Il cielo digitale

Tutte le sere dalle 23:30 e alle 2:30 del mattino, jet quasi senza finestre con la caratteristica coda marrone convergono su Louisville, KY. Uno dopo l'altro, circa 90 velivoli della flotta United Parcel Service atterrano all'hub di distribuzione della compagnia che fiancheggia l'aeroporto di Louisville, scaricano circa 600.000 pacchi, ricaricano e tornano a volare. Il sistema è straordinariamente efficiente e ha contribuito a mantenere UPS in alto come la nona compagnia aerea più grande della nazione.

Ma con l'espansione dell'attività di consegna dei pacchi e il cielo di mezzanotte sopra Louisville sempre più affollato, UPS si sta rivolgendo a nuove tecnologie per comprimere arrivi e partenze. In un esperimento radicale che potrebbe fornire uno sguardo al futuro del controllo del traffico aereo, UPS sta abbracciando nuovi sistemi basati su satellite, sperando di liberarsi dalle tecnologie convenzionali basate su radar. Utilizzando i nuovi strumenti digitali, i piloti darebbero un'occhiata ai display della cabina di pilotaggio che mostrano la loro posizione precisa, le posizioni di altri aerei UPS e una mappa dell'aeroporto e delle sue piste, un display reso possibile da una combinazione di tecnologia di posizionamento satellitare e collegamenti dati digitali tra gli aerei. I controllori del traffico aereo continuerebbero a gestire lo spettacolo, ma i piloti otterrebbero uno strumento per mantenere una distanza più precisa al decollo e all'atterraggio.

Questa storia faceva parte del nostro numero di marzo 2001

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Se l'esperimento UPS funziona, afferma Dave Ford, un alto funzionario della Federal Aviation Administration coinvolto nell'iniziativa della compagnia aerea cargo, potrebbe fornire un modello per migliorare la sicurezza e l'efficienza nel sistema generale di controllo del traffico aereo della nazione. Uno degli obiettivi è ridurre le incursioni e gli incidenti in pista. Pensiamo che questa tecnologia potrebbe aiutarci in quelle aree. E pensiamo che ci sia un grande legame con l'efficienza, dice.

L'efficienza è sicuramente lo sprone per UPS. Riteniamo di poter aumentare il nostro throughput con la stessa infrastruttura aeroportuale, afferma il portavoce dell'azienda Ken Shapero. Se riusciamo a portare gli aerei dentro o fuori più velocemente, possiamo battere la nostra concorrenza. UPS prevede che la tecnologia produrrà un aumento della capacità del 20% a Louisville. Una riduzione di 20-30 secondi tra alcuni atterraggi e decolli potrebbe far risparmiare circa mezz'ora dall'operazione di smistamento notturno dell'azienda, un risparmio significativo quando la tua attività dipende dalla consegna puntuale dei pacchi. I numeri sono così convincenti che UPS si sta preparando a richiedere l'approvazione della FAA entro la fine dell'anno per utilizzare il sistema per la distanza di avvicinamento e partenza a Louisville e sta collaborando con altri vettori merci per spingere per un'implementazione ancora più ampia.

La domanda ora è se ciò che è buono per l'industria cargo è buono anche per quello che gli addetti ai lavori chiamano scherzosamente il carico autocaricante: il pubblico che viaggia. Queste tecnologie satellitari e di collegamento dati possono aiutare a evitare gli ingorghi dei viaggi aerei? In teoria, potrebbero mantenere gli aeroporti funzionanti a pieno regime in caso di nebbia, consentire agli aeroplani di atterrare in coppia su piste parallele ravvicinate, rendere possibili atterraggi strumentali più precisi e aiutare gli aeroplani a evitare collisioni tra le piste. Se questa suite di tecnologie diventa ampiamente disponibile, nel settore dei servizi [di controllo del traffico aereo] potremmo effettivamente superare la curva della domanda, afferma Frank Marchilena, vicepresidente esecutivo del gigante del controllo del traffico aereo Raytheon.

Come sanno tutti i passeggeri di LaGuardia, O'Hare o Newark, il sistema di controllo del traffico aereo ora è in ritardo rispetto alla curva della domanda. I ritardi hanno raggiunto livelli record nel 1999 e nel 2000 e il problema promette di peggiorare. L'anno scorso, 670 milioni di passeggeri hanno volato negli Stati Uniti; la FAA prevede che 1 miliardo di passeggeri voleranno nel 2010. Secondo le statistiche della FAA, il maltempo fa la parte del leone per i ritardi legati al controllo del traffico aereo. Ma il tempo causa un caos diffuso in parte perché i sistemi di controllo del traffico aereo di oggi sono un mosaico di tecnologie costruite nell'ultimo mezzo secolo che vengono portate al limite dal numero sempre crescente di viaggiatori. La tecnologia radar è notevolmente migliorata da quando è stata adattata per il controllo del traffico aereo civile dopo la seconda guerra mondiale, ma la procedura di base rimane la stessa. I controllori guidano gli aeroplani lungo un numero limitato di autostrade monitorate da radar nel cielo. Quando il tempo è brutto, i controllori chiudono alcune delle autostrade, creando ingorghi. Il maltempo spinge anche i controllori a imporre distanze di buffer maggiori tra gli aeroplani, aumentando i ritardi.

Durante gli anni '90, l'avvento della tecnologia Global Positioning System (GPS), in cui è possibile fissare posizioni precise triangolando i segnali di uno qualsiasi dei 24 satelliti militari, ha promesso un nuovo approccio. Utilizzando il GPS, i piloti possono determinare la loro posizione esatta senza fare affidamento sui segnali di navigazione a terra. Nell'ultimo decennio, una collaborazione di diversi laboratori finanziati dal governo, tra cui Bedford, MITRE con sede a MA e Lincoln Laboratory del MIT, ha sviluppato un nuovo modo per trasmettere continuamente informazioni sulla posizione GPS digitale e altri dati digitali tra aeroplani e controller. Con questa rete di informazioni digitali (nota agli addetti ai lavori come ADS-B o Automatic Dependent Surveillance-Broadcast), gli aerei possono scambiare continuamente dati su posizione, velocità, piano di volo, dimensioni e tipo di aeromobile, numero di passeggeri e condizioni meteorologiche.

Il sistema può essere pensato come le linee telefoniche e i modem di ultima generazione in un emergente Internet dell'aviazione, un termine utilizzato per descrivere il crescente flusso di dati tra aerei, controllori, personale di terra e strutture di manutenzione degli aerei. UPS Aviation Technologies è l'unica azienda che ha sviluppato display per cockpit certificati dalla FAA per ricevere e visualizzare informazioni da questo collegamento dati di nuova concezione, ma altri, tra cui GE-Honeywell, Rockwell Collins e L-3 Communications, stanno lavorando sui propri sistemi.

Un passaggio fondamentale a strumenti basati su satellite richiederebbe uno sforzo monumentale per raggiungere il consenso tra piloti, controllori e regolatori. Come si potrebbe raggiungere il consenso? Nel controllo del traffico aereo, le cose tendono ad essere reattive piuttosto che proattive, e questo è probabilmente ciò che accadrà qui, afferma Jim Kuchar, professore associato di aeronautica e astronautica al MIT. Un cambiamento a livello di sistema si verificherà a causa di un grave problema di congestione o perché sforzi come UPS lo rendono più attraente. Se UPS fa funzionare questa cosa e mostra tutti questi vantaggi, forse altri diranno: 'daremo un'altra occhiata a questo'.

Quel secondo sguardo, tuttavia, potrebbe tardare ad arrivare. Quattro anni fa, il pilota della United Airlines Rocky Stone ha proposto di utilizzare la nuova tecnologia satellitare per combattere la congestione, consentendo atterraggi accoppiati in condizioni di scarsa visibilità nell'aeroporto di San Francisco, noto per la nebbia, dove le piste sono a 250 metri di distanza l'una dall'altra. Ma l'idea si è rivelata poco pratica a breve termine, afferma Dave Jones, che dirige gli sforzi dello United per migliorare l'efficienza nel suo hub di San Francisco. Per implementare la strategia, United si rese conto che avrebbe avuto bisogno di Boeing e Airbus per approvare nuovi display della cabina di pilotaggio, piloti e controllori per accettarli e la FAA per certificare apparecchiature e applicazioni. E anche se United avesse installato il sistema, i suoi aeroplani avrebbero comunque dovuto allinearsi con altri aeroplani privi della tecnologia. Di fronte a questi ostacoli, la compagnia aerea ha accantonato il piano e sta invece esplorando strumenti e procedure avanzati basati su radar.

L'esperienza di United ha mostrato una difficoltà fondamentale nell'implementazione di questa nuova tecnologia: è una proposta tutto o niente. A meno che tutti gli aeroplani intorno a un determinato aeroporto non ne siano dotati, non si può fare affidamento sul sistema per la spaziatura, la prevenzione delle collisioni o molto altro. Ci deve essere un'intera architettura dello spazio aereo che tutti devono accettare, afferma Robert Rosen dell'Ames Research Center della NASA a Moffett Field, in California. Niente di tutto ciò è in atto oggi. [ADS-B] è un po' come un pezzo del puzzle, e potrebbe anche esserne una pietra angolare. Ma averlo in atto è ancora lontano dall'aver risolto molti dei nostri problemi.

Il caso per gli strumenti satellitari è molto più convincente dove l'infrastruttura radar è imprevedibile o inesistente e dove i vantaggi in termini di sicurezza sono evidenti. Uno di questi luoghi è la regione del delta dello Yukon-Kuskokwim, 260.000 chilometri quadrati dell'Alaska, dove le consegne e il trasporto di piccoli aeroplani sono un modo essenziale di vita e di morte. Gran parte dell'Alaska non ha copertura radar, torri di controllo del traffico aereo e piste asfaltate (le piste di atterraggio di ghiaia sono un lusso), rendendo l'area più simile a regioni remote dell'Africa o della Cina rispetto ai 48 stati inferiori. Gli anni '90 hanno visto una media di un incidente aereo in Alaska a giorni alterni, inclusi 186 incidenti mortali che hanno causato la morte di 398 persone. Durante quel decennio, l'Alaska ha rappresentato il 37 percento degli incidenti aerei totali della nazione e il 20 percento delle morti totali per incidenti aerei.

Nel 1998 questa carneficina spinse il Congresso ad stanziare 11 milioni di dollari per installare nuove attrezzature in 155 piccoli aeroplani in Alaska. UPS Aviation Technologies ha fornito l'avionica e ora il sistema basato su GPS viene utilizzato dai controllori del traffico aereo con sede ad Anchorage per guidare piccoli aerei nel delta remoto e paludoso. E mentre paesi privi di radar come l'Australia e persino la Mongolia stanno iniziando a implementare strumenti per il traffico aereo satellitare, la regione dell'Alaska è il primo posto negli Stati Uniti - e l'unico nel prossimo futuro - a passare al 100% basato su satelliti. controllo del traffico aereo. (Nell'esperimento UPS a Louisville, il radar guidava ancora gli aerei da e verso gli aeroporti. Gli strumenti satellitari avrebbero solo aiutato l'avvicinamento e la distanza di partenza.)

Se la tecnologia può fare incursioni simili altrove è meno chiaro. Una delle preoccupazioni è stata se i segnali satellitari GPS sono abbastanza robusti e affidabili da servire come base per il controllo del traffico aereo. Ma un rapporto del 1999 del Johns Hopkins Applied Physics Laboratory ha aiutato a dissipare i timori che i segnali satellitari, deboli rispetto ai radar terrestri, siano a rischio di interruzioni dovute a radiazioni solari, disturbi atmosferici o hacker terroristi. Secondo lo studio, stanno emergendo tecnologie che possono ridurre notevolmente la vulnerabilità al disturbo del segnale GPS. E nella misura in cui i segnali satellitari sono deformati dall'atmosfera o da altre interferenze, possono essere verificati e ottimizzati per una maggiore precisione con sistemi di potenziamento a terra come quelli installati da Raytheon.

Un'altra domanda fondamentale è se i nuovi display nella cabina di pilotaggio potrebbero distrarre i piloti e se le nuove responsabilità di navigazione li sovraccaricheranno. L'errore umano è coinvolto in almeno l'80% di tutti gli incidenti e inconvenienti nel settore dell'aviazione, afferma Kim Cardosi, manager dei programmi sui fattori umani presso il Volpe Center del Dipartimento dei trasporti degli Stati Uniti a Cambridge, MA. L'ambiente di lavoro è così complesso che può configurarli per commettere errori, ed è da questo che dobbiamo guardarci in questi sistemi e display. Dobbiamo assicurarci che [i piloti] non siano sopraffatti dalle informazioni e che quando commettono un errore questo possa essere corretto prima che abbia gravi conseguenze.

L'infusione di dati e display porta con sé nuove fonti di confusione. Kuchar cita una serie di incidenti in cui c'è stata una discrepanza tra ciò che il computer stava pensando e ciò che l'essere umano stava pensando, come l'incidente del 1995 di un Boeing 757 dell'American Airlines in avvicinamento a Cali, in Colombia. L'aereo si è schiantato contro una montagna, uccidendo 160 persone, quando al pilota automatico è stato ordinato di volare verso un segnale radar che il pilota pensava fosse vicino a Cali, ma che in realtà era vicino a Bogot. In questo caso, la tecnologia radar beacon e il sistema di pilota automatico hanno aiutato a portare i passeggeri alla morte dopo un errore del pilota apparentemente banale. Se gli Stati Uniti passeranno all'uso diffuso della [tecnologia satellitare], ci saranno altre aree del mondo che non l'hanno fatto, richiedendo ai piloti di utilizzare procedure diverse in luoghi diversi. Ciò può portare a ulteriori errori e problemi, avverte Kuchar.

Nonostante queste domande, i prototipi avanzano. Un giorno chiave per l'impegno di UPS è stato lo scorso ottobre, quando l'amministratore della FAA Jane Garvey è volato a Louisville per una valutazione congiunta FAA/UPS della tecnologia. Garvey entrò in un UPS Boeing 727 la cui fusoliera non aveva nessuno dei soliti arredi: solo diversi contenitori di apparecchiature informatiche nella parte anteriore e 16 sedili di prima classe rivestiti in pelle imbullonati al pavimento nella parte posteriore. Sedendosi in prima fila, guardò il monitor di un computer che mostrava una rappresentazione grafica dell'aeroporto di Louisville. Le piste erano punteggiate da triangoli marroni che si muovevano lentamente. Questi aeroplani rappresentati dotati del sistema di collegamento dati, scambiando dati di posizione tra loro. È fantastico, ha detto Garvey.

Aspetta di vedere il film in volo, ha scherzato George Cooley, un ingegnere di UPS Aviation Technologies. Il film è iniziato mentre il 727 scorreva lentamente lungo le vie di rullaggio dell'aeroporto. Altri aeroplani in rullaggio erano chiaramente visibili sullo schermo. Improvvisamente, sullo schermo è apparso un triangolo blu, la punta allungata con un ago a punta che indicava l'alta velocità. Un attimo dopo, il puntino blu divenne marrone. Jim McDaniel, capo dei programmi di valutazione tecnologica della FAA, ha annunciato che un aereo era appena decollato. Ma in effetti, il blu indicava un aereo in volo, marrone un aereo sull'asfalto. Un attimo dopo, si corresse. Pensavo stesse decollando in quel momento, ma stava atterrando, disse.

La dimostrazione aveva solo lo scopo di mostrare come la tecnologia potesse aumentare la consapevolezza della pista e i suoi vantaggi fondamentali erano evidenti. Anche in caso di nebbia, il display della cabina di pilotaggio avrebbe dato una visione chiara del traffico sulla pista e avrebbe immediatamente reso evidente ogni svolta sbagliata. Il sistema ha funzionato perfettamente. D'altra parte, il suo interprete, in questo caso un esperto funzionario della FAA, era stato brevemente confuso dal display. L'errore è stato un'adeguata dimostrazione del perché l'approvazione di nuove tecnologie per il controllo del traffico aereo richieda tempo: per garantire che tutte le fonti di confusione siano state scovate.

Mentre UPS spinge il suo caso, sta emergendo un consenso sul fatto che la crescente domanda costringerà a cambiamenti nel sistema di controllo del traffico aereo della nazione. A breve termine, un po' di sollievo potrebbe venire dall'espansione dell'aeroporto e dalle nuove costruzioni; alcuni aeroporti stanno anche valutando tasse di atterraggio più elevate nei periodi di punta per scoraggiare la calca dell'ora di punta. Alla fine dello scorso anno, la FAA ha annunciato un sistema di lotteria per l'assegnazione dei tempi di volo a LaGuardia, che da solo rappresenta circa un quarto dei ritardi della nazione, per ridurre la congestione. Nuove procedure e utilizzi di strumenti radar stanno aumentando la capacità in aeroporti come Dallas-Fort Worth. La FAA, da parte sua, osserva che anche nelle città trafficate il sistema ha molta capacità nelle ore non di punta. Tutte le tecnologie su cui stiamo lavorando affrontano un pezzo della torta e insieme alla fine creeranno più capacità, ma sarà, nella migliore delle ipotesi, incrementale, afferma Kathryn Creedy, una portavoce della FAA.

Tuttavia, Rosen della NASA prevede che l'approccio incrementale della FAA terrà il passo con la domanda solo per il prossimo decennio circa. A causa della domanda sul sistema, tutti gli sviluppatori di tecnologia si stanno concentrando su strumenti di nuova generazione, afferma Rosen. Ma riconosciamo che anche dopo che tutti questi strumenti sono stati messi in atto e lavorano insieme, la domanda è tale che presto supererebbe di nuovo la capacità.

Le tecnologie di base per il controllo del traffico aereo satellitare - il sistema GPS, i collegamenti dati, la potenza di calcolo e i display compatti della cabina di pilotaggio - sono a portata di mano. Ma non c'è nulla vicino al consenso su come e se distribuirli ampiamente. Finora, la protesta pubblica non è stata abbastanza forte, le compagnie aeree non hanno visto il business case e la FAA non ha cercato di forzare un cambiamento a livello di sistema. Gridlock è negli occhi di chi guarda, dice Rosen. Tuttavia, tutti concordano sul fatto che peggiorerà prima di migliorare.

Lo scorso ottobre, UPS ha ricevuto una buona notizia: l'azienda ha ricevuto la prima certificazione FAA per il suo nuovo dispositivo cockpit. Era solo un piccolo passo e solo per uno scopo molto limitato, per aiutare i piloti a ottenere maggiori capacità di vedere ed evitare nei cieli di Louisville. Ma l'approvazione ha segnalato che il sistema si sta facendo strada sullo schermo radar normativo. Ci sono ancora molte sfide con questo, molto da risolvere, dice McDaniel. I piloti ei controllori del traffico aereo sono eccitati; c'è molto potenziale, ma non sono minimamente timidi riguardo a ciò di cui ha bisogno, ad esempio [riducendo] il disordine sullo schermo.

Se questi problemi possono essere risolti, tuttavia, l'iniziativa UPS a Louisville potrebbe essere solo il primo passo per aiutare a ridurre il disordine nei cieli.

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