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Gli aerei autonomi vanno avanti con il successo dei test di rilevamento ed evitamento del radar

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La prospettiva di aerei autonomi nei nostri cieli è andata avanti dopo che le campagne di test per i sistemi di rilevamento ed evitamento basati su radar hanno raggiunto pietre miliari negli Stati Uniti.

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L'uso di futuri veicoli aerei autonomi, come droni e taxi aerei eVTOL, a volte chiamati Advanced Air Mobility (AAM), sarà possibile solo se la capacità operativa oltre la linea visiva di vista (BVLOS) è sviluppata e dimostrata come sicura alle autorità dell'aviazione.

Una parte fondamentale delle operazioni BLVOS è la tecnologia D&A (Detect and avoid) autonoma. La tecnologia D&A permette agli aerei di evitare oggetti imprevisti nell'aria, compresi quelli senza transponder come i droni per hobby o gli aquiloni.

Un modo per ottenere questo risultato è quello di utilizzare telecamere e algoritmi di visione artificiale. Casia I e Casia X di Iris Automation, che utilizza un sistema di telecamere a 360˚, è disponibile dallo scorso aprile e viene montato a bordo degli aerei per fornire la funzionalità D&A.

Iris, che ha sviluppato e testato la sua tecnologia negli ultimi sette anni, offre anche una versione a terra chiamata Casia G che utilizza la stessa tecnologia.

I sistemi D&A basati su radar funzionano diversamente dai sistemi basati su telecamere. Possono utilizzare i dati provenienti da più fonti, compresi i radar a terra e i radar montati sugli aerei, per rilevare gli oggetti nell'aria e impartire comandi che evitano le collisioni.

La capacità di D&A utilizzando il radar in aria si è dimostrata difficile da fornire. Il radar deve avere una lunga portata a causa delle alte velocità coinvolte ed essere in grado di distinguere il traffico aereo dal disordine del terreno, comprese le auto in movimento. Richiedono anche informazioni precise sulla posizione per dare un senso agli echi radar.

Test di rilevamento ed evitamento di Honeywell

Due diversi programmi di test per sistemi D&A basati su radar si sono recentemente conclusi con successo negli Stati Uniti.

Uno a Phoenix, Arizona, ha testato il sistema radar IntuVue RDR-84K di Honeywell e uno a Fort Worth, Texas, ha dimostrato il sistema QuantiFLYTM della Bell. Entrambi i sistemi hanno cambiato autonomamente la rotta di un drone quando un aereo in rotta di collisione è stato rilevato durante i voli di prova.

Honeywell ha detto che il recente test del suo IntuVue RDR-84K ha dimostrato che il radar può rilevare il traffico aereo e decidere autonomamente una rotta d'azione senza intervento umano per la prima volta.

Sapan Shah, product manager, advanced air mobility di Honeywell Aerospace ha detto: "Abbiamo messo in piedi l'ultimo gioco del pollo, ma il RDR-84K semplicemente non avrebbe permesso a questi aerei di mettersi in pericolo.

"Questo è un salto in avanti nella sicurezza che potrebbe avere impatti di vasta portata in tutta l'aviazione"

Traffico non cooperativo

I piloti e il controllo del traffico aereo si affidano a velivoli cooperativi per trasmettere le loro posizioni utilizzando i transponder di bordo. Gli oggetti senza transponder - droni per hobby, aquiloni, uccelli e aerei con transponder rotto - sono noti come traffico "non cooperativo".

Secondo Honeywell, il test in Arizona ha dimostrato che il RDR-84K può rilevare il traffico non cooperativo mentre è montato su elicotteri e droni.

Con entrambi i droni sul pilota automatico, gli ingegneri di Honeywell hanno fatto volare due droni quadcopter direttamente l'uno contro l'altro a 300 piedi dal suolo in un sito di test nel deserto.

Durante diversi voli di prova, il drone dotato di RDR-84K ha rilevato il drone "intruso" non cooperante e ha valutato il suo percorso di volo. Poi ha calcolato una manovra di evitamento e ha assunto la navigazione - volando a sinistra, a destra, in alto, in basso o fermandosi a mezz'aria, a seconda dei venti e altri fattori.

Una volta passato il pericolo di una collisione, il radar ha rilasciato il controllo del drone e l'autopilota lo ha riportato sulla sua rotta originale.

Il team ha poi sfidato il RDR-84K con incontri sempre più difficili, come l'avvicinamento dal basso per fondersi nel disordine del terreno e da angoli sfalsati, mettendo alla prova la visione periferica del radar e le capacità di rilevamento angolare elevato. In altri voli, il team ha istruito il radar ad aspettare più a lungo prima di agire, costringendolo a fare manovre più aggressive.

"Il radar ha gestito tutto ciò che gli abbiamo gettato addosso", ha detto Larry Surace, ingegnere di sistema principale per il RDR-84K, Honeywell Aerospace. "Ha visto il pericolo immediatamente e ha eseguito con successo più manovre di evitamento"

Il piccolo radar RDR-84K dispone di un processore a bordo utilizza la tecnologia monopulse, un sistema di fasci sovrapposti che aumenta la precisione ed elimina il disordine del terreno per vedere obiettivi fino a 3 km di distanza. Il radar dirige i suoi fasci elettronicamente, quindi non ha parti mobili.

Bell testa il sistema a terra

Nel frattempo, a Fort Worth, in Texas, il produttore di elicotteri Bell ha testato la sua tecnologia D&A a terra usando il suo Autonomous Pod Transport (APT) in modo simile.

I test erano un'estensione di un programma di ricerca della NASA chiamato progetto Systems Integration and Operationalization (SIO) che si è concluso l'anno scorso. Secondo Bell, i recenti test hanno dimostrato la capacità della sua tecnologia di integrarsi con i sistemi radar di terra.

L'obiettivo della dimostrazione SIO era quello di eseguire una missione BVLOS in uno spazio aereo complesso utilizzando la tecnologia D&A per monitorare lo spazio aereo per gli intrusi naturali utilizzando l'elicottero commerciale 429 di Bell e il velivolo senza pilota APT.

Il sistema QuantiFLYTM di Bell, una nuova unità di comunicazione del velivolo alimentata da Truth Data che offre il monitoraggio automatico dei dati di volo (FDM), è stato utilizzato sul Bell 429 per registrare i dati telemetrici del velivolo.

Matt Holvey, direttore dei sistemi intelligenti alla Bell ha detto: "Siamo entusiasti di dimostrare l'efficacia delle soluzioni di monitoraggio a terra come parte dell'infrastruttura UAS [sistemi aerei senza pilota].

"Il monitoraggio radar, sia a bordo che a terra, può diventare una parte importante della consegna dei droni, dei servizi di aerotaxi e di altri aspetti dell'ecosistema AAM in continua espansione."

Partner locali

Gli ingegneri hanno utilizzato i sistemi radar per monitorare il complesso spazio aereo all'interno dell'AllianceTexas Mobility Innovation Zone (MIZ) e tracciare i sistemi aerei con e senza equipaggio.

L'azienda aeronautica locale Hillwood ha anche fornito diversi siti per l'installazione del radar, e i test sono stati condotti presso l'AllianceTexas Flight Test Center, situato a quattro miglia (6,4 km) a nord del Fort Worth Alliance Airport.

"Siamo onorati di collaborare con Bell per lanciare le iniziative di test mentre lavorano con la NASA per gettare le basi per il futuro delle tecnologie aeree in erba", ha detto Christopher Ash, vicepresidente senior dello sviluppo commerciale dell'aviazione per Hillwood. "I dati che ricevono da questi sforzi permetteranno all'industria di far progredire la commercializzazione di questa tecnologia su più piattaforme"

Inoltre, Microsoft ha fornito AirSim, uno strumento di simulazione per la formazione di sistemi autonomi, che ha dato a Bell un ambiente Digital Twin per modellare il volo NASA SIO Extension nel mondo virtuale prima di volare attraverso il corridoio. Questo ha permesso al team di condurre prove simulate nel mondo reale del velivolo APT attraverso una vasta gamma di scenari senza rischi per la sicurezza e ad una frazione del costo e del tempo necessari.

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