Nel contesto della progettazione di aeromobili per missioni specifiche, la selezione della configurazione di volo gioca un ruolo cruciale nella mitigazione del rischio a terra. Tra le molteplici opzioni, Hasan e Sachs concentrano l’attenzione su aerei ad ala fissa e velivoli ad ala rotante, escludendo configurazioni più insolite come ali a scatola, corpi alari integrati o ibridi, dirigibili e parapendii. La priorità nella pre-selezione è data alla capacità di decollo e atterraggio corti, un requisito che restringe significativamente la rosa delle configurazioni disponibili.

L’analisi qualitativa e quantitativa condotta evidenzia come l’aggiunta di propulsori elettrici attivi solo durante le fasi di decollo e atterraggio, sfruttando l’effetto del flusso d’aria (slip-stream), consenta di ridurre la superficie alare. Ciò permette un’ala più sottile con un carico alare elevato, condizione ottimale per l’efficienza in crociera. Tra le configurazioni prese in esame, una con doppio pilone e apertura alare di 16 metri risulta la più efficiente dal punto di vista del consumo di carburante, mentre una configurazione con ala a scatola da 12 metri emerge come valida alternativa, grazie ai vantaggi di un sistema alare non planare su ali più corte, migliorando la manovrabilità a terra.

Per quanto riguarda i velivoli ad ala rotante, la scelta cade su configurazioni classiche con un solo rotore principale, cioè elicotteri e girocotteri. I girocotteri, con rotore di diametro superiore a quello degli elicotteri (14 m contro 10 m), si distinguono per una minore complessità tecnica e per il fatto che il rotore è costantemente in autorotazione. Questo conferisce loro un vantaggio in termini di sicurezza, poiché la manovra di autorotazione in caso di guasto è più semplice da eseguire rispetto all’elicottero, che richiede un controllo di volo attivo e certificato. Questa peculiarità influenza direttamente la classificazione del rischio a terra secondo il metodo SORA, consentendo una mitigazione più efficace e meno stringente dei rischi associati.

Tuttavia, il vantaggio della semplicità dei girocotteri è controbilanciato dalla mancanza della capacità di decollo e atterraggio verticale (VTOL), posseduta dagli elicotteri e richiesta dal mercato per casi d’uso più ampi. La scelta tra configurazioni deve quindi valutare attentamente il compromesso tra versatilità operativa e costi di acquisizione e manutenzione, dato che questi ultimi impattano significativamente sulle spese operative complessive.

I tre modelli finalisti, dunque, includono una configurazione tradizionale ad ala fissa con doppio pilone e propulsore posteriore, un’ala a scatola e un girocottero con ali supplementari per migliorare l’efficienza in crociera. La riduzione del rischio a terra si lega strettamente alle mitigazioni SORA M1 e M2, che impongono limiti operativi a zone scarsamente popolate e richiedono contenimento rigoroso rispetto alle aree circostanti. Fondamentale diviene la tecnologia adottata per la terminazione sicura del volo in emergenza: se l’unico intervento previsto è lo spegnimento del motore, l’area di volo consentita si riduce drasticamente a causa della necessità di ampie zone di sicurezza. Qui entra in gioco il rapporto di planata dell’aeromobile, che definisce i margini di sicurezza necessari.

L’adozione di sistemi supplementari, quali paracadute o manovre di emergenza predefinite, permette invece di ridurre drasticamente tali buffer di sicurezza, con conseguente abbassamento della classificazione del rischio a terra. Questo alleggerisce le rigorose richieste di affidabilità sull’aeromobile, sul produttore e sull’operatore. Le soluzioni ideali sono quelle a bassa complessità tecnica e controllo passivo, in modo da minimizzare l’interazione tra sistema nominale e dispositivi di emergenza.

Nel progetto ALAADy, Sachs ha scartato manovre procedurali complesse come spin piatto o scivolata laterale continua, perché difficili da raggiungere in ogni situazione di volo e sfavorevoli per il volo nominale. Sono stati pertanto scelti paracadute per i due modelli ad ala fissa, mentre per il girocottero si è ipotizzato l’utilizzo dello stato di autorotazione verticale per una discesa controllata senza velocità orizzontale, ideale in termini di rischio a terra. Simulazioni e test in volo hanno mostrato che tale modalità richiede un controllo attivo per passare da tutte le situazioni di volo; una variante più promettente è quindi una discesa a spirale con bassa velocità in avanti, dimostrata con successo con un girocottero ultraleggero pilotato.

Successivamente, l’aggiunta di ali supplementari al girocottero ha incrementato l’efficienza e l’autonomia di volo, mentre l’adozione di due eliche di traino anziché una singola spingente dovrebbe migliorare le caratteristiche acustiche. Per validare questa configurazione poco convenzionale, è stato realizzato un modello in scala sottoposto a test in galleria del vento e prove di volo che hanno permesso di correggere dimensioni e posizionamento delle superfici di controllo.

Questi avanzamenti, pur mantenendo la semplicità di base del girocottero, permettono un aumento significativo dell’autonomia e una migliore accettazione sociale, elementi cruciali per il successo operativo.

È fondamentale per il lettore comprendere come la riduzione del rischio a terra non sia solamente una questione di design meccanico, ma un equilibrio complesso tra efficienza aerodinamica, semplicità operativa, capacità di sicurezza passiva e condizioni normative. La robustezza del sistema di mitigazione e la sua integrazione con il concetto operativo determinano la fattibilità e l’accettabilità dell’aeromobile in contesti reali. Inoltre, le scelte progettuali devono sempre considerare l’interazione fra le prestazioni di volo nominali e le procedure di emergenza, evitando compromessi che possano compromettere la sicurezza o la funzionalità quotidiana.

Quali sono le limitazioni e le opportunità nell’uso dei droni cargo per operazioni in scenari specifici?

L’analisi dei rischi, in particolare l’applicazione del modello SORA (Specific Operations Risk Assessment), offre una visione dettagliata delle implicazioni legate al design tecnico dei sistemi aerei senza pilota (UAS), nonché alle operazioni degli operatori e dei produttori di tali droni. L’adozione di SORA nel contesto operativo di ALAADy, un progetto dedicato all’utilizzo di droni cargo di grandi dimensioni, ha rivelato che l’impiego di tali droni nella categoria specifica è limitato a voli su aree scarsamente popolate e lontano dagli spazi aerei ad alta densità, come quelli controllati di classe C o D in Europa. Questo scenario operativo impone delle restrizioni significative, ma al contempo fornisce un utile quadro per la progettazione e la gestione operativa dei droni cargo.

L’applicazione di SORA al concetto operativo sviluppato in ALAADy suggerisce che, nonostante tali limiti, i casi d'uso possano essere inseriti in quattro dei sei possibili livelli di Assurance and Integrity Level (SAIL). Tuttavia, è importante osservare che i livelli SAIL V e VI non risultano particolarmente vantaggiosi nella maggior parte dei casi, poiché la differenza nell’impegno necessario per soddisfare tutti i requisiti di sicurezza pertinenti appare relativamente piccola rispetto alla categoria certificata. È fondamentale ricordare che, nella categoria specifica, l’approvazione operativa viene concessa solo per l’operazione descritta nel concetto operativo dell’operatore. Contrariamente, un UAS con certificato di tipo può essere operato senza ulteriori approvazioni operative, con condizioni decisamente più generali. In funzione del caso d'uso, ottenere un certificato di tipo per il drone potrebbe risultare vantaggioso.

Tuttavia, sebbene l'ottenimento di un certificato di tipo possa sembrare una strada conveniente, il concetto operativo sviluppato in ALAADy, con un adeguato impegno nelle strategie di mitigazione del rischio, è in grado di raggiungere una classificazione SAIL IV o persino SAIL III, che rappresenta un equilibrio promettente tra sicurezza operativa e sforzo richiesto per soddisfare i relativi requisiti di sicurezza. In questi livelli (SAIL III e IV), l’ambito operativo è ancora limitato a voli su aree scarsamente popolate o non popolate, ma in compenso il concetto operativo beneficia di una robustezza media. È imperativo ridurre l’energia dell’impatto e i rischi post-impatto, e sviluppare strategie di risposta alle emergenze per gestire situazioni fuori controllo.

La valutazione dei rischi è cruciale per la determinazione delle specifiche necessarie per garantire la sicurezza dell'operazione. La riduzione del rischio a terra (Ground Risk Class) è un aspetto fondamentale in questi scenari, che richiede misure di sicurezza addizionali e mitigazioni specifiche per garantire la protezione dell’ambiente circostante e delle persone. Le soluzioni per la gestione del rischio, come quelle proposte dai vari modelli di analisi e dai protocolli come SORA, forniscono una guida importante per operatori e progettisti di sistemi UAS. In particolare, l’implementazione di strategie per ridurre il rischio di danni e per proteggere l’ambiente in caso di malfunzionamento dei droni è essenziale per garantire la conformità alle normative di sicurezza internazionali.

Anche se la classificazione SAIL III e IV risulta promettente, l’importanza della continua evoluzione dei processi di certificazione e della gestione dei rischi è evidente. In questo contesto, il contributo delle linee guida di enti come EASA e JARUS è di fondamentale importanza per indirizzare le decisioni relative alla progettazione e all’operatività degli UAS. Le normative europee offrono un framework regolamentare che deve essere seguito con attenzione, in particolare per quanto riguarda la gestione delle operazioni di droni cargo di grandi dimensioni, la cui sicurezza dipende dall'attenta implementazione di misure preventive e piani di emergenza.

Per i lettori, è essenziale comprendere che il successo delle operazioni con UAS non dipende solo dalla capacità tecnologica dei sistemi, ma anche dalla pianificazione e dall’applicazione rigorosa di strategie di gestione del rischio. Ogni decisione presa nel design e nella gestione operativa dei droni deve tener conto delle specifiche esigenze di sicurezza e di minimizzazione del rischio, che variano significativamente a seconda della tipologia di operazione e della categoria di certificazione. Solo attraverso l’adozione di approcci mirati e la continua ricerca di soluzioni innovative è possibile affrontare le sfide imposte dall’ambiente operativo e garantire il successo delle missioni con UAS.

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