Le problematiche sull’integrazione di velivoli senza pilota nello spazio aereo interessano diverse aree tematiche e sono affrontati in numerosi studi [19, 20, 35]. In questo capitolo, avendo già affrontato l’argomento delle normative, verranno considerate tre aree principali: sicurezza, salvaguardia e traffico aereo.
3.7.1. Sicurezza (Safety)
Una corretta integrazione di UAV nello spazio aereo civile richiede certezze, come sottolineato precedentemente, sul fatto che essi possano operare all’interno delle strutture del sistema d’aviazione comunemente concepito. Per questo motivo, gli UAV devono dimostrare di non rappresentare un rischio ingiustificato per altri aerei o persone a terra. Essi devono dunque garantire un eguale livello di sicurezza rispetto all’aviazione con
50
pilota a bordo. La difficoltà risiede nel definire correttamente questa equivalenza in termini di requisiti del sistema.
Nelle attività degli UAV ovviamente il pilota non è più a rischio in caso di incidente, per cui si pone il quesito se un sistema senza pilota debba attenersi agli stessi standard di sicurezza dei velivoli convenzionali.
Le principali problematiche di interesse sulla sicurezza comprendono: collision avoidance, affidabilità del sistema, fattori umani, meteo. In questa sezione verrà preso in considerazione il primo fattore.
La collision avoidance rappresenta il problema più pressante e, di conseguenza, l’oggetto di numerosi studi da parte di governi, industrie, università ed istituti di ricerca di tutto il mondo. Al fine di evitare collisioni, agli UAV è richiesta la capacità di SAA o DAA, che permetta loro di identificare e mantenersi a distanza da aerei o altre ostruzioni.
Infatti, come si legge nella FAA Directive 7610.4J, le operazioni richiedono che il RPA possieda un metodo comparabile a quello di “see and avoid” di un pilota umano a bordo. Inolte, nelle regole del diritto di passaggio (FAR Part 91.113), si legge:
“a prescindere dal fatto che le operazioni siano condotte in IFR o VFR, ogni persona in controllo di un velivolo deve mantenersi vigile in modo da poter vedere ed evitare altri aerei”. Per soddisfare questi requisiti, gli UAV devono perciò poter evitare collisioni con tutti gli aeromobili- cooperativi e non- in ogni momento della missione.
3.7.1.1. Parametri di sicurezza
La definizione di un “equivalente livello di sicurezza” è senz’altro una sfida. In parte la difficoltà deriva dalle differenze tra le abilità, capacità e abitudini umane. Non tutti i piloti hanno la stessa acutezza visiva o percezione della profondità, né passano lo stesso tempo guardando fuori dai finestrini, né seguono delle precise tecniche di scansionamento. Oltre a queste variazioni del comportamento umano, anche l’ambiente e quindi le circostanze operative cambiano. Un volo in una giornata nebbiosa non offre le stesse condizioni di visibilità che offre una giornata tersa, e non tutti gli aerei hanno lo stesso range visivo. Alcune ricerche condotte dai Lincoln Labs sull’efficacia della capacità umana di vedere ed evitare indicano che i piloti sono mediocri nell’identificazione di potenziali collisioni, specialmente se non avvisati sul traffico aereo nelle loro vicinanze. Ci si chiede dunque se
51
basare uno standard di sicurezza su un sistema di individuazione, quello umano, con queste caratteristiche sia desiderabile.
Un’altra soluzione per un equivalente livello di sicurezza si basa sui requisiti di certificazione della U.S. FAR Part 23 e 25 che specificano un campo di vista del pilota a bordo di ± 110 gradi in azimuth e ± 30 gradi in elevazione. Ma anche questo potrebbe rivelarsi uno standard insufficiente, a causa della limitazione visiva posteriore. Nel caso di un UAV, infatti, un range di 360 gradi è teoricamente raggiungibile con una determinata tipologia di sensori e di piazzamento.
Un ulteriore problema è rappresentato dal fatto che molti UAV hanno piccole dimensioni, quindi sono difficili da identificare per altri utenti dello spazio aereo. Anche quando sono stati identificati, i piloti possono non riuscire a valutare correttamente la loro distanza e velocità di approccio [19].
3.7.2. Salvaguardia (security)
L’integrazione degli UAV comporta necessariamente delle considerazioni sulla salvaguardia di numerose componenti del sistema, come le stazioni di controllo a terra, i segnali di comunicazione, la sicurezza dei dati.
Le operazioni verranno condotte da infrastrutture stabilite a terra, che possono variare da piccole unità mobili ad elaborati, interconnessi, sistemi globali. È fondamentale dunque stabilire dei requisiti di sicurezza per queste strutture, dal momento che le funzioni di controllo possono essere distribuite in diverse parti del mondo.
Gli UAV sono collegati a dei canali di comunicazione che, in certi casi, possono essere distribuiti geograficamente in modo esteso. Questi canali vengono utilizzati per il controllo del veicolo, il monitoraggio, le comunicazioni del traffico aereo e sono, a diversi livelli, vulnerabili a disturbi, manomissioni, interferenze o tentativi di presa di controllo. Per questo, un sistema di elevata integrità e sicurezza per il collegamento dati tra aerei, stazioni di controllo a terra e strutture per il traffico aereo è un requisito fondamentale
52
nell’accettazione delle operazioni UAV in spazi aerei non segregati. Moderne tecnologie di crittografia possono mitigare il problema.
La sicurezza delle comunicazioni dipende dalla frequenza utilizzata, il mezzo di comunicazione, la tecnologia di crittografia e le proprietà associative del link di comunicazione.
Problematiche relative salvaguardia e la protezione dei dati richiedono lo sviluppo di tecnologie che prevengano attacchi informatici.
3.7.3. Traffico aereo
Assicurare un’integrazione sicura ed efficiente degli UAV nelle operazioni del traffico aereo richiede che essi operino all’interno dei vincoli del sistema del traffico aereo in evoluzione.
Le prestazioni degli UAV possono differire in maniera significativa da quelle dei velivoli convenzionali. Alcuni volano a bassa velocità ed hanno dei limiti sulla manovrabilità, mentre altri operano a velocità elevate con grande agilità. Le diversità riguardano inoltre la tipologia di sistema di lancio e recupero, il tipo di missione ed altri fattori. Per questo, l’Air Traffic Management necessiterà di essere adeguatamente strutturato per gestire l’addizionale complessità legata alla crescita degli UAV.
Infatti, le prestazioni e caratteristiche di volo di questi veicoli possono avere un impatto elevato sugli operatori del servizio di traffico aereo e i loro sistemi di supporto. Alcuni UAV non sono in grado di eseguire manovre di salita o manovre lungo rotte stabilite da procedure abituali, per cui ciò potrebbe portare all’esclusione di tali UAV da determinate rotte o spazi aerei o portare allo sviluppo di specifiche rotte o procedure che tengano conto dei loro limiti prestazionali.
54
Sense and Avoid
Una delle sfide tecniche principali che limitano le attività dei RPA nello spazio aereo civile è senz’altro legata ai requisiti sulla separazione dal traffico e sulla corretta elusione di collisioni a mezz’aria. Nel riferirsi a questi due aspetti fondamentali si parla generalmente di requisiti sul SAA o DAA. Una review sulla letteratura delle tecnologie di SAA si può trovare in [36] e [37].
Sistemi automatici in grado di fornire al RPA la capacità di SAA sono spesso indicati come sistemi per la Conflict Detection and Resolution (CDR) [21].