Recentemente, sforzi significativi sono stati effettuati al fine di incrementare la durata ed il payload degli UAV, portando allo sviluppo di configurazioni con diverse dimensioni, autonomie e capacità. Qui è riportato un tentativo di classificare gli UAV in base alle loro caratteristiche (configurazione aerodinamica, dimensione, ecc.).
Nonostante le diversità, le piattaforme UAV tipicamente ricadono in una delle seguenti quattro categorie [8]:
• UAV ad ala fissa, (Fixed-wing, fig. 2.4), che si riferisce ad aerei non pilotati ad ala fissa che richiedono una pista di atterraggio e decollo, o un sistema di lancio a catapulta. Generalmente hanno una lunga autonomia e possono volare ad alte velocità di crociera.
• UAV ad ala rotante, (Rotary-wing, fig. 2.5), altrimenti chiamati rotorcraft UAV o VTOL UAV (vertical take-off and landing), che hanno il vantaggio di poter stare in hovering e di avere una elevata manovrabilità.
Queste caratteristiche sono particolarmente utili per applicazioni civili. Un rotorcraft può avere differenti configurazioni, con rotori principale e di coda (come un convenzionale elicottero), rotori coassiali, rotori in tandem, multi-rotori, ecc.
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• Dirigibili, più leggeri dell’aria e con elevate autonomia, possono volare a basse velocità e sono generalmente di grandi dimensioni.
• Flapping-wing UAV, che hanno piccole ali flessibili e/o “morphing” ispirate a quelle di uccelli ed insetti volanti.
• Configurazioni ibride o configurazioni convertibili, che possono decollare verticalmente ed inclinare i loro rotori e volare come aeroplani, come ad esempio il Bell Eagle Eye UAV.
Un ulteriore criterio di classificazione è basato sulla loro dimensione e durata di volo. Le differenti categorie sono [3]:
• HALE (High Altitude Long Endurance): operano oltre i 15000 m di quota ed
hanno oltre 24 ore di durata. Svolgono ruoli di sorveglianza e ricognizione ad elevatissime distanze e sono sempre più armati. Sono solitamente gestiti dalle Forze Aeree presso basi fisse.
• MALE (Medium Altitude Long Endurance): operano tra 5000–15 000 m di quota e 24 ore di durata. endurance. I loro ruoli sono simili a quelli dei sistemi HALE ma generalmente operano in range inferiori, ma sempre oltre i 500 km. Gestiti da basi fisse.
• Tactical UAV: operano in un range compreso tra i 100 e i 300 km. Sono velivoli più piccoli e controllati con sistemi più semplici rispetto a HALE o MALE. Generalmente gestiti da forze di navali o di terra.
• Mini UAV (MUAV): sono UAV con una massa inferiore a 20 kg, ma non piccoli quanto i MAV, capaci di essere lanciati a mano ed operare a distanze fino a circa 30 km. Sono usati da gruppi in battaglia e per altri scopi civili.
• Micro UAV (MAV): sono originariamente definiti come UAV con una apertura alare non superiore a 150 mm. Attualmente vengono inclusi in questa categoria anche UAV che non rispettano propriamente questo criterio. Il loro scopo riguarda missioni in ambiente urbano, in particolar modo tra edifici. È richiesta loro una bassa velocità di volo, e preferibilmente di rimanere in hovering o di appoggiarsi su una superficie.
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Al giorno d’oggi un mercato civile per i RPA esiste, ma bisogna considerare che questo mercato rimarrà limitato fino a quando non verrà messo a punto un adeguato quadro normativo, in modo particolare per grandi e complessi RPA in grado di svolgere attività impegnative in BVLOS. In più, oltre allo sviluppo di tale quadro normativo, un’espansione significativa dipenderà anche dallo sviluppo e dalla certificazione di tecnologie appropriate (come i sistemi SAA) necessarie all’integrazione sicura e uniforme di un RPA in spazi aerei non segregati. Analizzeremo questi aspetti nel capitolo successivo.
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Figura 2.4 – Esempi di Fixed-wing UAV: a)The AIA RQ-7° Shadow b) The Insitu Aerosonde robotic aircraft) c) The Atomics MQ-9 Reaper
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Figura 2.5 – Esempi di Rotary-wing UAV: a)RQ-8A/B FireScout, Northrop Grumman, b)Guardian CL-327, Bombardier Services,c)Cypher II, Sikorsky Aircraft Corp.
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Regolamenti e requisiti
Nell’aviazione civile, sono presenti numerosi meccanismi volti a minimizzare la probabilità di collisione con un altro aeromobile, con oggetti o col terreno. In generale, essi vengono categorizzati come separation assurance e collision avoidance.
La prima categoria mira a mantenere il velivolo lontano da ostacoli, in accordo con le minime distanze di separazione, sui piani verticale e orizzontale. Questi valori minimi dipendono da numerosi fattori, quali la classe dell’aerospazio, le regole di volo, la fase di volo, i metodi di controllo del traffico aereo (ATC), le prestazioni dei sistemi di navigazione di bordo, ecc.
Generalmente, la separazione laterale minima tra aerei può variare dalle 3 miglia nautiche nelle aree di terminal con servizio di separazione radar ATC alle 60 miglia nautiche per due aerei alla stessa altitudine su una rotta nordatlantica [8]. Inoltre, in spazi aerei non controllati la separazione minima non richiede una distanza di separazione specifica ed ogni velivolo deve rimanere ben distante, well clear, dagli altri.
Well clear è un termine qualitativo più che quantitativo, utilizzato nelle attuali regolamentazioni quando ci si riferisce a una minima distanza tra due aerei che stanno evitando una collisione.
D’altro canto, la collision avoidance è considerata l’ultima risorsa per evitare una collisione in caso di perdita di separazione. In alcuni casi, la collision avoidance tra velivoli è eseguita in maniera cooperativa, che significa che due aerei in conflitto utilizzano comuni sistemi e procedure che sono stati progettati per individuare congiuntamente una collisione imminente con un tempo sufficiente per reagire ed evitarla. Ad ogni modo, non tutti gli UAV sono dotati di questi sistemi e, ovviamente, neanche altri ostacoli volanti, come uccelli, o terreno lo sono.
Ogniqualvolta le condizioni di visibilità lo permettano, ciascun pilota a bordo di un aereo è in grado di vedere ed evitare (see and avoid) questi pericoli. Ciò significa che l’equipaggio di bordo è responsabile nell’assicurare la sicurezza della missione evitando eventuali collisioni.
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I velivoli RPAS non hanno, per definizione, equipaggio di bordo, per cui la capacità di see and avoid è ovviamente assente. Essi vengono per questo dotati di diversi sensori e meccanismi che vadano a rimpiazzare questa funzionalità imprescindibile.
Così, la terminologia sense and avoid è più appropriata ed è semplicemente definita come:
“il processo di determinare la presenza di potenziali minacce di collisione, ed effettuare una manovra per allontanarsi da essi; è l’equivalente automatizzato del termine “see and avoid” per il pilota a bordo di un aereo”. [9]