Le tecnologie satellitari per la sicurezza del comparto aerospaziale
Pasquale Schiano
[email protected]
(C.I.R.A. Centro Italiano Ricerche Aerospaziali)
Associazione Demetra Roma, 3 Dicembre 2011
“LA LIBERALIZZAZIONE DEL TRASPORTO AEREO E LA COSTITUZIONE DEL COMPARTO AEROSPAZIALE”
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Indice
 Il CIRA
 Obiettivi Strategici per la Sicurezza del Volo
 Le tecnologie satellitari nel futuro sistema ATM
 Le tecnologie satellitari a bordo dell’aereo
 Conclusioni
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La missione CIRA
Il PRORA (Programma Nazionale di Ricerche Aerospaziali) è stato concepito
dallo Stato Italiano nel 1979 a sostegno della competitività dell’impresa
aerospaziale nazionale.
Il PRORA prevede:
-Lo sviluppo attività di Ricerca e sperimentazione a valore strategico per la
nazione
-La realizzazione e la gestione di impianti di ricerca ad essi funzionali
-Lo sviluppo di capacità e competenze di punta nel settore
Nel 1984, con Legge 184, lo Stato Italiano affida al CIRA l’attuazione del
PRORA, sotto il controllo del Ministero della Ricerca (con il supporto dei
Ministeri dell’Economia, Difesa e Industria).
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Stato del CIRA
•
•
società consortile senza scopo di lucro
partecipazione mista pubblico-privata:
• ASI (Agenzia Spaziale Italiana) - 47%,
• CNR (Centro Nazionale Ricerche) - 5%,
• Regione Campania - 16%
• Industrie Aerospaziali Italiane- 32%
•
Patrimonio PRORA realizzato e gestito di
circa 350 M€
ca. 350 dipendenti (di cui più del 70 %
laureati)
ca. 50 studenti e Ph.D. in formazione ogni
anno
membro di EREA (Research
Establishments for Aeronautics),
GARTEUR (Group for Aeronautic R&T),
ACARE (Advisory Committee for
Aeronautic Research)
•
•
•
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Il sito CIRA
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Obiettivi Strategici per la Sicurezza del Volo
Stima dell’evoluzione del Traffico Aereo Commerciale in Europa
Fonte EUROCONTROL - STATFOR Forecasts Nov 08
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Obiettivi Strategici per la Sicurezza del Volo
ACARE Vision 2020 (ATM Goals)
 Realizzare un sistema di Gestione del Traffico Aereo capace di gestire in
Europa fino a 16 Milioni di voli in un anno
 Ridurre di 5 volte la percentuale di incidenti
 99% dei voli con un ritardo entro i 15 min.
SESAR
 Programma per lo sviluppo di procedure e tecnologie innovative tali da
soddisfare gli obiettivi strategici della Vision 2020
 Un budget complessivo di 2.1 Miliardi, diviso in maniera equa tra
Commissione Europea, Eurocontrol e Industrie
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I Satelliti nel Futuro Sistema ATM
o
Sistemi di navigazione satellitare accurati e affidabili in tutte le fasi di missione (a terra ed
in volo)
o
Sistemi di comunicazione satellitare per il trasferimento dati air-air e air-ground, ad
elevata capacità, affidabilità e sicurezza
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Stato dell’Arte delle Tecnologie Satellitari in
Aeronautica
Navigazione Aerea
 Radiofari e sensori inerziali
(VOR, DME, ecc.)
come Primary Means of Navigation.


Il GPS è solo un dispositivo ausiliario.
Limitazioni principali relative a disponibilità,
accuratezza e costi di manutenzione.
Comunicazioni
 ACARS: invio di
messaggi in automatico
alle stazioni di terra

Limitazioni relative soprattutto alla
impossibilità di stabilire con accuratezza a
terra il vero stato di funzionamento del
velivolo
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Air Line
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Le Tecnologie sviluppate al CIRA per la sicurezza
Per incrementare la sicurezza dei voli è necessario:
Tecnologie di volo autonomo a bordo degli
aerei
IL LABORATORIO
VOLANTE FLARE DEL
CIRA
Tecnologie per migliorare la situational awareness
dei piloti
Un Ultraleggero equipaggiato
con:
• un Flight Control Computer
• una suite di sensori
satellitari per la navigazione
• un sistema di attuatori
elettrici
• una suite di sensori per
l’individuazione di ostacoli
•un link radio digitale
Una Ground Control Station
permette di monitorare e
controllare i test in volo
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La Navigazione Satellitare
 La ricerca ha dimostrato l’efficacia del GPS come sostituto della
navigazione radio assistita e come ausilio in condizioni di scarsa visibilità
 La fattibilità di operare atterraggi automatici con il GPS è stata
dimostrata da diversi enti di ricerca ed industrie
 Le norme si stanno quindi adeguando all’impiego del GPS e della sua
evoluzione (GALILEO)
 Nel futuro si prevede l’impiego di tali tecnologie sia in volo che a terra (al
posto dei costosi radar di terra)
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Capacità di Atterraggio autonomo con
Tecnologie Satellitari (1/2)
Generazione online ed adattiva di traiettorie
di approccio e landing autonomo su una
pista equipaggiata solo di una stazione a
terra DGPS.
A bordo una suite di sensori AHRS-DGPSADS-Laser Altimetro con algoritmi di
sensor fusion opera come unità di
navigazione.
Il primo atterraggio completamente
autonomo è stato effettuato a Luglio del
2007
Le Tecnologie attualmente in corso di sperimentazione
Atterraggio autonomo basato completamente sul sistema GPS-EGNOS (non richiede piste strumentate ed
è compatibile con il futuro sistema Galileo)
Atterraggio autonomo Vision Based attraverso ricerca ed identificazione della pista (non richiede l’esatta
conoscenza della posizione della pista)
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La Navigazione Satellitare
EGNOS : Maggiore Accuratezza e integrità del dato fornito
In tal modo ciascun velivolo sarà in grado in ogni momento di avere una stima
affidabile del NSE (errore tra posizione vera e posizione misurata) e quindi del
TSE (errore tra la posizione desiderata e quella reale)
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Sistemi Anticollisione



Collisioni in volo si sono registrate a partire dagli anni 50.
Tali incidenti hanno dato impulso alle attività di ricerca e
sviluppo per sistemi di anticollisione di ausilio al pilota
Il TCAS è allo stato attuale il sistema di anticollisione disponibile
su aerei di linea che avverte il pilota di una possibile collisione e
fornisce indicazioni circa la manovra di anticollisione



Il numero di collisioni per velivoli più
piccoli è comunque ancora elevato
L’incidente sull’Hudson, era evitabile
se i due velivoli fossero stati provvisti
di un sistema anticollisione
Le attività di ricerca si stanno pertanto
concentrando su sistemi automatici di
anticollisione
a basso costo con
tecnologia satellitare basati sul GPS
(ADS-B).
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Identificazione di ostacoli e collision avoidance
E’ stato sviluppato un algoritmo di collision
detection & avoidance che non richiede
cooperazione con il traffico circostante ed
utilizza solo le informazioni fornite dai
sensori a bordo del velivolo.
Caratteristiche dell’algoritmo sono la precisa
individuazione degli ostacoli e la
minimizzazione della deviazione dalla
traiettoria nominale effettuando manovre 3D
Il radar che ci ha permesso l’individuazione dell’intruder potrà essere sostituito
da un ricevitore satellitare che individua con precisione l’ostacolo
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Migliorare la Situational Awareness dei Piloti
Terrain awareness
MFD che includono Terrain Data Base creati grazie a dati satellitari sono
ormai diffusi sui glass cockpit anche nei velivoli di classe GA
Peaks Elevation
Maximum elevation
displayed over minimum
elevation. Here maximum
elevation is 14,200ft. and
minimum is 8,000ft.
Range Rings
Outer ring is selected
range, inner ring is half
the selected range. Here
outer ring is 80nm and
the inner ring is 40nm.
Azimuth Lines
Measured Sea Level
Geometric Altitude MSL-G
Small Dash’s are 10° and
lines are at 20 ° increments
to max of 40 °.
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Migliorare la Situational Awareness dei Piloti
XM WEATHER
SATELLITE
SYSTEM
Weather Awareness awareness
SISTEMA DI TRASMISSIONE DATI:
Ground station
Geostationary Satellites
Vehicle
Ground station
Informazioni disponibili al
pilota:
• METAR
• NEXRAD
• AIRMET
• SIGMET
• storm cell
• icing
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Le Tecnologie CIRA per la
Weather Awareness
• Sviluppo di un sistema per la weather awareness dedicato per il
volo autonomo e automatico di velivoli di classe UAV, GA e VDS.
– tool for la previsione meteorologica di hazard aeronautici
– Metodi per la rappresentazione dei dati
• Il Sistema permetterà di fornire informazioni le seguenti
informazioni meteo all’utente finale (pilota, torre di controllo,
RCM)e defined system (hardware and software)
– osservazioni
– previsioni:
• In nowcasting (che sono quelle piu’ importanti per la sicurezza
del volo)
• Nel breve/medio periodo (per una migliore pianificazione delle
operazioni in volo)
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AVIATION HAZARD TOOL: PRODOTTI
Obiettivo:migliorare la weather awareness ottimizzando le informazioni sul cockpit
INPUT:
OUTPUT:
Input fornito da
EUMETSAT:
 Clear Air Turbulence
 Divergence
 Cumulonembi
 Cloud Phase
icing
Analysis
 Cloud Type
Tecnologie in corso di sviluppo:
1. Sviluppare previsioni in nowcasting
2. Definire un’architettura per la disponibilità di dati in real time nel cockpit
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AVIATION HAZARD TOOL: PRODOTTI
Obiettivo: migliorare la conoscenza delle condizioni meteo lungo la rotta
INPUT
:
Input fornito
OUTPUT
da EUMETSAT:
 Multisensor Precipitation
Estimate (MPE)
Nowcasting di thunderstorm.
Fino ad 1 ora di forecast
time step di 15 minuti
Step Futuri::
Definire un’architettura per la disponibilità di dati in real time nel cockpit
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Revisione dell’apparato normativo
 Global Air Navigation Industry Symposium
(GANIS) Sett 2011
http://www2.icao.int/en/GANIS/default.aspx
 “Aviation System Block Upgrades” è un
working document in cui ICAO avvia un
processo sistematico per la definizione di una
road-map per lo sviluppo coordinato di
tecnologie e normative ai fini della
realizzazione del futuro sistema di trasporto
aereo commerciale.
 Armonizzando le diverse iniziative in corso a
livello mondiale
 SESAR
(Europa)
 NEXTGEN
(Stati Uniti)
 CARATS
(Asia Giappone)
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Conclusioni
 L’integrazione
delle Tecnologie
Satellitari
per le
Comunicazioni e la Navigazione rappresenta un elemento
fondante del futuro sistema di gestione del traffico aereo
commerciale
 L’introduzione di tali tecnologie implicherà (e già sta
implicando) una profonda revisione dell’apparato normativo
per la sicurezza del volo
 Uno dei fattori chiave per il successo delle iniziative in corso è
il coinvolgimento diretto degli Enti Normativi sin dalle prime
fasi del processo di sviluppo di nuovi sistemi e procedure ed il
continuo aggiornamento delle norme basato sull’analisi degli
eventi anomali
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