Aviazione nell’era digitale

L’Age dell’Information è generalmente considerata come arrivata con Internet in quanto sviluppata negli anni ’70 e sviluppata durante gli anni ’80, e continua ad evolversi fino ad oggi. Anche l’adozione delle tecniche digitali nel settore dell’aviazione è arrivata progressivamente nello stesso periodo e continua anche oggi.

L’uso di computer digitali nella progettazione di aeromobili è stato sviluppato da grandi società aerospaziali negli anni ’70 e comprendeva tecniche come CAD, CAM, analisi di sollecitazioni di componenti strutturali utilizzando FEA e per la modellazione aerodinamica. I materiali compositi si prestano meglio del metallo a forme aerodinamiche “organiche” fluide di alta efficienza, e l’avvento di sofisticati sistemi di progettazione e modellazione assistita dal computer ha portato a un’espansione nell’uso di questi materiali e forme.

Anche i sistemi digitali sono comparsi nell’aereo e sono cresciuti costantemente in sofisticazione. Le prime prove FADEC (Full Authority Digital Engine Control) si sono svolte nel 1968, con il primo sistema operativo entrato in servizio nel 1985. Il primo sistema operativo fly-by-wire completamente autorevole è stato sviluppato per il General Dynamics F-16 Fighting Falcon e il suo L’introduzione nel 1978 segnò una rivoluzione nel rilevare il compito di assicurare la stabilità in volo dai tradizionali stabilizzatori aerodinamici. Questo uso della “stabilità statica rilassata” ha permesso di rendere gli aerei più manovrabili e di avere un “tocco” artificiale per aiutare i piloti nel loro compito principale. Nel frattempo, il “cockpit di vetro” stava sostituendo la tradizionale strumentazione elettromeccanica analogica con display digitali grafici che potevano visualizzare qualsiasi informazione selezionata. I primi cockpit in vetro fornivano informazioni di volo meno critiche sotto forma di sistema EFIS, con sistemi completamente in vetro che risalivano al 1988.

L’era della guerra fredda si è conclusa poco dopo l’arrivo delle tecnologie digitali, portando una marcata diminuzione dell’aviazione militare tra le principali potenze. Più recentemente l’ascesa delle economie indiana e cinese ha stimolato lo sviluppo di aerei militari in questi paesi.

aereo

Stabilità statica rilassata
Il primo sistema operativo fly-by-wire completamente autorevole è stato sviluppato per il General Dynamics F-16 Fighting Falcon e la sua introduzione nel 1978 ha annunciato una rivoluzione nel rilevare il compito di garantire la stabilità in volo dai tradizionali stabilizzatori aerodinamici. Questo uso della “stabilità statica rilassata” ha permesso di rendere gli aerei più manovrabili e di avere un “tocco” artificiale per aiutare i piloti nel loro compito principale.

Materiali compositi
I materiali compositi si prestano meglio del metallo a forme aerodinamiche “organiche” fluide di alta efficienza, e l’avvento di sofisticati sistemi di progettazione e modellazione assistita dal computer ha portato a un’espansione nell’uso di questi materiali e forme.

motori
Questo periodo ha visto un’impennata nell’uso di sistemi di alimentazione elettrica per velivoli leggeri e UAV. Le tecnologie abilitanti includono la diffusa disponibilità e convenienza di nuove tecnologie per batterie ad alte prestazioni, magneti di terre rare ad alta resistenza nei motori elettrici, costi di caduta delle celle solari e sofisticati sistemi di controllo e gestione computerizzati.

Nel frattempo, i motori aeronautici convenzionali, sia a pistone che a base di turbine, hanno continuato il processo di perfezionamento, diventando costantemente più affidabili ed efficienti in termini di consumo, mentre allo stesso tempo meno inquinanti.

Avionics
Anche i sistemi digitali sono comparsi nell’aereo e sono cresciuti costantemente in sofisticazione. I primi sistemi digitali erano autonomi con funzionalità limitate. Le prime prove FADEC (Full Authority Digital Engine Control) si sono svolte nel 1968, con il primo sistema operativo entrato in servizio nel 1985.

I sistemi di dati integrati richiedono un bus dati digitale. Il bus MIL-STD-1553 è stato definito nel 1973. Ciò ha permesso di sviluppare il primo sistema operativo fly-by-wire completamente autorevole per General Dynamics F-16 Fighting Falcon. L’introduzione di questo velivolo nel 1978 ha annunciato una rivoluzione nell’assumersi il compito di assicurare la stabilità in volo dai tradizionali stabilizzatori aerodinamici. Questo uso della “stabilità statica rilassata” ha permesso di rendere gli aerei più manovrabili e di avere un “tocco” artificiale per aiutare i piloti nel loro compito principale. Nel frattempo, il “cockpit di vetro” sostituiva la tradizionale strumentazione elettromeccanica analogica con display digitali grafici che potevano visualizzare qualsiasi informazione selezionata.

Veicoli aerei senza equipaggio
Prima dell’era digitale, i veicoli aerei senza equipaggio (UAV) oi droni erano di uso limitato, con capacità di guida limitata o collegamento vulnerabile di radiocomando a un pilota remoto.

Lo sviluppo di sensori leggeri ea basso costo come le fotocamere digitali insieme alle tecnologie di mobile computing ha permesso agli UAV di diventare più sofisticati e di prendere decisioni di volo autonome. Gli UAV sono sempre più utilizzati in ruoli sia civili che militari.

Gli UAV sono un’arma d’attacco interessante perché combinano la flessibilità e la potenza di fuoco di un aereo con equipaggio con la spesa di un missile. Sono venuti alla ribalta attraverso il loro uso per gli attacchi chirurgici aria-terra in Afghanistan. Tuttavia tale uso è controverso a causa del rischio di causare morti civili per errore.

Nel XXI secolo, gli UAV civili come il quadricottero vengono sempre più utilizzati per scopi ricreativi e per l’osservazione aerea tramite una fotocamera digitale.

Un micro-UAV è abbastanza piccolo da poter essere trasportato in una volta, e queste sono le applicazioni per la ricognizione militare e la ricerca scientifica.

Aviazione civile
Durante questo periodo, l’aviazione civile ha continuato a espandersi. Aerei e motori sono diventati più grandi e più efficienti nei consumi, mentre i sistemi digitali hanno progressivamente assunto il controllo del volo e altri sistemi avionici. I moderni aerei di linea hanno cabine di pilotaggio in vetro, motore digitale full-authority e comandi di volo computerizzati fly-by-wire e, più recentemente, connettività di comunicazioni mobili su Internet.

Le principali interruzioni del trasporto aereo nel XXI secolo comprendevano la chiusura dello spazio aereo USA a causa degli attacchi dell’11 settembre e la chiusura della maggior parte dello spazio aereo europeo dopo l’eruzione del 2010 di Eyjafjallajökull.

Aviazione generale
Gli aerei ultraleggeri e ultraleggeri sono cresciuti in popolarità, insieme ad altre attività sportive come il parapendio.

Nel 1986 Dick Rutan e Jeana Yeager hanno volato con la Rutan Voyager in tutto il mondo senza soste e senza rifornimento aereo.

Nel 1999 Bertrand Piccard divenne la prima persona a fare il giro del mondo in un pallone.

Aviazione militare
L’uso di sistemi digitali fly-by-wire e la stabilità statica rilassata hanno conferito all’aeromobile militare una maggiore manovrabilità senza sacrificare la sicurezza o la possibilità di volare. Sono diventate possibili manovre tattiche avanzate come il Cobra di Pugachev.

missili
La tecnologia digitale ha consentito ai sistemi di guida missilistica di ridursi in termini di dimensioni e di calcolare e correggere la loro traiettoria di volo lungo il percorso. L’uso di mappe a bordo, elaborazione video e comparazione del terreno (TERCOM) ha dato ai missili cruise un’accuratezza senza precedenti.

Invisibile
Durante il periodo postbellico, il rilevamento radar rappresentava una costante minaccia per l’aggressore. Gli aerei da attacco svilupparono la tattica del volo a basso livello, “sotto il radar” dove erano nascosti da colline e altri ostacoli dalle stazioni radar. L’avvento delle catene radar di basso livello, come difesa dai missili cruise, ha reso questa tattica sempre più difficile. Allo stesso tempo, i progressi nei materiali assorbenti le radiazioni elettromagnetiche (RAM) e le tecniche di modellazione elettromagnetica hanno offerto l’opportunità di sviluppare velivoli “nascosti” che sarebbero stati invisibili al radar in difesa. Il primo velivolo d’attacco furtivo, il Lockheed F-117 Nighthawk entrò in servizio nel 1983. Oggi, la furtività è un requisito per qualsiasi velivolo d’attacco avanzato.

Attività di terra
La Commissione del Centenario del Volo degli Stati Uniti è stata istituita nel 1999 per incoraggiare la più ampia partecipazione nazionale e internazionale nella celebrazione di 100 anni di volo motorizzato. Ha pubblicizzato e incoraggiato una serie di programmi, progetti ed eventi destinati a educare le persone sulla storia dell’aviazione.

Produzione
L’uso diffuso di tecniche digitali durante la progettazione e la produzione ha portato a una rivoluzione nella progettazione di aeromobili. Ora un designer può creare un aereo, modellarne le caratteristiche aerodinamiche e meccaniche, progettare i componenti di produzione e farli fabbricare in officina, il tutto in un unico dominio digitale end-to-end.

L’uso crescente di materiali compositi in fibra ha portato anche a autoclavi sempre più grandi per applicare e polimerizzare la resina che lega le fibre strutturali in posizione. Sono state inoltre sviluppate nuove tecniche di test e di ispezione, in quanto le modalità di guasto e i sintomi dei componenti compositi tendono ad essere molto diversi da quelli realizzati in metallo. Ad esempio, strati di fibra possono delaminare all’interno di un componente multistrato, indebolendolo senza alcun segno visibile esterno di incrinature. Laddove una pelle metallica tende a condurre la corrente da un fulmine in tutte le direzioni e a schermare componenti sensibili, la fibra di carbonio tende a condurre lungo le fibre e a consentire più energia all’interno, richiedendo una progettazione più accurata per proteggere i componenti di volo critici da EMP lampo.

La crescente sofisticazione dei sistemi avionici ha portato a tempi di sviluppo più lunghi. In particolare, l’uso di sistemi di volo digitali come il fly-by-wire ha portato a una sofisticazione e complessità del software di controllo sempre maggiore, che può richiedere molti anni per svilupparsi e convalidare. Durante questo periodo, qualsiasi modifica alla progettazione fisica dell’aeromobile potrebbe richiedere la revisione e la riconvalida del software associato.

Controllo del traffico aereo
Man mano che i computer diventavano più sofisticati negli anni 2000, iniziarono a prendere in consegna aspetti di routine del compito del controllore del traffico aereo. Fino a quel momento tutto il traffico aereo nello spazio aereo circostante è stato tracciato e visualizzato, con il controllore del traffico aereo responsabile del monitoraggio della sua posizione e della valutazione di qualsiasi necessità di intervento. I moderni sistemi computerizzati sono in grado di monitorare le traiettorie di molti altri aerei in un dato momento, consentendo al controllore di gestire più velivoli e concentrarsi sui processi decisionali e di follow-up.

21 ° secolo
L’aviazione del XXI secolo ha visto un crescente interesse per il risparmio di carburante e la diversificazione dei carburanti, nonché per le compagnie aeree e le strutture a basso costo. Inoltre, gran parte del mondo in via di sviluppo che non ha avuto un buon accesso al trasporto aereo ha costantemente aggiunto aerei e strutture, anche se la grave congestione rimane un problema in molte nazioni emergenti. Circa 20.000 coppie di città sono servite dall’aviazione commerciale, da meno di 10.000 di recente nel 1996.

Sembra esserci un nuovo interesse nel tornare all’era supersonica, dove la caduta della domanda e gli ostacoli burocratici nel volgere del XX secolo hanno reso i voli non redditizi, così come l’arresto commerciale definitivo della Concordia a causa di un incidente mortale.

All’inizio del 21 ° secolo, la tecnologia digitale ha permesso all’aviazione militare subsononica di iniziare a eliminare il pilota a favore di velivoli senza pilota a controllo remoto o completamente autonomi (UAV). Nell’aprile 2001 il velivolo senza pilota Global Hawk è volato da Edwards AFB negli Stati Uniti in Australia senza scalo e senza risorse. Questo è il volo da punto a punto più lungo mai intrapreso da un velivolo senza pilota e ha impiegato 23 ore e 23 minuti. Nell’ottobre 2003 si è verificato il primo volo totalmente autonomo attraverso l’Atlantico da parte di un aeromodello controllato da computer. Gli UAV sono ormai una caratteristica consolidata della guerra moderna, eseguendo attacchi mirati sotto il controllo di un operatore remoto.

Le principali interruzioni del trasporto aereo nel XXI secolo comprendevano la chiusura dello spazio aereo USA a causa degli attacchi dell’11 settembre e la chiusura della maggior parte dello spazio aereo europeo dopo l’eruzione del 2010 di Eyjafjallajökull.

Nel 2015, André Borschberg ha percorso una distanza record di 4481 miglia (7212 km) da Nagoya, Giappone a Honolulu, Hawaii in un aereo ad energia solare, Solar Impulse 2. Il volo ha richiesto quasi cinque giorni; durante le notti l’aereo ha usato le sue batterie e l’energia potenziale guadagnata durante il giorno.