minuti; i piloti dovranno adeguare le operazioni a terra in modo tale da decollare nello slot assegnato 2. Le fasi descritte, avvalendosi dell attuale organizzazione ATFM, presentano tuttavia alcuni problemi operativi: i piani di volo, presentati negli aeroporti di partenza, sono inviati al più vicino centro ATC e da qui diramati ai centri di gestione dei flussi, nonché a tutti i centri ATC responsabili degli spazi aerei che devono essere attraversati dai voli considerati. ciò implica un enorme attività dì comunicazione, con notevoli perdite di tempo e possibili errori: statisticamente ogni piano di volo è trattato o corretto in media 2.7 volte. Quando opererà l unità centrale di gestione dei flussi (CFMU) tutti i piani di volo saranno direttamente inviati a tale unità ed elaborati dall IFPS, il sistema di elaborazione integrato dei piani di volo iniziali. Quest ultimo inserirà automaticamente le eventuali modifiche necessarie e diramerà i piani ai centri ATC interessati. Prima di rinviare una partenza rispetto all orario previsto si proverà ad intervenire sulla scelta della rotta, apportando le modifiche necessarie ad evitare le zone di congestione; qualora ciò non fosse possibile verranno riassegnati gli slot, ovvero si riprogrammerà il volo. In Italia i servizi di assistenza al volo sono prestati dall ENAV (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 o OAT. Il Traffico Aereo Generale (GAT) si svolge 3 nel rispetto delle procedure formulate dall ICAO e comprende La totalità dei voli civili e quella parte di voli militari che, non avendo una finalità prettamente operativa o addestrativa, possono essere assoggettati alle procedure di controllo applicate ai voli GAT. Il Traffico Aereo Operativo (OAT) invece, 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. Questi due tipi di traffico si differenziano nettamente per la modalità di esecuzione. 2 V. AIP Italia, RAC 1, paragrafo La classificazione riportata è completamente diversa da quella che distingue il Traffico Aereo in Commerciale e Generale a seconda che sia effettuato per trasportare persone e cose dietro corrispettivo o meno: in quest'ultimo caso il Traffico Aereo Generale è quello operato dagli aeroclub, dalle scuole di volo, dai velivoli che effettuano lavoro aereo. 3

4 Il Traffico Aereo Generale segue regole molto rigide, ha andamento regolare, mantiene separazioni standard tra velivolo e velivolo 4, è condotto generalmente a quote e velocità costanti o in lenta variazione, dispone infine di notevoli riserve di carburante per eventuali lunghe attese in volo. Tutto ciò fa si che il GAT sia largamente prevedibile e quindi controllabile con procedure relativamente semplici e ripetitive. Il Traffico Aereo militare Operativo, invece, ha caratteristiche diverse: esso risponde ad esigenze immediate e si avvale di velivoli che decollano e rientrano in sequenze serrate ed in ogni condizione di tempo. Per consentire che ciò possa avvenire in armonia con il traffico aereo commerciale e nella più completa sicurezza, l attività quotidiana di carattere operativo viene coordinata preventivamente con le agenzie responsabili del controllo dello spazio aereo entro cui ha luogo il GAT. Nel caso di esercitazioni nazionali o NATO, il coordinamento fra attività civile e militare viene curato dagli organismi di controllo competenti nei due settori fin dal momento della pianificazione. Le disposizioni adottate in sede di coordinamento vengono quindi rese note tempestivamente mediante appositi NOTAM al personale navigante ed agli enti preposti alla gestione del traffico aereo. In gran parte dei paesi l Assistenza al Volo per il traffico GAT è assicurata da organismi governativi o agenzie semi-governative; in altri è ancora l autorità militare che presiede al settore. Negli USA, ad esempio, il Federal Aviation Act del 1958 affida alla Federal Aviation Adminístration (FAA) competenze sull uso dello spazio aereo e delle attrezzature utilizzate per l assistenza al volo, nonché sulle regole da adottare nella navigazione aerea. La FAA costituisce anche l Autorità centrale che abilita alle rispettive professioni i diversi operatori dell attività aerea (piloti, flight engineers, controllori del traffico aereo, ecc.) In Gran Bretagna la CAA (Civil Aviation Agency) è stata designata al settore ATC dal Parlamento con il Civil Aviation Act del 1971; a differenza della FAA, la CAA regolamenta alcuni aspetti dell industria del trasporto aereo anche dal punto di vista economico. In Germania l agenzia preposta all assistenza al volo è la Bundesanstalt für Flugsicherung (amministrazione federale dei servizi di navigazione aerea). Nella grande maggioranza dei casi gli addetti al controllo del traffico aereo sono perciò inquadrati all interno dell ente centrale competente e non fanno parte del management aeroportuale. Vi è tuttavia qualche eccezione: in alcuni scali USA e inglesi, ad esempio, i controllori di volo, dopo aver ottenuto l abilitazione dall ente centrale, operano come dipendenti dell Autorità di scalo. 4 L'entità di tali separazioni varia in funzione di molti fattori, fra cui il tipo di servizio fornito (d'area di avvicinamento o di aerodromo) e la disponibilità o meno di radar. 4

5 ACC ADA AFTN ANM ATC ATM ATFM CFMU CNS DBE EATCHIP EATMS ECAC EOBT FANS FPL IFPS RPL TOS Area Control Centre (ATC) An advanced programming language Aeronautical Fixed Telecommunications Network Air Traffic Flow Management Notification Message Air Traffic Control Air Traffic Management Air Traffic Flow Management Central Flow Management Unit Communications Navigation Surveillance Data Bank Europe European Air Traffic Control Harmonisation and Integration Programme European Air Traffic Management System European Civil Aviation Conference Estimated Off-Blocks Time Future Air Navigation System Flight Plan Integrated initial Flight plan Processing System Repetitive Flight Plan Traffic Orientation Scheme Tabella 1 - Alcune delle sigle più frequenti usate nella gestione dei flussi di traffico aereo. 5

6 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 la quota di separazione e in corrispondenza del FL 195 (il Flight Level 195 è 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 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 (figura 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 (figura 2). L Italia appartiene alla Regione di Navigazione Aerea EUR ed è suddivisa in tre FIR, denominate Milano, Roma e Brindisi in base alla rispettiva sede dell ente ad esse preposto. Figura 1 Suddivisione dello spazio aereo mondiale nelle 8 Regioni di Navigazione Aerea. 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: ci si riferisce alle regioni di controllo ed alle zone di controllo qui di seguito specificate (fig. 3). 6

7 Figura 2 Suddivisione in FIR dello spazio aereo sovrastante l Europa occidentale. Figura 3 Organizzazione dello spazio aereo in Zone di Controllo e Regioni di Controllo: le Zone di Controllo sono rappresentate dai piccoli cilindri aperti o chiusi in corrispondenza degli aeroporti, sviluppati verso le traiettorie di avvicinamento agli scali stessi; le Regioni di Controllo sono rappresentate dalle aerovie e dalla regione terminale in cui esse confluiscono (il grande cilindro circolare centrale).come sì può notare le Zone partono dalla superficie terrestre e non superano una determinata quota, le Aree partono da una certa quota e si sviluppano verso l alto. Le traiettorie degli aerei. rappresentate con tratto e punto, si sviluppano a quote diverse all interno delle aerovie. 1) Regioni di controllo (Control Areas) spazi che si estendono verso l alto a partire da una specificata altitudine. 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 7

8 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. 2) Zone di controllo (Control Zones): spazi che si estendono dalla superficie terrestre verso l alto fino ad una specificata altitudine; 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). Figura 4 Schematizzazione delle traiettorie seguite dagli aeromobili che abbandonano un aerovia per atterrare, o che decollano da una pista e si immettono in un aerovia. Esaminiamo ora la logica con cui si sono venute a sviluppare le tipologie di spazio aereo sopra descritte. 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 sì 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 8

9 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 controllato che prese il nome di terminal area, mentre le direttrici di traffico più frequentate furono protette istituendo le aerovie. La configurazione dello spazio aereo divenne allora quella schematizzata nelle figure 3 e 4. Dal punto di vista organizzativo ad ogni tipologia di spazio aereo è preposto un ente che fornisce il relativo servizio: nella tabella 2 vengono sintetizzate tali corrispondenze. 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). Tipologia di spazio aereo UIR (Upper Information Region) Regione superiore di informazioni volo FIR (Flight Information Region) Regione informazioni di volo AWY (AirWaY) Aerovia ADR (Advisory Route) Rotta assistita o servizio consultivo TMA (TerMinal Area) Area di controllo terminale CTR (ConTRol zone) Zona di controllo di avvicinamento agli aeroporti ATZ (Aerodrome Traffic Zone) Zona di traffico aeroportuale Ente preposto UIC (Upper Information Center) Centro superiore di informazioni volo FIC (Flight Information Center) Centro informazioni di volo ACC (Area Control Center) Centro di controllo regionale FIC (Flight Information Center) Centro informazioni di volo ACC (Area Control Center) Centro di controllo regionale APP (APProach control office) Controllo di avvicinamento TWR (aerodrome control ToWeR) Torre di controllo d aeroporto Tabella 2 Corrispondenze fra tipologie di spazio aereo ed Enti che forniscono il relativo Servizio di Assistenza al Volo. 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. 9

10 La suddivisione operativa degli spazi aerei Si richiamano innanzi tutto i concetti fondamentali relativi ai due tipi di traffico VFR e IFR. 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 dì 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); l annesso 2 specifica, per ognuna delle classi di spazio aereo in cui si possono effettuare voli a vista, il parametri di visibilità o la minima distanza dalle nubi richiesti. 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. Dal punto di vista operativo lo spazio aereo stato recentemente suddiviso in sette categorie (A G), conformemente a quanto sintetizzato nella figura 5, a seconda dei servizi forniti; ciò ha comportato sostanziali modifiche all annesso 2 ed all annesso 11. Fino a novembre 1991, infatti, l ICAO suddivideva lo spazio aereo in controllato e non controllato, distinguendo tre tipi di spazio aereo controllato; tutto ciò, calato nelle differenziate applicazioni nazionali, dava luogo a confusioni ed ambiguità. 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 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. Ulteriore novità introdotta dalla recente classificazione è l estensione al traffico VFR di alcuni connotati che erano esclusiva prerogativa del traffico IFR: ad esempio la prescrizione del transponder, l obbligo del contatto radio con l ente di controllo e l assoggettamento alle clearance ATC che l ente stesso stabilisce in funzione delle condizioni operative. 10

11 Figura 5 Schema della nuova classificazione degli spazi aerei in funzione dei servizi offerti. Come può constatarsi dalla figura 5, con la nuova normativa sono previsti, nelle basse quote ed in certe zone, spazi di classe G in cui i traffici VFR ed IFR si gestiscono in completa autonomia, senza ingerenze o restrizioni da parte degli enti e dei servizi del traffico aereo: questi ultimi si limitano a fornire il servizio di informazioni volo ed il servizio di allarme. A quote superiori possono istituirsi spazi ad esempio dì classe D, ove IFR e VFR convivono e sono entrambi soggetti al servizio di controllo del traffico aereo, sino ad arrivare a spazi di classe A, ove sono consentiti solo voli IFR. 11

12 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 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: obiettivo principale dei servizi del traffico aereo, come già accennato, è infatti la prevenzione delle collisioni fra aeromobili in volo o fra aeromobili e ostacoli (assicurando un efficiente flusso del traffico aereo). I tipi di separazione applicati vengono distinti in verticale ed orizzontale, conformemente ai criteri sintetizzati nella figura 6. Figura 6 Schema dei criteri di separazione verticale ed orizzontale adottati dagli Enti ATC per assicurare un adeguata distanza reciproca fra gli aeromobili in volo. 12

13 La separazione verticale si ottiene stabilendo dei FL (livelli di volo 5 ), 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 (parte sinistra della figura 7) a causa della minore accuratezza nella determinazione della pressione (e quindi della quota) da parte degli altimetri barometrici con l aumentare dell altitudine. E prevista una riduzione della separazione (da 600 a 300 m, v. parte destra della figura 7) 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 e basati su un fattore di sicurezza pari a 5 x 10-9 incidenti fatali per ora di volo. Ciò comporterebbe l introduzione di 6 ulteriori livelli di crociera per gli aerei jet, a tutto vantaggio della capacità dello spazio aereo. La figura 7 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 (cfr. figura 8). Figura 7 Separazioni verticali fra un livello di volo e l altro (volo IFR). A sinistra è evidenziata la diversa separazione adottata fino al FL290 (1000 ft) ed oltre tale FL (2000 ft). A destra è schematizzata la prevista futura riduzione da 2000 a 1000 ft tra i FL 290 e FL 410. Nella figura 8 sono esemplificati i criteri con cui tali 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 5 1 livelli di volo sono espressi in centinaia di piedi: FL 10 corrisponde ad esempio alla quota di 1000 piedi, ossia 300 m. 13

14 raggio di 600 m intorno all aeromobile (in zone disabitate o sull acqua 6 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). Figura 8 Schema di utilizzazione dei livelli di crociera da parte di voli VFR ed IFR svolgentisi 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 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 della 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. Ad esempio, per quanto riguarda il tipo di radioassistenza utilizzata, nel caso del VOR l ICAO prevede un errore di navigazione di ±5, conseguente al verificarsi di tre tipologie di errori (che non si ipotizzano contemporaneamente pari al loro massimo valore) costituiti da un errore di 3 degli apparati al suolo, di 3 6 Da notare che in questo caso si parla solo di altezza, senza stabilire un volume libero da ostacoli intorno all'aeromobile. In virtù di ciò in taluni casi di voli VFR (ad esempio nei voli con aliante) ci si può mantenere vicini a costoni rocciosi, purché privi di abitazioni. Le minime altitudini di crociera indicate nella figura (1050 m per i voli VFR) non sono in disaccordo con le minime altezze di volo su acqua o su zone disabitate prescritte dall'annesso 2 (150, 300, o 600 m) dal momento che queste ultime presuppongono che non sì stia volando in crociera; si parla infatti di "cruising level" solo quando il livello in questione l'è mantenuto lungo una porzione significativa del volo. 14

15 degli apparati a bordo e di 2.5 attribuito al pilota. Per tenere conto dei diversi errori che possono verificarsi e per giungere ad un solo valore sintetico e globale, si usano vari criteri, facendo sempre riferimento al concetto di probabilità dell evento (rapporto fra il numero dei casi favorevoli all evento in esame ed il numero dei casi possibili). Nel caso specifico considerato, l errore di ±5 attribuito al VOR è associato ad una probabilità del 95% che esso non superi tale valore; in altre parole nel 95% dei casi l errore che si verifica è minore o uguale a 5. Quando la distribuzione degli aeromobili nello spazio aereo avviene in base ai dati di posizione, velocità, ecc. che i vari piloti riportano al controllore, si parla di controllo procedurale : in tal caso i margini di errore prevedibili sono ampi (essi derivano dai fattori sopra accennati) e le separazioni da assicurare saranno corrispondentemente maggiori. Disponendo di radar si parla di controllo positivo ed in tal caso non si deve tenere più conto dei perditempo e degli errori connessi alle stime ed ai riporti di posizione da parte dei piloti: il controllore localizza sullo schermo la posizione e la quota dell aeromobile e le separazioni consentite possono ridursi, rispetto al controllo procedurale, dalle sedici alle ventisei volte a seconda delle circostanze, arrivando, con determinati apparati, alle 3 miglia nautiche (tale valore deve essere talvolta incrementato a causa della turbolenza di scia provocata dall aereo che precede, se quest ultimo è di tipo pesante ). Ciò comporta naturalmente un corrispondente aumento della capacità dello spazio aereo e permette di ridurre le attese, rendendo più fluido il traffico. Fra le zone in cui si richiedono grandi separazioni si può fare l esempio degli oceani: su di essi non vi è copertura radar ed attualmente il controllo non può che essere procedurale. In questi casi il pilota invia un messaggio in HF ad un operatore radio che lo trasmette tramite telescrivente al centro di controllo; i messaggi che dal controllore vanno al pilota seguono il percorso inverso. Tutto ciò richiede tempo e risulta non affidabile: secondo la FAA una volta su dieci i contatti audio in HF richiedono più di sei minuti per essere stabiliti e talvolta nessun contatto è possibile. Ne consegue che, tenuto conto delle caratteristiche medie di una trasmissione con telescrivente, spesso intercorrono una quindicina di minuti fra l invio del messaggio e la ricezione della risposta. Generalmente i piloti effettuano i riporti di posizione ogni 10 di variazione in longitudine; questo significa che il controllore ottiene soltanto un rapporto all ora. La combinazione fra la scarsa frequenza degli aggiornamenti e la lunghezza dei tempi richiesti dalle trasmissioni comporta una notevole imprecisione nelle localizzazioni; ne consegue che la separazione laterale standard sugli oceani è di 60 miglia nautiche, pari a circa 111 km, e quella longitudinale, per aerei che volano allo stesso livello e nella stessa direzione, pari almeno a 10 minuti. Ciò crea problemi di congestione sulle rotte Nord Atlantiche o fra il Giappone e l Australia. Anche in Europa non mancano i problemi: a causa della presenza di alcune zone tuttora non coperte da radar vigono separazioni longitudinali di 30 NM in taluni spazi aerei italiani e di 60 NM nell est del Mediterraneo, mentre nel Nord Europa sono sufficienti 5 NM. 1La lentezza che caratterizza le comunicazioni sugli oceani fa sì che negli aeroporti spesso non sia possibile rispettare sequenze ottimali di decollo, né utilizzare le rotte o i livelli di volo migliori, anche se disponibili. Fra le ricadute negative vanno richiamate il maggiore consumo di carburante ed il deterioramento dei livelli di sicurezza. Un decisivo passo in avanti nell assistenza al volo sugli oceani sarà compiuto con l adozione, a partire dal 1995, del sistema ADS (Automatic Dependent Surveillance) descritto nel seguito. 15

16 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 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. Le caratteristiche di precisione e l indipendenza da qualsiasi riferimento visivo esterno hanno permesso a questa tecnica dì diffondersi in tutto il mondo. 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), l ESA il NAVSAT. 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, si trovano 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, 16

17 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 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, considerata. come superamento del concetto tradizionale di navigazione svolgentesi fra determinati apparati a terra. 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. La Federal Aviation Administration (FAA) definisce le random area navigation routs come rotte dirette, basate sulle possibilità offerte dalla RNAV, comprese fra punti definiti in termini di coordinate latitudine/longitudine o angoli/distanze ovvero individuabili mediante stabiliti valori di distanza e di direzione rispetto ad altre rotte note. 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. 17

18 Il previsto raddoppiarsi del traffico aereo alla fine del prossimo decennio non potrà essere soddisfatto solo con l aumento delle radioassistenze al suolo; le RNAV 7, utilizzate congiuntamente ai sistemi anticollisione, potrebbero risolvere il problema modificando sostanzialmente l attuale architettura ATC europea ed aumentando la sicurezza delle operazioni aeree. I problemi da risolvere per attuare alcune tipologie di rotte RNAV sono tuttavia seri: a) nell eventualità in cui si volessero seguire rotte random, il grande numero degli incroci, derivanti dalla rete che ne nascerebbe, impedirebbe la gestione del sistema con gli attuali metodi, utilizzando cioè in modo preponderante l uomo; ne conseguirebbe in tal caso la necessità di disporre di tecniche avanzate per 1 individuazione dei vari punti di conflitto; b) se si volesse centralizzare la gestione di rotte RNAV, sorvolanti Paesi diversi, sì dovrebbe in primo luogo risolvere il problema politico che è a monte. Tuttavia si sta attivando un sistema di rotte RNAV europee in cui le singole porzioni sono gestite a livello nazionale. Nonostante i problemi, l obiettivo sopra accennato viene perseguito con impegno, in considerazione dei grandi vantaggi che ne scaturiranno: si pensi ai benefici secondari che potranno trarsi utilizzando i futuri sistemi di navigazione anche nelle fasi di avvicinamento strumentale, come il minore rumore degli aerei a cui le comunità sarebbero soggette, conseguente alla maggiore flessibilità di traiettorie permesse, o il minore sovraffollamento delle aree terminali, grazie alla possibile separazione di velivoli dì classe diversa in corrispondenza delle aree stesse. Se nel futuro poi le tecniche di localizzazione di posizione mediante i satelliti garantiranno le precisioni oggi raggiunte mediante gli attuali sistemi di avvicinamento di precisione, si potrebbe arrivare ad effettuare l intero volo, dal decollo all atterraggio con visibilità pressoché nulla e senza alcuna radioassistenza al suolo. Esaminate sommariamente le problematiche inerenti la navigazione in rotta, affrontiamo ora quelle relative alle fasi finali del volo. Nelle figure 9, 10 e 11 sono rappresentate e descritte le varie fasi degli atterraggi rispettivamente a vista, strumentali diretti e strumentali 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 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. Allo scopo di migliorare la regolarità del traffico aereo in condizioni di visibilità limitanti senza peraltro ridurre i livelli di sicurezza correntemente accettati, si sono introdotte le all weather operations (operazioni ogni tempo) che si distinguono in base alla loro categoria operativa in CAT I, CAT II, CAT IIIA, CAT IIIB, CAT IIIC. 7 Ci si riferisce alle "Precision RNAV" che, rispetto alle "Basic RNAV", offrono una accuratezza molto maggiore in quanto consentono il mantenimento di una traiettoria prefissata con una tolleranza che pare possa aggirarsi intorno a 0.5 NM. In Europa, sono state istituite a titolo sperimentale più di venti Basic RNAV di cui quattro interessano lo spazio aereo italiano: la UM22 Malta- Ajaccio, la UM7 che collegando Vienna e Zurigo con Atene percorre la dorsale adriatica, la UM8 che da Ginevra a Napoli percorre la dorsale appenninica e la UM11 che da Ginevra a Creta percorre la dorsale tirrenica. 18

19 Figura 9 Esempio di procedura con avvicinamento a vista Figura 10 Esempio di avvicinamento strumentale diretto Affinché si possano effettuare operazioni di una determinata categoria è necessario che tutte le componenti del sistema possano operare al livello di prestazione richiesto, cioè che siano ad esempio utilizzabili le attrezzature a terra per atterraggi strumentali di precisione (ad esempio l ILS) e che si disponga delle corrispondenti strumentazioni nel velivolo, che le caratteristiche dell aereo (dimensione, prestazioni, ecc.) e 1 addestramento dell equipaggio siano adeguati, che l ambiente sia conforme alle necessità (assenza di ostacoli nelle aree d avvicinamento e di mancato avvicinamento, rispetto delle aree critiche dell impianto ILS, ecc.), che la visibilità sia sufficiente ed il servizio meteorologico efficiente, e che la mutua interazione fra tutti questi fattori sia tale da comportare un insieme soddisfacente. 19

20 Figura 11 Esempio di avvicinamento strumentale con circuitazione 20