Le tecnologie satellitari per la sicurezza del comparto aerospaziale Pasquale Schiano

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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”. - PowerPoint PPT Presentation

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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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Il CIRA

Obiettivi Strategici per la Sicurezza del Volo

Le tecnologie satellitari nel futuro sistema ATM

Le tecnologie satellitari a bordo dell’aereo

Conclusioni

IndiceIndice

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La missione CIRALa 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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• 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)

Stato del CIRA Stato del CIRA

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Il sito CIRAIl sito CIRA

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Stima dell’evoluzione del Traffico Aereo Commerciale in

Europa

Obiettivi Strategici per la Sicurezza del Obiettivi Strategici per la Sicurezza del VoloVolo

Fonte EUROCONTROL - STATFOR Forecasts Nov 08

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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

Obiettivi Strategici per la Sicurezza del Obiettivi Strategici per la Sicurezza del VoloVolo

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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

I Satelliti nel Futuro Sistema ATMI Satelliti nel Futuro Sistema ATM

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Stato dell’Arte delle Tecnologie Stato dell’Arte delle Tecnologie Satellitari in AeronauticaSatellitari 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

Air Line

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Per incrementare la sicurezza dei voli è necessario:

Tecnologie di volo autonomo a bordo degli aerei

Tecnologie per migliorare la situational awarenessdei piloti

Le Tecnologie sviluppate al CIRA per la sicurezza

IL LABORATORIO VOLANTE FLARE DEL CIRA

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-DGPS-

ADS-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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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)

EGNOS : Maggiore Accuratezza e integrità del dato fornito

La Navigazione Satellitare

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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).

Sistemi Anticollisione

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Identificazione di ostacoli e collision Identificazione di ostacoli e collision

avoidanceavoidance 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 Migliorare la Situational Awareness dei

PilotiPiloti 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 ElevationMaximum elevationdisplayed over minimumelevation. Here maximumelevation is 14,200ft. andminimum is 8,000ft.

Range RingsOuter ring is selectedrange, inner ring is half the selected range. Hereouter ring is 80nm and the inner ring is 40nm.

Measured Sea Level Geometric Altitude MSL-G

Azimuth Lines

Small Dash’s are 10° and lines are at 20 ° increments to max of 40 °.

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Migliorare la Situational Awareness dei Migliorare la Situational Awareness dei

PilotiPiloti Weather Awareness awareness

Informazioni disponibili al

pilota:

• METAR• NEXRAD• AIRMET• SIGMET• storm cell• icing

SISTEMA DI TRASMISSIONE DATI:

Ground station Geostationary Satellites Vehicle

Ground station

XM WEATHER SATELLITE SYSTEM

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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

INPUT:

Input fornito da EUMETSAT:

Divergence

Cloud Phase

Cloud Type

OUTPUT:

Clear Air Turbulence

Cumulonembi

icing

Analysis

Obiettivo:migliorare la weather awareness ottimizzando le informazioni sul cockpit

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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INPUT:Input fornito

da EUMETSAT:

Multisensor Precipitation Estimate (MPE)

OUTPUT

Nowcasting di thunderstorm.Fino ad 1 ora di forecast time step di 15 minuti

Obiettivo: migliorare la conoscenza delle condizioni meteo lungo la rotta

Step Futuri:: Definire un’architettura per la disponibilità di dati in real time nel cockpit

AVIATION HAZARD TOOL: PRODOTTI

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Revisione dell’apparato normativoRevisione 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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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

ConclusioniConclusioni