Sistemi ACAS (TCAS)

In questa lezione introduciamo i sistemi ACAS (Airborne Collision Avoidance System) e in particolare il sistema TCAS.

I sistemi ACAS

Gli Airborne Collision Avoidance sono una serie di categorie di sistemi che concorrono ad evitare collisioni durante il volo, indipendentemente dalle istruzioni dei controllori di volo a terra. Questi sistemi si dividono principalmente in due categorie:

• evitare collisioni mid-air;
• evitare collisioni con il suolo o altri ostacoli a terra.

Esempio di ricevitore FLARM montato su un aliante

I più famosi sistemi sono:

• TCAS (Traffic Collision Avoidance System)
• PCAS (Portable Collision Avoidance System)
• FLARM, utilizzato principalmente negli alianti e nei piccoli aeromobili, per identificarsi a vicenda (indica la posizione relativa tra gli aeromobili aventi lo stesso sistema).
• GPWS (Ground Proximity Warning System)
• TAWS/EGPWS (Terrain awareness and warning system)
• OCAS (Obstacle Collision Avoidance System)

L'ICAO ha definito le linee guida per i sistemi ACAS nel 2003, in particolare essi devono garantire:

• una sufficiente semplicità di installazione, un costo contenuto e compatibilità con i sistemi ATC al suolo;
• manovre evasive adeguate alle pretazioni e limiti dell'aeromobile, presentate in tempo sufficiente;
• una sufficiente separazione dagli altri aeromobili non coinvolti nel conflitto anche durante le manovre di evasione;
• di funzionare in qualsiasi condizione meteorologica.

Il sistema TCAS

Il sistema TCAS è il sistema più usato nell'aviazione civile per evitare le collisioni e reso obbligatorio dagli standard di sicurezza:

• in Europa per tutti gli aeromobili con massa al decollo > 5.700kg oppure con più di 19 passeggeri
• negli Stati Uniti per tutti gli aeromobili con massa al decollo > 15.000kg oppure con più di 30 passeggeri

TCAS richiede per il funzionamento che tutti gli aeromobili siano dotati di questo sistema; se un aeromobile non è dotato di TCAS, non può essere rilevato e le manovre evasive non verranno annunciate. Ogni aeromobile invia un'interrogazione su frequenza 1.03 GHz e tutti gli aeromobili che ricevono il messaggio provvedono a rispondere indicando la quota; ogni secondo avvengono diversi cicli interrogazione-risposta Le informazioni di distanza e direzione vengono inferite successivamente dall'aeromobile che riceve il dato.

Così facendo il TCAS può costruire uno spazio tridimensionale come quello indicato in figura:

Un esempio di indicatore dedicato al TCAS

Si possono identificare 2 tipi di aree pericolose:

• TA (Traffic Advisory): il sistema avvisa i piloti della presenza di traffico (Traffic Traffic)
• RA (Resolution Advisory): il sistema suggerisce ai piloti le manovre evasive da adottare per evitare la collisione (esempi nella sottosezione successiva)

TCAS in modalità RA risolve i conflitti unicamente sull'asse verticale, ovvero separa gli aerei attraverso istruzioni che impongono la salita o la discesa (vedi la tabella sottostante).

Le istruzioni RA hanno la massima priorità ed eventuali istruzioni in disaccordo date dal controllore ATC devono essere ignorate in favore di quelle di RA. A tal proposito si ricorda il triste incidente della collisione tra il volo Bashkirian Airlines 2937 ed il volo cargo DHL 611.

In cabina le notifiche avvengono via aural ovvero attraverso un sistema di altoparlanti che annunciano ai piloti le manovre evasive da eseguire per risolvere la potenziale collisione. Inoltre in cabina è presente uno strumento apposito come quello indicato in figura, anche se negli aerei predisposti con avionica Glass Cockpit, è solitamente integrato nel MFD. Esso rappresenta la posizione degli aeromobili, la loro altitudine e la loro velocità verticale.

I messaggi di RA

Secondo lo standard della versione TCAS II (7.1), i messaggi di risoluzione del conflitto annunciati automaticamente in cabina sono:

Messaggio annunciato	Rateo richiesto	Significato
Climb, Climb	>1500 ft/min	indicazione di salita
Climb, Crossing Climb, Climb, Crossing Climb	>1500 ft/min	indicazione di salita, in questo caso ci si trova a una quota più bassa rispetto all'intruder, ma il sistema ha calcolato comunque come migliore risposta il crossing-climb (l'intruder scenderà). Succede tipicamente quando si è già in salita o l'intruder è già in discesa.
Maintain Climb	>1500 ft/min e < 4000 ft/min	mantenimento del rateo di salita
Climb, Climb NOW!	>1500 ft/min	Annulla un precedente messaggio di discesa e impone la salita ora
Increase Climb	>2500 ft/min	aumento del rateo di salita
Descend, Descend	<-1500 ft/min	indicazione di discesa
Descend, Crossing Descend, Descend, Crossing Descend	<-1500 ft/min	indicazione di discesa, analogo al crossing climb.
Maintain Descend	<-1500 ft/min e > -4000 ft/min	mantenimento del rateo di discesa
Descend, Descend NOW!	<-1500 ft/min	Annulla un precedente messaggio di salita e impone la discesa ora
Increase Descend	<-2500 ft/min	aumento del rateo di discesa
Level Off, Level Off	0 ft/min	annullare salita o discesa
Monitor Vertical Speed	nessun obbligo	avviso preventivo dell'avvicinamento di un potenziale conflitto
Clear of conflict	nessun obbligo	Conflitto risolto

Sistemi di anti-collisione con il suolo o oggetti

GPWS e TAWS

Il Ground Proximity Warning System (GPWS) e la sua evoluzione Enhanced Ground Proximity Warning System (EGPWS) (quest'ultimo appartenente alla categoria dei TAWS) sono sistemi che dopo essere entrati in commercio nel 1994, hannno migliorato notevolmente la sicurezza aerea, riducendo in modo drastico gli incidenti CFIT (Controlled Flight Into Terrain).

Il sistema utilizza i dati proveniente dalla strumentazione di bordo (velocità, altitudine, radioaltitudine, ecc.) per rilevare situazioni pericolose rispetto al terrendo, comunicando per via aural il messaggio ai piloti. Solitamente sono presenti anche avvisi luminosi.

I sistemi TAWS come l'EGPWS migliorano il GPWS limitandosi non solo ai dati letti dal radioaltimetro per l'altezza reale, ma anche utilizzando mappe geografiche opportunamente salvate in un database, potendo così rilevare il terreno, ma anche ostacoli come tralici e torri, non immediatamente rilevabili dal radio altimetro. Ovviamente, il database deve essere costantemente aggiornato e può funzionare solo in presenza di un meccanismo di posizionamento preciso come il GPS.

Messaggi vocali GPWS

Immagine tratta dalla specifica FAA TSO-C151b che identifica la regione per il PULL UP e la regione per il SINK RATE

I messaggi vocali/aurali emessi dal sistema sono standardizzati e decisi dall'autorità. Essi sono:

Messaggio annunciato	Tipo	Significato
SINK RATE/PULL UP	Continuo	Eccessivo rateo di discesa, impatto al suolo imminente
TERRAIN/PULL UP	Continuo	Eccessiva vicinanza al suolo, anche se non in discesa
DON'T SINK	Singolo	Se si inizia una discesa appena dopo il decollo o dopo un go-around
TOO LOW, GEAR	Singolo	Troppo bassi e\o lenti con carrello retratto
TOO LOW, FLAP	Singolo	Troppo bassi e\o lenti con flap retratti
GLIDESLOPE	Periodo di 3 sec	Deviazione eccessiva dal glideslope in fase di atterraggio
BANK ANGLE	Singolo	Rollio eccessivo
WINDSHEAR	Singolo	Windshear rilevato (questo messaggio ha priorità massima, anche su PULL UP)

OCAS

L'Obstacle Collision Avoidance System (OCAS) è un sistema completamente diverso dai precedenti. Il sistema non è sull'aeromobile ma a terra e verifica la posizione dell'aeromobile rispetto a uno o più ostacoli. Viene tipicamente installato per proteggere le Wind Farm, in particolare di notte e in giornate di nebbia.

Il funzionamento consiste in un radar di terra che scansiona costantemente il cielo attorno all'area da proteggere. Quando un velivolo (qualsiasi esso sia) entra nella prima zona di pericolo, l'OCAS attiva le segnalazioni luminose sopra gli ostacoli (tipicamente molto più potenti delle normali luci rosse). Se l'aereo entra nella seconda zona di pericolo, un messaggio viene spedito in una particolare frequenza VHF per allertare il pilota.

Per comprendere meglio il funzionamento, si invita a visionare questo video esplicativo.

Collegamenti esterni

• (EN) Safety Benefits of the Enhanced Ground Proximity Warning System (EGPWS)