Thomas Bögl, Rohde & Schwarz
Il progresso tecnico non consiste sempre nel sostituire la tecnologia analogica con quella digitale. L'aviazione civile è un ottimo esempio di come la tecnologia possa progredire. Le comunicazioni vocali tra i piloti e la torre utilizzano ancora la modulazione di ampiezza a doppia banda laterale (DSB-AM) che risale al 1948. Nessuno vuole sostituire questa tecnologia analogica VHF (gamma di frequenze: 118 MHz - 137 MHz) con comunicazioni vocali digitali. In definitiva, la radio analogica presenta evidenti vantaggi che rimangono fondamentali anche oggi: ritardi ridotti, monitoraggio attivo da parte di tutti i partecipanti e altre caratteristiche che la radio digitale non può ancora sostituire.
Le forme d'onda per la trasmissione dei dati sono una storia diversa. A partire dagli anni '90, la radio aeronautica non si limita più alle comunicazioni vocali, ma è stata ampliata con metodi di trasmissione digitale dei dati. La modalità VDL 2 è la più comune.
La digitalizzazione della radio aeronautica oggi significa sostituire i vecchi metodi di trasmissione digitale dei dati con nuove tecniche che offrono migliori prestazioni. Le comunicazioni vocali continueranno a utilizzare tecnologie analogiche, ma la digitalizzazione contribuirà ad alleggerire in parte il carico sullo spettro. Questa coesistenza di comunicazioni vocali analogiche e tecnologie digitali per i dati nel controllo del traffico aereo consente di ottenere un'efficienza, un'affidabilità e una sicurezza operativa estremamente elevate, che sono sia economiche che a prova di futuro.
La modalità VDL 2 è offerta dai fornitori di servizi di navigazione aerea (ANSP). Gli ANSP sono simili ai fornitori di reti mobili del settore privato. Poiché la modalità VDL 2 opera anche nella banda di frequenza VHF, lo spettro disponibile deve essere condiviso fra la trasmissione di dati e le comunicazioni vocali. Le larghezze di banda utilizzabili sono relativamente ridotte, il che significa che la modalità VDL 2 può trasmettere dati solo a pochi kilobit al secondo.
È qui che entra in gioco il nuovo sistema di comunicazioni aeronautiche digitali in banda L (LDACS). LDACS offre una velocità di trasmissione dei dati fino a 200 volte superiore rispetto alla modalità VDL 2. Come suggerisce il nome, l'innovazione principale è la trasmissione di dati nella banda L. LDACS utilizza specificamente porzioni della banda di frequenza riservata alle radio aeronautiche. LDACS utilizza algoritmi di soppressione delle interferenze ed è ottimizzato per ridurre al minimo le emissioni fuori banda e per funzionare senza problemi insieme ad altre apparecchiature aeronautiche che operano nella banda L.
In futuro, i dati di navigazione per il volo intorno alle zone di protezione dal rumore potranno essere trasmessi automaticamente tramite un collegamento dati LDACS. Finora questo è avvenuto tramite comunicazioni vocali.
L'aviazione moderna richiede uno scambio sicuro di dati. Altrimenti, organizzare il traffico aereo sarebbe impossibile. LDACS consente un'elevata velocità di trasmissione dei dati, protetta dalla crittografia. Supporta un'ampia gamma di nuove applicazioni, come i collegamenti dati di cui le compagnie aeree hanno bisogno per gli equipaggi di volo per pianificare in modo efficiente le operazioni della flotta. Al giorno d'oggi ci sono molti più aerei in volo e i controllori del traffico aereo devono essere in grado di distribuire più rapidamente nuovi dati di navigazione per adattare le rotte di volo in tempo quando la situazione cambia nel loro spazio aereo.
Una delle prime nuove applicazioni di LDACS utilizza le sue capacità di collegamento dati per estendere o addirittura sostituire i lenti collegamenti radio VHF dei sistemi ATC esistenti con collegamenti veloci LDACS. In questo modo la trasmissione dei dati si velocizzerà in modo rapido e notevole, senza richiedere l'acquisto di nuovi sistemi. Un altro fattore a favore di LDACS è il suo percorso molto semplice verso il lancio sul mercato.
La trasmissione affidabile e sicura dei dati LDACS sarà utilizzata anche per nuovi metodi di navigazione ecologici. Si tratta di selezionare le rotte degli aerei utilizzando coordinate precise nello spazio tridimensionale che devono essere superate entro limiti di tempo rigidamente definiti. Il concetto di traiettoria 4D può essere applicato quando gli aeromobili devono essere instradati dinamicamente in prossimità degli aeroporti per evitare le zone di protezione dal rumore.
L'obiettivo a lungo termine è quello di gestire l'intera rotta di volo dall'aeroporto di partenza a quello di destinazione esclusivamente con traiettorie 4D, consentendo un uso molto più efficiente ed ecologico dello spazio aereo.
Nello sviluppo di LDACS, quattro importanti progetti di ricerca hanno svolto un ruolo fondamentale. Sono elencati sotto la cronologia e descritti in modo più dettagliato nel riquadro informativo più avanti nell'articolo.
Come tutti gli altri sistemi a bordo degli aerei, anche i ricetrasmettitori sono soggetti a standard internazionali. I permessi di volo vengono rilasciati sulla base di questi standard per assicurare che la tecnologia a bordo sia affidabile e soddisfi tutti i criteri di sicurezza del traffico aereo. Il processo di approvazione è solitamente molto oneroso e richiede da dieci a vent'anni. Poiché la maggior parte delle aziende non può permettersi di aspettare così a lungo, sono state istituite iniziative di ricerca governative per garantire il coinvolgimento dell'industria nel processo di standardizzazione il più presto possibile.
Il Ministero federale tedesco per gli Affari economici e l'Azione per il clima ha lanciato il programma di ricerca sull'aviazione (LuFo) per LDACS. Rohde & Schwarz fa parte del programma e sta unendo le forze con partner di progetto come il Centro Aerospaziale Tedesco (DLR) per sviluppare in modo cooperativo la tecnologia LDACS.
Quattro progetti di ricerca successivi sponsorizzati dal Ministero Federale per gli Affari economici e l'Azione per il clima (BMWK) sono serviti a far progredire in modo significativo lo sviluppo della tecnologia di trasmissione digitale dei dati LDACS per l'aviazione civile.
Insieme al Centro Aerospaziale Tedesco (DLR) e ad altri partner del progetto, Rohde & Schwarz ha lavorato all'interno di un consorzio per sviluppare un dimostratore funzionale per i test di laboratorio dal 2012 al 2015.
Il progetto MICONAV che ne è seguito ha dimostrato l'affidabilità operativa durante il volo. Tra il 2016 e il 2019 è stato sviluppato un dimostratore idoneo al volo che comprendeva anche funzioni di navigazione altamente precise. Nelle successive prove di laboratorio e di volo, è stato possibile testare con successo l'accensione e la disconnessione di quattro stazioni base LDACS costruite appositamente per il progetto, nonché il passaggio di consegne da una stazione di terra all'altra. Le comunicazioni tra il velivolo e la stazione di terra hanno funzionato in modo altrettanto affidabile in varie situazioni, come il sorvolo ad alta quota e durante l'atterraggio, il decollo e il rullaggio in aeroporto.
Questo progetto (dal 2019 al 2022) ha esteso le capacità della forma d'onda per includere la connettività diretta tra gli aerei. Ciò significa che LDACS non è più strettamente legato alle infrastrutture terrestri e può essere utilizzato anche per le rotte di volo sopra gli oceani.
Il progetto PaWaDACs è in corso dal 2022. È incentrato sulla miniaturizzazione delle apparecchiature dimostrative e sulla preparazione di un'installazione di prova realistica in due località gestite dal fornitore tedesco di servizi di navigazione aerea (DFS). Una volta completato questo lavoro, i passaggi tecnologici chiave necessari per i futuri sistemi LDACS saranno saldamente al loro posto. Sarà quindi disponibile una solida base per lo sviluppo di nuovi prodotti per l'aviazione civile. Rohde & Schwarz non solo sarà in grado di fornire apparecchiature per le stazioni di terra, ma sarà anche ben posizionata per offrire ai suoi clienti soluzioni da utilizzare a bordo dei loro aerei.
I gruppi di lavoro stanno collaborando con l'Organizzazione Internazionale dell'Aviazione Civile (ICAO) per creare e implementare gli standard di accettazione dei voli. Con sede in Canada, l'ICAO è la massima autorità di standardizzazione per l'aviazione civile. Esamina e integra i documenti più importanti del processo di standardizzazione.
Nell'ambito del recente progetto LuFo PaWaDACs (vedere riquadro informativo), è stata fissata la pietra miliare tecnologica che consentirà lo sviluppo di apparecchiature LDACS a terra e a bordo a partire dal 2025 circa. Il lancio sul mercato è previsto per il 2028. Grazie al suo precoce coinvolgimento nei progetti LuFo, Rohde & Schwarz ha una posizione competitiva nella corsa alla leadership di mercato tra i fornitori di LDACS.
