Se vi siete mai fatti domande del tipo “Ma gli aerei hanno gli abbaglianti?” oppure “ Ma il velivolo che viene da destra ha la precedenza?” ed ancora “Nei voli diretti in Gran Bretagna si vola contromano?”, beh questo è l’articolo che fa per voi.
Quindi riassumo le vostre curiosità in un’unica domanda: come fanno gli aerei a non scontrarsi in volo? Semplice, usano il TCAS!
Il Traffic Alert and Collision Avoidance System, è un sistema di allerta del traffico ed elusione di collisione. È un dispositivo con la funzione di avvertire i piloti circa la presenza di altri aeromobili equipaggiati con transponder operanti nelle vicinanze.
Quindi il TCAS serve ad evitare collisioni tra velivoli in particolare a quote relativamente medio-basse (mid air collision), anche se il sistema è attivo durante tutto il volo.
I sistemi TCAS si compongono di:
- Un antenna direzionale posizionata sulla parte superiore del velivolo che usa per raccogliere informazioni sulla quota o la distanza di altri velivoli inviando interrogazioni a diverse potenze in 4 direzioni sfasate di 90° tra loro.
- Un antenna omnidirezionale posizionata nella parte inferiore del velivolo che permette di raccogliere informazioni sul traffico aereo che ci può essere al di sotto del velivolo stesso.
- Una transponder (che funzione nel modo S) che riceve ed invia segnali di interrogazione.
Le informazioni vengono poi fatte passare attraverso l’unità elaboratrice principale.
Il Transponder
Nelle telecomunicazioni, il termine transponder è la contrazione di Transmitter responder ed è un dispositivo automatico che riceve, amplifica e ritrasmette un segnale su una frequenza differente. Il sistema “transponder” di bordo si compone di due elementi principali, un Radar Beacon, che non è altro che l’apparato presente in cabina di pilotaggio, ed un’antenna, generalmente montata nella parte inferiore della fusoliera.
Il Mode S, o Modo S, è una tecnologia di trasmissione dati utilizzata dal radar secondario di sorveglianza (SSR) per il controllo del traffico aereo dei velivoli dotati di transponder. La “S” sta per selectable ovvero indica la possibilità di interrogare il velivolo in maniera selettiva tramite un indirizzo univoco a 24 bit, possibilità, questa, non offerta dalle precedenti tecnologie chiamate Mode A (o Mode 3A) e Mode C.
Il Mode S è uno standard di comunicazione aderente alle normative ed alle raccomandazioni dell’Organizzazione Internazionale dell’Aviazione Civile (ICAO – International Civil Aviation Organization), ovvero l’ente incaricato di sviluppare i principi e le tecniche della navigazione aerea internazionale, delle rotte e degli aeroporti e promuovere la progettazione e lo sviluppo del trasporto aereo internazionale rendendolo più sicuro ed ordinato.
Negli anni ci sono stati una serie di upgrade:
- TCAS I : Sistema a bassa potenza e a portata limitata(4-5 miglia) che avvisa di un potenziale TA-threat aircraft (velivolo intruso) e quindi avverte che c’è una possibile collisione;
- TCAS II :Sistema ancora operativo in USA ed Europa con portata di 14 miglia che provvede a dare informazioni su una possibile collisione e suggerisce la manovra utile per evitarla (RA-resolution advisories) solo nel piano verticale (raccomanded evasive maneuvers);
- TCAS III :Con una portata che va dalle 20 alle 40 miglia, questo upgrade sta sostituendo quasi del tutto il TCAS II. Oltre ad inglobare le funzioni di quest’ultimo la versione III suggerisce manovre anche nel piano orizzontale.
- TCAS IV: sviluppato negli anni ’90 tale sistema integra le normali funzioni di un TCAS III con dati provenienti da altri sistemi di navigazione. Il TCAS IV ha posto le basi per i nuovi sistemi di sorveglianza aeronautica aprendo le porte ad un concetto di navigazione sicura molto più vasto che ha assunto carattere dominante nei nuovi sistemi ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)
Il generale il pilota può decidere tra tre modi in cui il TCAS può operare:
- STANDBY: sistema non funzionante, per cui non invia nessuna interrogazioni,(aereo in area di parcheggio);
- TA-Only: il sistema invia solo interrogazioni e non riceve nessun segnale(aereo in fase di atterraggio);
- AUTOMATIC: pieno funzionamento (aereo in crociera)
Funzionamento
Il TCAS usa tecniche monopulse per interrogare e localizzare i transponders degli aeromobili vicini. Elabora le risposte quindi determina le appropriate manovre evasive. Può compiere la mappatura di 45 aeromobili entro un raggio di 15 miglia nautiche.
Esplora una volta al secondo lo spazio circostante da un minimo di 15 miglia avanti e 7,5 miglia indietro (la divisione dello spazio monitorizzato può identificarsi con l’asse trasversale del velivolo) per determinare se ci sono aeromobili (INTRUDERS) nelle vicinanze.
Quando l’intruso si trova ad una determinata distanza e quota (6 MN – 1200 ft.) dall’aeromobile rilevatore, esso viene considerato “in prossimità” o proximity target, quindi potenziale minaccia.
Quando il “proximity” continua il suo avvicinamento e penetra all’interno del volume di minaccia (tau 35”/45”), il T/CAS genera un avviso visivo e acustico di minaccia.“TRAFFIC! TRAFFIC!”
Il pilota dopo aver verificato la posizione dell’intruso sul display, tenta di stabilire, se le condizioni di volo lo consentono, il contatto visivo con la minaccia.
Qualora l’intruso, continui ad avvicinarsi (tau 20” – 30”), il computer riconosce che la minaccia da potenziale è diventata reale ed è diventato indispensabile intraprendere un’azione per evitare il traffico in conflitto.
Il sistema TCAS genera un comando visivo sul display ed acustico di risoluzione (resolution advisory) verticale “climb!-climb!” o “increase climb” , “descend!- descend!” o “increase descend” o ancora, “maintain altitude”.
La dove il comando vocale “climb” o “descend” fosse seguito dalla parola “now”, questo significherebbe che il senso della manovra va invertito. Esempio: il pilota sta eseguendo una risoluzione “a salire”, la nuova minaccia ora però si trova al di sopra quindi l’elaboratore da il comando a scendere seguito dall’ordine “ora!” DESCEND NOW! – DESCEND NOW!
Approfondimento TAU
Come molte volte accade per i sistemi aerospaziali, le formule più complicate e le funzioni più complesse vengono sintetizzate in singoli parametri che ci permettono di capire in maniera più intuitiva il funzionamento. In questo caso il parametro cardine è il tau.
Tale parametro non è altro che il rapporto tra la distanza da un altro velivolo e la velocità relativa di avvicinamento, per cui ci dà un’informazione sul tempo che il velivolo impiega per arrivare al CPA closest point of approach (punto di collisione più vicino).Le tau cambiano con la sensibilità del sistema. Infatti il TCAS ha vari gradi si sensibilità che possono essere selezionati dal pilota nelle varie fasi di volo. E’ logico che un grado di sensibilità maggiore corrisponda a tau più elevate e cioè a tempi di pre-allarme più grandi.
Come abbiamo detto il TCAS si serve di un transponder che lavora nel modo S, quindi esso invierà un segnale e riceverà una risposta, se ci sarà un altro velivolo nelle vicinanze, con un ritardo tipico di 21 microsecondi. In questo tempo il segnale percorre in media 1,7 nmi (miglia nautiche) per cui si può considerare una Tau Area (sfera di raggio 1,7 nmi) intorno al nostro velivolo che identifica un’ area nella quale se si trovasse un altro velivolo potremmo trovarci in pericolo di collisione.
Poiché ci possono essere tanti velivoli che contemporaneamente inviano delle risposte, si può presentare una sovrapposizione dei segnali (synchronous garble overlapping ). Per risolvere tale problema si una il metodo Whisper: il TCAS non invia una sola interrogazione ma una serie di interrogazioni (distanti 2 microsecondi l’una dall’altra) di potenza crescente nel tempo.
Alla prima interrogazione rispondono i velivoli i cui transponder hanno intensità di potenza di ricezione minore o uguale al segnale inviato. In seguito il TCAS identifica i velivoli e sopprime tutte le risposte inviando un segnale di potenza di poco minore rispetto al precedente.
Segue quindi una seconda interrogazione con una potenza maggiore rispetto alla prima, grazie alla quale si riceverà risposta dai velivoli con potenza di ricezione dei loro transponder inferiore o uguale a quella del segnale del TCAS… e così via. In tal modo si riesce ad avere molte risposte da vari velivoli senza che esse si sovrappongano.
Vediamo , infine, dove sono e come funzionano gli indicatori visivi e acustici di risoluzione, e quali simboli si usano.
I due indicatori di risoluzione, cioè della manovra da eseguire nel piano verticale per evitare una possibile collisione, sono i due indicatori della velocità verticale barometrica del velivolo (Vertical Speed Indicator – VSI) opportunamente modificati in modo che su comando del computer possano mostrare, sulla scala di lettura, settori codificati di colore rosso e/o verde.
II settore verde indica la velocità verticale da raggiungere e/o mantenere per la risoluzione del conflitto di traffico, quello rosso le velocità da evitare. Il pilota, in sostanza, deve governare l’ aereo per portare l’ indice dello strumento fuori dal campo rosso e, nel caso di RA correttivi, dentro il campo verde.
Gli indicatori possono essere di tipo convenzionale elettromeccanico, con i settori rosso e verde realizzati con LED, oppure completamente elettronici di tipo CRT /LCD.
L’ altoparlante invece consente la diffusione in cabina di pilotaggio degli avvisi acustici descritti precedentemente; il volume d’ uscita degli avvisi è prefissato in sede d’installazione e non è quindi regolabile dai piloti; è tuttavia possibile selezionare livelli d’ uscita diversi direttamente sul computer. Ciascun avviso è associato ad una simbologia standard presentata sugli indicatori di traffico e di risoluzione.
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