Generalità

Benché un profano si limiti, ad esempio nel corso delle grandi manifestazioni aeree quali i saloni di Farnborough e di Le Bourget, ad ammirare le acrobazie dei caccia e le lente evoluzioni degli enormi velivoli da trasporto, i tecnici sono ben consci che molti dei compiti che un velivolo è in grado di assolvere sono dovuti all’avionica.

Con questo termine si definisce quella complessa rete di strumentazione elettronica che permette a un velivolo di navigare, comunicare con altri aerei o con le basi di terra, farsi riconoscere e anche colpire il suo obiettivo nel caso di un velivolo militare. Poiché il progresso dell’elettronica ha avuto nell’ultimo decennio un andamento esponenziale, anche l’avionica ha registrato un analogo sviluppo.

L’avionica di un velivolo militare è sempre stata molto più sofisticata di quella di un velivolo di linea. Al fine di ridurre il conseguente proliferare dei cablaggi, le organizzazioni militari hanno ideato un protocollo di trasmissione di dati digitali basato su un solo filo ( detto bus ) capace di trasportare fino ad un milione di bit al secondo. Ovviamente, dato che tutti gli equipaggiamenti usano lo stesso bus, è necessario uno specifico software per regolare il loro colloquio.

Negli ultimi anni si è avuta un’evoluzione in questo campo. Anzitutto la mole di dati in scambio fra gli equipaggiamenti avionici di un velivolo militare è cresciuta a un punto tale da rendere inadeguato il tradizionale filo di rame quale supporto per il bus di trasmissione. Velivoli quali Eurofighter, Rafale e F-22 Raptor hanno fatto ricorso alle fibre ottiche, capaci di trasportare alcune decine di milioni di bit al secondo. In secondi luogo anche l’avionica dei velivoli di linea ha visto aumentare la sua complessità, per cui anche le organizzazioni civili hanno adottato un bus bidirezionale: ne è un esempio l’ultimo nato della Boeing, il 777.

L’aumento della complessità dei sistemi avionici e, quindi, della quantità d’informazioni fornite ad un pilota, ha portato a una drastica revisione degli strumenti con cui questi gestisce l’avionica stessa, cioè a una revisione dell’interfaccia uomo-macchina. Quando ci si rese conto che non tutte le informazioni erano necessarie contemporaneamente al pilota, si cominciò a usare i multifuncion displays, schermi televisivi dotati di pulsanti su cui è possibile selezionare le informazioni di cui si ha necessità in quel momento ( come con il telecomando sul televisore di casa ).

In queste note sono illustrate sinteticamente le novità che negli ultimi dieci anni l’avionica è stata in grado di produrre, permettendo di migliorare le funzioni svolte da un velivolo per il conseguimento della missione.

Per navigare dalla base di partenza sino alla sua destinazione, un velivolo deve seguire una rotta predefinita: il piano di volo. A tale scopo esso si avvale di equipaggiamenti che, ricevendo informazioni in radiofrequenza da stazioni di terra, gli consentono di procedere lungo un'aerovia (VOR, Very High Frequency Omnidirectional Range) e di essere guidati all’atterraggio ( ILS, Instrument Landing System): è questa la navigazione radioassistita.

V.O.R.

E' il principale sistema di navigazione elettronica. Gli aeromobili seguono rotte dette "radiali" trasmesse da una rete di stazioni. I trasmettitori e ricevitori VOR operano nell'intervallo di frequenza dai 108,0 ai 117,95 MHz. Il trasmettitore invia due segnali: il segnale di fase di riferimento è omnidirezionale mentre il secondo segnale variabile di fase ruota percorrendo 360 gradi come la luce di un faro. I due segnali si trovano in fase quando il segnale variabile passa per 360 gradi (riferiti al nord magnetico) e sono in controfase, cioè sfasati di 180 gradi quando il segnale variabile passa per i 180 gradi.
I due segnali di un trasmettitore VOR generano 360 "strade aeree" disposte a raggiera, dette "radiali". Il sistema di navigazione VOR di un aeroplano è in grado di determinare su quale delle 360 radiali si trova l'aeroplano stesso. Il pilota può anche scegliere una radiale per definire una rotta magnetica diretta o proveniente da una stazione VOR. Il sistema VOR visualizza la distanza dalla stazione e la posizione a sinistra o destra della rotta scelta dell'aeroplano. I sistemi VOR hanno delle limitazioni. Infatti, i segnali radio nella gamma VHF si propagano in linea retta come le trasmissioni radio FM e televisive. Tale limitazione significa che colline o altri ostacoli tra l'aeroplano e il VOR possono coprire il segnale di navigazione sino a che l'aeroplano non sale a un'altitudine maggiore. Anche la portata del segnale VOR è limitata. Al di sotto dei 18.000 piedi (5.400 m) circa la normale portata di un VOR è di 40-130 miglia nautiche, a seconda della natura del terreno e di altri fattori. Sopra i 18.000 piedi (5.400 m) la portata è di circa 130 miglia nautiche.Lo strumento VOR include una manopola detta selettore omnidirezionale (OBS, Omni-Bearing Selector) o indicatore di radiale (OBI, Omni-Bearing Indicator), un ago indicatore di scostamento dalla rotta (CDI, Course Deviation Indicator) imperniato in alto o in grado di spostarsi lateralmente a sinistra e a destra e un indicatore TO-FROM. L'OBS consente di scegliere una radiale o di determinare su quale radiale ci si trova. L'indicatore TO-FROM indica la posizione relativa alla stazione e alla radiale scelte mediante l'OBS. Un segnale con la scritta OFF o una bandierina a strisce indicano che lo strumento non è operativo o non riceve segnali utilizzabili per la navigazione.

I.L.S.

I trasmettitori dei localizzatori (Componente di un sistema di atterraggio strumentale (ILS) che fornisce il riferimento sinistra/destra al pilota in avvicinamento alla pista. Il localizzatore è un segnale radio altamente direzionale trasmesso su uno dei 40 disponibili. Il raggio emesso è a forma di imbuto ed è tipicamente ampio 10 gradi a 18 miglia nautiche dalla pista, restringendosi a soli 700 piedi (213 m) all'inizio della pista stessa) operano sulle frequenze comprese tra i 108,100 e i 111,950 MHz.

I trasmettitori di sentiero di discesa (Sentiero elettronico di avvicinamento proiettato come parte di un Instrument Landing System (ILS). I trasmettitori di sentiero di discesa, collocati vicino alla fine della pista, inviano segnali radio che formano il corretto percorso di discesa verso la pista. L'angolo del sentiero di discesa è impostato normalmente sui 3 gradi rispetto l'orizzontale ) operano nella banda UHF e le loro frequenze sono accoppiate a quelle dei localizzatori.

L'antenna del localizzatore è installata all'estremità più lontana della pista. Il suo angolo d'irradiazione è regolato in modo da essere largo 700 piedi (210 m) alla soglia (Inizio della superficie della pista di atterraggio utilizzabile per gli atterraggi. La testata o soglia può coincidere col termine fisico della pista oppure essere diversa se parte della pista non è utilizzabile per gli atterraggi. La testata è segnalata da una linea bianca singola sulle piste o da otto linee bianche parallele disposte in due gruppi di quattro su ciascun lato della linea centrale di una pista strumentale) della pista e causare lo spostamento a fondo scala dell'indicatore di scostamento dalla rotta.

L'angolo d'irradiazione tipico di un localizzatore è pari a 5 gradi anche se gli angoli effettivi variano con le lunghezze delle piste. Il segnale è altamente direzionale e non può essere utilizzato se l'aeroplano forma un angolo maggiore di 35 gradi con la prua (Direzione nella quale è puntato l'aeromobile, normalmente riferita al nord magnetico. A causa delle spinte del vento sull'aeroplano durante il volo, la prua non coincide necessariamente con il percorso dell'aeromobile rispetto al suolo. Se ad esempio si desidera volare esattamente a est rispetto al suolo e il vento soffia da nord, sarà necessario virare leggermente verso il vento per correggere la deriva dell'aeromobile) in direzione della pista.
Sul più esterno dei marker, posto normalmente a 4-7 miglia nautiche (7,5-13 km) dalla testata pista, il segnale con angolo di 5 gradi del localizzatore è largo 2.000-3.500 piedi (600-1000 m). Avvicinandosi alla pista il sistema ILS diviene più sensibile.
Quando utilizza il localizzatore per un avvicinamento ILS, il pilota vola sempre in direzione dell'ago. Il selettore omnidirezionale non funziona quando è selezionata una frequenza per il localizzatore. Molti piloti regolano il selettore omnidirezionale sulla rotta riportata sulla carta e se ne servono come di un promemoria anche se ciò non è contemplato nella procedura. Che sia guidato dal controllo del traffico aereo nell'intercettare il localizzatore o che effettui tale procedura da solo, il pilota è in grado di intercettare il localizzatore stesso a un angolo non superiore a 45 gradi già a molte miglia dal fix per l'avvicinamento finale. Quando l'ago del localizzatore, durante l'intercettazione, si avvicina alla posizione centrale, virare per raggiungere la prua di avvicinamento riportata sulla carta e controllare la velocità di spostamento dell'ago stesso. Una volta intercettato il localizzatore, per evitare l'overcontrolling, non inclinare le ali a un angolo superiore ai cinque gradi e non modificare la prua di più di 2 gradi ogni volta. Piccole modifiche di prua effettuate con il timone si rivelano più efficienti dell'inclinazione delle ali.Quando l'ago si trova a circa metà della scala dal centro effettuare modifiche di prua controvento molto ridotte per portare l'ago stesso sulla posizione centrale. Quando si raggiunge la soglia, lo spostamento a fondo scala o inizio scala dell'indicatore rappresenta una distanza di soli 350 piedi (100 m).

Piattaforma inerziale

La Piattaforma inerziale (che permette al  velovolo di sfruttare lo spazio inerziale ed è alla base del Navigatore inerziale) è un equipaggiamento che calcola la posizione dell'aereo e la rotta da seguire mediante sensori contenuti al suo interno, consentendo così una navigazione autonoma. Le ingombranti piattaforme dotate di giroscopi meccanici hanno ormai ceduto il posto a quelle basate su giroscopi laser, all’interno dei quali due fasci di luce collimata si muovono in verso opposto lungo un percorso triangolare o quadrato. Quando, a seguito dei movimenti di rollio e beccheggio del velivolo, il percorso che i due fasci devono percorrere per giungere ad uno specchio dove vengono miscelati, non è uguale per entrambi, sullo specchio stesso si formano frange d’interferenza. E’ da queste che è possibile estrapolare matematicamente con estrema precisione gli angoli di rotazione del velivolo, ricavandone gli assetti. L’abbinamento del giroscopio laser con accelerometri ad alta precisione, ha permesso di realizzare piattaforme inerziali di un’accuratezza estrema.

Satelliti G.P.S.

I satelliti GPS ( Global Positioning System ) costituiscono una radioassistenza posta nello spazio circumterrestre. Un ricevitore istallato sul velivolo capta i segnali, provenienti da tre satelliti, relativi alla posizione di ogni satellite e all’istante del loro invio; combinando opportunamente tali segnali il ricevitore di bordo calcola la posizione del velivolo con un errore dell'ordine di qualche decina di metri. Ricevitori GPS miniaturizzati sono oggi istallati all’interno delle piattaforme inerziali, fornendo così un sistema di navigazione misto (autonomo e radioassistito) imbarcato ormai su tutti i velivoli, sia militari che civili.

T.C.A.S.

Quando i velivoli in cielo erano pochi i piloti potevano fare affidamento sui loro occhi per evitare le collisioni. Ma la densità del traffico aereo è aumentata vertiginosamente, in particolare in prossimità dei grandi aeroporti. La tecnologia elettronica ha permesso di sviluppare il TCAS ( Traffic Alert and Collision Avoidance System), di ausilio al pilota sia nell’individuare velivoli situati nelle vicinanze del proprio aereo o addirittura in rotta di collisione con esso, sia nell’eseguire le corrette manovre per uscire da situazioni di potenziale pericolo. Il TCAS fa riferimento a differenti volumi di spazio intorno al velivolo su cui è istallato: il livello di allarme dato all’equipaggio varia man mano che il velivolo intruso penetra dal volume più esterno a quello più interno.

N.V.G.

Da poco di comune impiego sui velivoli, i Night Vision Goggles (NVG) sono in grado di captare la radiazione infrarossa di cui è pervaso il cielo notturno e di convertirla in luce visibile. Poiché molti materiali come il cemento e le foglie riflettono molto efficacemente la radiazione infrarossa, gli NVG, veri e propri binocoli montati sul casco del pilota, permettono di volare in condizioni notturne con estrema sicurezza ed affidabilità; di essi fanno uso i piloti militari, ma anche gli equipaggi della Guardia costiera per il regolare servizio di perlustrazione notturna.

H.M.D.

Gli HMD, Helmet Mounted Displays, sono d’impiego squisitamente militare: il loro scopo è superare le limitazioni del campo visivo degli Head-Up Displays ( HUD ) nel puntamento delle armi. Gli HMD consistono in uno speciale casco sulla cui visiera sono proiettati le informazioni che consentono a chi lo indossa di puntare l’antenna del radar e la testata infrarossa dei missili contro il velivolo nemico, durante il combattimento, in tutto il campo visivo consentito al pilota dal movimento della testa. Progettati circa 30 anni orsono per rendere più sicuro il volo a bassissima quota dei velivoli da caccia, hanno da poco fatto la loro comparsa anche nelle cabine dei velivoli di linea. Grazie ad essi, infatti, è possibile il decollo e l’atterraggio in condizioni meteorologiche un tempo proibitive, diminuendo così il numero di voli cancellati per il maltempo. Non a caso la prima compagnia civile ad adottarli è stata l’Alaska Airlines che, operando in zone dal clima non proprio clemente, vedeva cancellato quasi un terzo dei suoi voli con conseguenti elevati danni economici.