Air Traffic Management, tecnologie integrate per la sicurezza e la sostenibilità

Il mercato dell’aviazione civile è estremamente complesso, dinamico e competitivo. Numerose variabili incidono sulla sua evoluzione, sia dal punto di vista commerciale, sia da quello tecnologico: la progressiva crescita del traffico aereo, che si avvia a superare i livelli pre-pandemia e a raddoppiare i passeggeri entro il 2042; la rapida evoluzione delle tecnologie, che comporta l’introduzione massiccia della digitalizzazione e l’ingresso in campo di nuovi attori come i sistemi senza pilota e dei relativi sistemi di gestione del traffico (UTM- Uncrewed Traffic Management); non da ultima, la necessità di ridurre le emissioni di carbonio legate alla gestione del traffico aereo, con l’obiettivo fissato dall’Unione Europea di raggiungere l’impatto climatico zero entro il 2050.

Fonti: IATA (International Air Transport Association) – Dati stimati a fine 2024
Allied Market Research: commercial drone market statistics 2030

Le tecnologie di Leonardo per la gestione del traffico aereo

Uno scenario in cui cresce l’esigenza di una mobilità aerea sicura ed efficiente, che integri la gestione di aeromobili manned e uncrewed e garantisca sicurezza delle operazioni, efficienza dei servizi e attenzione alla sostenibilità ambientale.  Requisiti per i quali Leonardo mette a disposizione una serie di soluzioni per la gestione del traffico aereo che assicurano il controllo di tutte le fasi di volo e la gestione delle operazioni a terra.

Sistemi integrati per la sorveglianza del traffico aereo che migliorano la situational awareness mediante immagini del traffico e dati provenienti dai velivoli; centri di controllo, in linea con i più stringenti requisiti internazionali, che aumentano l’efficienza dei processi, attraverso interfacce uomo-macchina avanzate, con un elevato livello di automazione e interoperabilità; sistemi di comunicazione ridondanti e integrabili con più reti di comunicazione, che affiancano gli operatori e i controllori di volo nel coordinamento delle reti e dei dispositivi di comunicazione, consentendo una gestione ottimale degli hub aeroportuali.

Radar ATCR33S – Aeroporto di Brindisi

A cosa servono e come funzionano queste tecnologie?

I radar di sorveglianza primari, di rotta e terminali, rilevano la presenza di un aeromobile all’interno di un’area trasmettendo, attraverso un’antenna, un segnale elettromagnetico e valutando l'onda riflessa dall’aeromobile stesso. L'energia che viene riflessa dal target lo rappresenta su uno schermo come una traccia luminosa, utilizzata per individuarne la dimensione, la posizione e la velocità. Questo tipo di radar ha il vantaggio di operare anche in assenza di cooperazione degli aeromobili rilevati.

I radar di sorveglianza secondari, per l’identificazione di target cooperanti, generano un segnale di interrogazione al transponder a bordo dell’aereo da identificare, che invia a sua volta un segnale appositamente codificato come risposta. L'aeromobile viene rappresentato sullo schermo come simbolo elettronico cui viene associata un'etichetta alfanumerica che contiene le informazioni ricevute dall'apparato di bordo come altitudine, posizione, quota, identità.

I sistemi ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) permettono di monitorare un velivolo grazie alla trasmissione periodica via VHF della sua posizione. Le stazioni di terra ricevono informazioni su altitudine, velocità e posizione dal GPS a bordo del velivolo, permettendo ai controllori di “vedere” in tempo reale gli aerei cooperanti nello spazio monitorato.

I sistemi di multilaterazione localizzano un velivolo tramite un algoritmo basato sulla differenza del tempo di arrivo (TDOA - Time Difference Of Arrival) del segnale emesso dall’aeromobile ai sensori posizionati a terra, monitorando il traffico in arrivo e in partenza o su un'area estesa, dove il radar convenzionale non è sufficiente per controllare il traffico in rotta.

I radar meteorologici rilevano la presenza di precipitazioni (pioggia, neve, grandine) attraverso un trasmettitore che emette un impulso elettromagnetico, un ricevitore che elabora il segnale di ritorno, qualificando il tipo di precipitazione e un’antenna che funge da interfaccia tra gli apparati e l'atmosfera, con il compito di focalizzare il fascio trasmesso e di intercettare quello ricevuto. Questi radar sono utilizzati nella meteorologia radar operativa, nell'idrologia, nell'aviazione e nella ricerca per il rilevamento e il tracciamento precisi di temporali, wind shear e altri fenomeni meteorologici gravi.

I centri di controllo del traffico aereo basati sull’architettura LeadInSky assicurano il controllo di terra e la verifica delle rotte degli aeromobili in volo grazie a soluzioni operative principali, di back up, di disaster recovery, di simulazione e formazione. Grazie a sistemi interoperabili, modulari e interconnessi, abilitati attraverso interfacce uomo-macchina (HMI – Human Machine Interfaces) standardizzate, sono in linea con i requisiti degli enti nazionali fornitori di servizi del traffico aereo (Air National Service Provider) di tutto il mondo, in termini di sicurezza, affidabilità e continuità operativa.

Dati Leonardo 2023

LeadInSky, la piattaforma ATM per un traffico aereo sicuro e sostenibile

LeadInSky copre tutti i requisiti ATM per gli scenari di rotta, avvicinamento, aree terminali e aeroporti. La sua architettura modulare e flessibile consente una progettazione specifica per i diversi utilizzatori e il tipo di ambiente: da piccoli aeroporti o unità di controllo dell'avvicinamento a sistemi ATM nazionali molto grandi, con torri di controllo collegate e integrate. 

Sala demo LeadInSky – Stabilimento di Roma Tiburtina

LeadInSky si basa su tecnologie ATM all’avanguardia come la modularità dell’hardware supportata da computer commerciali e open source e centri operativi basati su architettura virtualizzata. Risponde ai vincoli in materia di Safety, Security e Human Factors. Il sistema è conforme agli Aviation System Block Upgrades dell'ICAO (International Civil Aviation Organisation) che promuove, tra gli Stati membri, l’elaborazione e l’adozione di norme internazionali e convenzioni in materia di navigazione aerea, trasporto di passeggeri e merci, sicurezza del trasporto aereo, al fine di migliorare le proprie capacità di navigazione aerea in base alle specifiche esigenze operative; agli standard di Eurocontrol, il cui obiettivo è garantire il controllo del traffico aereo a livello europeo. Inoltre, LeadInSky è in grado di integrare le innovazioni provenienti da SESAR (Single European Sky ATM Research) il programma europeo di ricerca e sviluppo per l'implementazione del Single European Sky.

Sala operativa LeadInSky del centro ATC di Kuala Lumpur – Malesia

Intelligenza artificiale, analisi dei big data, machine learning e realtà aumentata sono alcuni dei fattori abilitanti la tecnologia di Leonardo LeadInSky e che rendono possibile un'elevata ottimizzazione nell'elaborazione dei dati e nel calcolo delle traiettorie, rendendo più efficienti gli strumenti di supporto.

È il caso della procedura di separazione basata sul tempo (TBS – Time Based Separation), che consiste nella separazione degli aeromobili in sequenza nella fase di avvicinamento alla pista, utilizzando intervalli di tempo anziché distanze. La TBS garantisce ai controllori informazioni equivalenti a quelle basate sulla distanza, tenendo conto delle condizioni dei venti e della turbolenza di scia e migliorando la messa in sequenza di arrivi e partenze, con evidenti vantaggi in termini di puntualità e di risparmio energetico.

Altro esempio è rappresentato dall’implementazione dei percorsi liberi (applicazione del concetto di Free Route Airspace), in base ai quali un operatore può scegliere la propria rotta soggetta solo a poche limitazioni (ad esempio punti di ingresso e uscita fissi e la necessità di evitare aree pericolose) rispetto alla situazione in cui dovrebbero essere utilizzate le vie aeree standard, risparmiando così carburante e diminuendo le emissioni di CO₂.

Sala Demo LeadInSky - Stabilimento Roma Tiburtina

L’attenzione alla sostenibilità e alla sicurezza è testimoniata dall’adozione di architetture virtuali, per ridurre l’impronta ecologica, oltre che dall’implementazione di programmi di ricerca e sviluppo, come nel caso dell’elaborazione del Resolution Advisory, un sistema che suggerisce una determinata manovra per garantire la separazione dagli aeromobili che hanno rotte in conflitto, aumentando il livello di safety nella gestione del traffico.

LeadInSky è un’applicazione basata su SWIM (System-Wide Information Management), uno dei protocolli principali oggetto di sviluppo in SESAR. SWIM è una tecnologia abilitante per le operazioni TBO (Trajectory -Based Operations), con l‘obiettivo di facilitare la distribuzione di informazioni critiche per la sicurezza attraverso un’infrastruttura europea standardizzata, che supporta la condivisione delle informazioni terra/terra e in aria fra tutti gli attori in campo (gestori aeroportuali, fornitori di servizi di navigazione aerea, handler di servizi a terra e compagnie aeree) e garantisce allo stesso tempo elevati standard di cybersecurity. 

L’approccio SWIM introduce un modo completamente nuovo di scambiare informazioni aeronautiche, non limitandosi ad una singola soluzione o tecnologia, ma piuttosto a un livello globale di interoperabilità e standardizzazione che consenta a tutti gli utenti e fornitori di scambiare dati senza dover utilizzare interfacce o protocolli diversi. In questa prospettiva Leonardo è stata uno dei principali protagonisti nella standardizzazione delle interfacce SWIM sin dalle prime fasi di SESAR.

LeadInSky dispone di soluzioni personalizzabili per garantire la cosiddetta “disponibilità”, vale a dire il tempo, espresso in percentuale, in cui il sistema è perfettamente operativo senza guasti o interruzioni. In particolare, il fall-back immediato è un sistema parallelo a quello operativo che alimenta dei display aggiuntivi: se il sistema principale va in crash, i controllori possono operare sul sistema di fall-back senza nemmeno spostarsi. Mentre il disaster recovery è un sistema separato da quello operativo e continuamente allineato con i dati, ma installato in un luogo separato. In caso di completa inagibilità del sito principale (come in caso di eventi estremi come attentati o terremoti) riduce i tempi di inattività, la perdita di dati e le interruzioni operative mantenendo la continuità operativa del sistema. Negli ultimi quattro anni di attività in tutto il mondo, i sistemi forniti da Leonardo hanno garantito una disponibilità operativa stimata al 99,99%.

Il ruolo di Leonardo nell'integrazione ATM-UTM

Le soluzioni per la progressiva integrazione dei sistemi uncrewed (UTM) nella gestione dello spazio aereo sono in linea con la roadmap SESAR U-SPACE – servizi basati su digitalizzazione e automazione di funzioni e procedure specifiche, progettate per supportare un accesso sicuro, efficiente e protetto allo spazio aereo per un gran numero di droni – e con gli standard europei sui mezzi aerei a pilotaggio remoto.

In questo scenario, Leonardo è pioniere nello sviluppo e implementazione dei sistemi UTM italiani grazie alla partecipazione in D-Flight, società che lavora per sviluppare la piattaforma U-Space per l’erogazione dei servizi UTM (gestione sicura del traffico a bassa quota dei droni). Al contempo, insieme ad Aeroporti di Roma, è in prima linea per l'integrazione della soluzione Vertiport entro il 2024.

Sul fronte Ricerca e Sviluppo, Leonardo ha partecipato a una serie di progetti innovativi, tra i quali: