wiki: free flight

Le previsioni di crescita dell’aviazione commerciale e del traffico aereo indicano che la domanda continuerà a crescere nei prossimi anni in modo significativo al punto in cui essa non potrà essere soddisfatta dagli attuali sistemi, schemi e concetti operativi dell’ATM(Air Traffic Management). Che tale “punto” non sia troppo lontano emerge sia dalle previsioni di aumento del traffico sia dal fatto che già oggi si registrano significativi ritardi durante i periodi di maggiore domanda. Lo scenario europeo previsto a medio termine, anche dopo i tragici eventi dell’11 settembre 2001, indica che entro il 2010 si avrà un raddoppio della domanda di traffico rispetto ai livelli di traffico del 1995. Numerosi studi e programmi intrapresi in Europa e nel mondo hanno fatto emergere diversi concetti nuovi e scenari per il futuro dell’ATM. Questi prendono origine da diversi modi di vedere l’argomento e si concretizzano in differenti linee guida per lo sviluppo dell’ATM stesso. La necessaria azione di ottimizzazione, volta all’obbiettivo finale di un incremento sostanziale della sicurezza, efficienza e capacità del sistema, è, dunque, esigenza attuale. In effetti anche se in maniera lenta, tale azione è già iniziata e si basa essenzialmente, oltre che su un processo di armonizzazione e di integrazione, sulla attuazione di nuovi concetti e modalità operative nonchè sull’adozione delle nuove tecnologie CNS(Comunicazione, Navigazione, Sorveglianza) come il GNSS(Global Navigation Satellite System), il Data Link terra-bordo, l’ADS(Automatic Dependent Surveillance) etc. In tal modo sono state pianificate l’introduzione delle operazioni RNAV(Area Navigation), Free Routine, il miglioramento del sistema ATFM(Air Traffic Flow Management), l’introduzione di funzioni avanzate(Monitoring Aids, Arrival Manager, Medium Term Conflict Detection, Airborne Separation Assurance System e Cockpit Display of Traffic Information etc.) di supporto ai controllori ed ai piloti nonchè il trasferimento a bordo, in specifici casi, della responsabilità per la gestione delle separazioni. In quest’ambito si colloca il concetto di “ FREE FLIGHT”. L’introduzione di nuove procedure operative e sistemi per il Controllo del Traffico Aereo è un passo necessario affinché si raggiungano gli obbiettivi in capacità ed efficienza previsti per il prossimo futuro. Ad oggi la navigazione aerea si svolge in massima parte all’interno di spazi aerei denominati Managed Airspace (MAS), in cui il servizio di Controllo del Traffico Aereo è responsabile della separazione degli aeromobili durante tutte le fasi del volo, il quale si sviluppa attraverso un rigido network di rotte standardizzate(Fixed Route). La visone europea del Free Flight si basa principalmente sul concetto dei cosiddetti Autonomous Aicraft. Con questo termine si indicano quegli aeromobili, adeguatamente equipaggiati, capaci, all’interno di uno spazio aereo selezionato, denominato Free Flight Airspace (FFAS) , di volare lungo rotte ottimizzate per soddisfare gli obbiettivi degli utenti e di provvedere, loro stessi, al mantenimento della separazione con gli aeromobili circostanti(Airborne separation Assurance o ASAS). La conduzione da parte dell’equipaggio di un volo che segua una rotta arbitraria, non più vincolata ad un sistema di rotte preesistente, è la definizione del concetto di Free Route. Il sistema di controllo del traffico aereo attualmente è basato su una organizzazione di tipo centralizzato. Il sistema di rotte è pianificato in modo tale che gli aerei seguano determinate aerovie mantenendo opportune separazioni longitudinali, verticali e laterali. Negli ultimi anni si è assistito ad una rapida crescita del trasporto aereo e le previsioni confermano che nel 2010 il traffico aereo aumenterà del 5%. Fondamentalmente è palese il problema del congestionamento delle aerovie ed in sede aeroportuale che sta creando un deficit all’attuale sistema di assistenza al volo. Il concetto di Free Flight viene introdotto con lo scopo di risolvere il problema della insufficiente capacità di aerovia e di intervenire sul volo garantendo migliori condizioni di sicurezza con inevitabili vantaggi in termini economici, di gestione e di tempo. Con il Free Flight gli aerei sono liberi di volare nello spazio aereo superiore scegliendo rotte, velocità, quota in maniera autonoma. Gli aerei trasmettono la loro posizione via data link. L’informazione viene presentata al pilota attraverso un traffic display nel cockpit. La responsabilità circa la separazione è affidata al pilota attraverso un sistema ASAS(Airborne Separation Assurance System) che lo allerta in previsione di possibili collisioni. Sostanzialmente passiamo da un sistema di tipo centralizzato ad uno di tipo decentralizzato in cui la gestione del volo è affidata al pilota che in caso di difficoltà può chiedere l’intervento del centro di controllo a terra a cui è demandata l’assistenza nelle fasi iniziali e finali del volo. Fondamentalmente scompare la navigazione di aerovia. In uno studio condotto nel 1999 da Eurocontrol’s Performance Review Commitee (PRC) si evidenzia che il 75% dei ritardi è dovuto alla congestione delle aerovie, il 5% ad operazioni a terra, il 9% alla capacità aeroportuale, il 7% a condizioni meteorologiche avverse, il 2% a ragioni tecniche ed il 2% ad altri motivi. Nel Free Flight, il pilota riceve informazioni sulla situazione del traffico aereo nello spazio aereo circostante attraverso un CDTI (Cockpit Dispaly of Traffic Information) che può essere integrato in un display di navigazione. Ogni aereo presente nello spazio aereo di volo è identificato da un codice, quota di volo, velocità, distanza. Le informazioni circa velocità e posizione, sono trasmesse attraverso un sistema ADS-B (Automatic Dependend Surveillance–Broadcast). La separazione orizzontale attualmente utilizzata è di 5 nm mentre quella verticale è di 1000 piedi. Nel sistema di controllo di tipo centralizzato i dati relativi a tutti gli aerei controllati sono processati in un nodo centrale che consente pertanto di ottenere un ottimizzazione globale del flusso di traffico. Nel Free Flight invece abbiamo un sistema di controllo di tipo decentralizzato(il pilota è responsabile della separazione dagli altri aerei) che pertanto ci consente di ottenere un’ottimizzazione del flusso di traffico localmente, cioè nello spazio aereo interessato in quell’istante.

Descrizione Funzionale

Nel volo controllato (sistema attualmente utilizzato) il pilota riceve informazioni su traiettoria, quota e velocità dall’ATC. La rotta viene inserita dal pilota nel sistema FMS(Flow Management System). Tale sistema è connesso all’autopilota e ad un autothrottle. Quando l’Autopilots Lateral Navigation(LNAV) è inserito il FMS interviene sul controllo della rotta della aereo. Analogamente quando si abilita il Vertical Navigation (VNAV) mode, l’altitudine, la velocità su rotta e la velocità verticale sono controllate dal FMS. Nel volo assistito dall’ATC la posizione del velivolo è individuata da un radar di terra attraverso una rotazione. Il rateo di rotazione dipende dal tipo di radar; tipicamente è di circa 4 secondi. La posizione laterale del velivolo è individuata attraverso un sistema radar indipendente di navigazione aerea (indipendent surveillance). La quota viene trasmessa dal velivolo attraverso un transponder (dependent surveillance). Ogni velivolo è identificato attaraverso un codice che viene trasmesso dal velivolo stesso al centro di controllo a terra. I dati ricevuti dal radar vengono filtrati da un programma chiamato “tracker” e proiettati su un display. Il controllore ha a disposizione pertanto velocità, quota, traiettoria, codice del velivolo e di conseguenza può intervenire su tali parametri per prevenire eventuali collisioni. Se il controllore non riscontra eventuali collisioni, un sistema STCA(Short Term Conflict Alert) lo allerta in previsione di una collisione 5 minuti prima della medesima. Nell’ipotesi in cui il controllore non intervenga, un altro sistema installato a bordo del velivolo TCAS(Traffic Collision Avoidance System) allerta il pilota circa 45 secondi prima della predetta collisione.Nel Free Flight il pilota gestisce il volo in maniera autonoma, cioè senza l’intervento dell’ATC. La posizione dei velivoli è determinata attraverso un sistema di navigazione aerea e trasmessa attraverso un ADS-Broadcast trasmitter. Ogni aereo riceve la posizione dell’altro che sta’ volando nello stesso spazio aereo attraverso un messaggio contenente identificazione del velivolo, posizione e velocità. L’aggiornamento del dato avviene ogni 25 secondi e dipende dal sistema ADS-B utilizzato. I dati vengono filtrati attraverso un “tracker”e presentati al pilota in un traffic display che è integrato in un display di navigazione. Il “tracker” fa parte di un ASAS system che possiede una funzione chiamata Conflict Detection. Tale sistema riceve informazioni su posizione e velocità, nonché traiettoria dei velivoli ed allerta il pilota in previsione di possibili conflitti. Automaticamente stabilisce la traiettoria da seguire (quindi manovra) per evitare la collisione e la presenta al pilota sempre attraverso un display di navigazione. Il pilota può intervenire manualmente oppure inserire la manovra consigliata nel FMS.

Ing. Giuseppe Giunta

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