La nuova mobilità passa anche per i droni

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Lo scenario prossimo futuro sulla mobilità immagina non solo nuovi modelli di organizzazione dei trasporti e dei mezzi di trasporto, ma suggerisce anche nuove abitudini nella gestione degli spostamenti di persone e merci e la realizzazione di infrastrutture di partenza ad hoc

I progettisti dei sistemi di trasporto hanno scoperto… il cielo. Mentre continuano i dibattiti su come evitare la congestione del traffico nelle metropoli e su come minimizzare gli impatti ambientali dei grandi mezzi di trasporto, si fa strada con decisione il nuovo paradigma della Mobilità Aerea Avanzata (Advanced Air Mobility, AAM), che sta a indicare l’insieme dei servizi innovativi di trasporto aereo in grado di migliorare l’accessibilità e la mobilità nelle aree metropolitane e nei territori, di tutelare la sicurezza dei cittadini e insieme di salvaguardare la qualità dell’ambiente. Il nuovo scenario che si prospetta, oltre a delineare nuovi modelli di organizzazione dei trasporti, nuovi mezzi di trasporto e, di conseguenza, nuove abitudini nella gestione degli spostamenti di persone e merci, apre interessanti prospettive di sviluppo per gli operatori del settore. Infatti, le previsioni degli analisti valutano il mercato della AAM in questa decade in crescita a un tasso pari a circa il 20-25%, in grado di raggiungere un valore stimato in circa 38-55 miliardi di euro entro il 2030. Due sono gli elementi principali che caratterizzano il nuovo paradigma della AAM: la proliferazione dei Vtol (Vertical Take-off and Landing Vehicles), cioè dei diversi veicoli a decollo e atterraggio verticale e la creazione, soprattutto nelle aree urbane, dei vertiporti.

Decollo verticale e droni

Il principe dei Vtol è ovviamente l’elicottero, che sta vivendo un periodo di sviluppo sia nella tipologia dei servizi, sia nelle innovazioni tecnologiche. Nel primo caso si pensi solo al pronto intervento nei casi di emergenze sanitarie e ambientali, dove l’impiego di elicotteri sta diventando decisivo e insostituibile. Quanto alle innovazioni, se ne stanno introducendo molte nell’ambito della tecnologia della navigazione e dell’alimentazione degli equipaggiamenti a bordo, come pure per il controllo e la riduzione delle emissioni chimiche e acustiche. Accanto agli elicotteri vanno menzionati gli altri due tipi di aerogiri, cioè aeromobili ad ala rotante, e cioè gli autogiri e gli elicoplani. Tutti e tre i velivoli sono oggetto di miglioramenti tecnologici e stanno a poco a poco trovando le rispettive nicchie di impiego per poter valorizzare al meglio le singole peculiarità. Ad esempio, l’autogiro (detto anche giroplano), che in realtà non è propriamente a decollo verticale ma può atterrare in verticale, oltre agli utilizzi da diporto e sportivo, può essere impiegato per attività di controllo e monitoraggio, come il controllo di bestiame su larga scala o la prevenzione degli incendi. L’elicoplano (detto anche ciclogiro o girodina) può sfruttare la sua doppia configurazione, ad ala fissa e rotante, per ottenere prestazioni migliori di un elicottero soprattutto per quanto riguarda la velocità. Un altro Vtol che sta acquistando importanza, anch’esso per la sua duplice natura, è il convertiplano. L’aeromobile è dotato di due principali rotori che operano in tandem e sono collocati lungo l’asse trasversale sulle rispettive estremità alari; sono basculanti e possono ruotare per un totale dipoco più di 90°: con ciò consentono un doppio comportamento e cioè la modalità di volo verticale, tipico di un elicottero e, quando sono entrambi inclinati in avanti, la modalità di volo rettilineo orizzontale come un aeroplano. In pratica un convertiplano può sfruttare le capacità di decollo e atterraggio verticale degli elicotteri e al contempo può raggiungere velocità di traslazione elevate. Risponde quindi perfettamente alla domanda di una mobilità verticale moderna e sostenibile, con migliore accessibilità alle aree urbane e in grado di rivoluzionare i collegamenti punto-a-punto. Un esempio significativo di convertiplano (Tiltrotor) di nuova generazione è quello che deriva dal progetto Ngctr (Next-Generation Civil Tiltrotor) di Leonardo, una delle società più impegnate nello sviluppo di sistemi Vtol. Ngctr è un progetto di ricerca e innovazione per la definizione e lo sviluppo di un concetto avanzato di convertiplano, che porterà alla definizione di nuove tecnologie e di una nuova architettura del velivolo, dei principali sistemi e delle tecnologie abilitanti per fare incrementare le prestazioni e capacità operative rispetto alle attuali configurazioni di convertiplani. Con velocità di crociera dell’ordine dei 500 km/h, il doppio delle velocità tipiche di un elicottero e prossime a quelle di un velivolo turboelica, e con un’autonomia di circa 1.850 km, Ngctr consente un sostanziale incremento della produttività e delle capacità operative in varie missioni di tipo civile e di pubblica utilità. Il velivolo avrà dimensioni paragonabili a quelle di un elicottero e potrà operare in ogni condizione meteorologica e di comfort simili a quelle di un aereo di linea. Questo consentirà di ampliare le opportunità di mobilità delle persone e delle merci, raggiungendo aree geografiche oggi difficilmente raggiungibili dagli elicotteri e aeroplani, minimizzando l’impatto ambientale tramite ridotte emissioni (CO2, rumore) e senza la necessità di realizzare grandi e costose infrastrutture di terra. Il progetto Ngctr prevede la realizzazione di vari dimostratori tecnologici dei principali sistemi, nonché di un dimostratore tecnologico completo in scala reale che effettuerà i voli di sperimentazione e validazione delle architetture e delle nuove tecnologie.

Droni per tutte le stagioni

È soprattutto sui droni che bisogna puntare i riflettori per prefigurare gli scenari e le prospettive della Advanced Air Mobility. Un drone, come è noto, è un velivolo senza pilota umano a bordo, a volte è infatti denominato UAV (Unmanned Aerial Vehicle), e quindi va pilotato da remoto, perciò, spesso è indicato anche come RPA (Remotely Piloted Aircraft). Dopo i primi utilizzi quasi esclusivamente in ambito militare nel secolo scorso, si è assistito a un imponente avanzamento tecnologico che ha portato a una varietà di modelli, di prestazioni e di possibili utilizzi. Come ha sottolineato recentemente il Comitato europeo delle Regioni (CdR) in un documento predisposto per la UE: “a livello mondiale, il settore dei droni è uno dei mercati in più rapida crescita, il cui valore era di 28 miliardi di euro nel 2022 e dovrebbe salire a 541 miliardi entro il 2030, con un aumento medio annuo del 38,6 %. In Europa tale aumento dovrebbe essere pari al 21,9 %. Una verifica dell’accuratezza delle previsioni effettuate per gli anni già trascorsi autorizza a concludere che il mercato dei droni cresce più rapidamente del previsto”. Ne consegue la necessità di colmare le lacune normative e di rimediare alle carenze tecnologiche, infrastrutturali, finanziarie e di competenze in ogni segmento di questo settore. In proposito va segnalata l’attenzione per il problema da parte della Commissione Europea, che da più di un anno ha varato la Drone Strategia 2.0 delineando un quadro normativo molto avanzato, con l’intento di supportare lo sviluppo del mercato europeo dei droni. La strategia prevede che i servizi con droni seguenti diventino parte integrante della vita quotidiana in Europa entro il 2030, coprendo una serie di servizi quali: emergenze varie, mappatura, produzione di immagini, ispezione e sorveglianza da parte di droni civili, logistica. Oltre a servizi di mobilità aerea innovativa, quali gli aerotaxi completamente automatizzati. Un insieme di innovazioni tecnologiche stanno aprendo nuove possibilità di sviluppo di questi sistemi e nuove opportunità applicative.

Poter superare gli ostacoli con intuito

Un primo avanzamento tecnologico riguarda la capacità di superare gli ostacoli in modo intuitivo, consentendo di vincere la sfida della navigazione in sicurezza attraverso ambienti complessi. Integrando sensori all’avanguardia, come i LiDAR, e algoritmi avanzati di visione artificiale, i droni possono dotarsi di sofisticati sistemi di rilevamento ed evitamento che li mettono in condizioni di identificare ed evitare ostacoli con notevole precisione. Ciò non solo garantisce la sicurezza del drone stesso, ma riduce anche al minimo il rischio di potenziali collisioni nello spazio aereo. Un altro passo avanti notevole si ha nell’ambito della comunicazione e connettività, particolarmente importante nell’attuale contesto della società iperconnessa. Uno dei progressi più rilevanti degli ultimi tempi è l’implementazione nei droni di sistemi di comunicazione ad alta frequenza. Tali sistemi consentono al singolo drone di stabilire solide connessioni con le stazioni di terra e con altri droni, garantendo un trasferimento dati senza interruzioni e un monitoraggio in tempo reale. Questa svolta ha aperto la strada a sistemi con una maggiore affidabilità, una latenza ridotta e un maggiore controllo sulle operazioni. Un ulteriore miglioramento è relativo al carico utile trasportabile, un aspetto fondamentale nelle applicazioni commerciali dei droni. I recenti progressi nella progettazione dei droni e nei materiali utilizzabili hanno portato ad aumentare in misura significativa le capacità di carico utile. I droni possono ora trasportare sensori, fotocamere e apparecchiature più sofisticati, destinati a un’ampia gamma di settori, tra cui la fotografia aerea, il rilevamento e il monitoraggio ambientale. Questo miglioramento ha ampliato la portata delle applicazioni, consentendo alle aziende di raccogliere con un unico volo più dati e più informazioni. Un altro avanzamento, atteso da molto tempo, è quello che consente un’estensione degli orizzonti operativi: è il concetto delle operazioni Bvlos (Beyond Visual Line of Sight). Le tecnologie all’avanguardia, come i sistemi avanzati di navigazione satellitare e i sofisticati algoritmi di controllo del volo, consentono ai droni di operare oltre la linea visiva del pilota. Ciò ha spalancato nuove prospettive operative in settori come l’agricoltura, nell’ispezione delle infrastrutture e nella consegna di pacchi, dove i droni possono coprire aree più ampie ed eseguire compiti in modo più efficiente.

La sfida dell’efficienza energetica

C’è poi il tema energetico. Una delle sfide persistenti nel settore dei droni è stata la durata limitata dei voli a causa dei limiti delle batterie. Ora però, scoperte e innovazioni nella tecnologia delle batterie e nei sistemi di propulsione ad alta efficienza energetica hanno portato a notevoli miglioramenti nella resistenza in volo. I droni ora possono rimanere in volo per periodi prolungati, consentendo missioni più lunghe e maggiori aree di copertura. Questo progresso è particolarmente vantaggioso per applicazioni quali ricerca e salvataggio, sorveglianza e conservazione della fauna selvatica. Un esempio eloquente in proposito è dato dal progetto Skydweller, frutto della collaborazione dell’italiana Leonardo con la start-up statunitense/ spagnola Skydweller Aero. Si tratta del primo drone al mondo che sfrutterà l’energia del sole, quindi sarà dotato di un’autonomia di volo praticamente illimitata; potrà inoltre vantare un’eccezionale capacità di carico. Infine, non poteva mancare il contributo dell’intelligenza artificiale (AI). Con l’integrazione di sistemi di navigazione autonomi basati sull’AI, i droni possono prendere decisioni informate on-the-fly. I sistemi AI based analizzano i dati ambientali in tempo reale, consentendo ai droni di adattarsi alle mutevoli condizioni e di ottimizzare i loro percorsi di volo. Ciò non solo migliora l’efficienza operativa, ma riduce anche l’intervento umano, consentendo agli operatori di concentrarsi su compiti di livello superiore. Anche in questo ambito è impegnata Leonardo con il progetto Drone Contest, in collaborazione con 6 università italiane per esplorare le potenzialità della AI al fine di rendere sempre più autonomi i sistemi senza pilota.

Tecnologie abilitanti

Un ulteriore sviluppo dei droni e degli altri sistemi Vtol richiede l’affermazione di alcune condizioni tecnologiche ma anche la piena disponibilità di adeguate infrastrutture e servizi. Per quanto riguarda le tecnologie abilitanti, alcune riguardano i sistemi di propulsione. Questi, oltre a essere finalizzati al miglioramento delle prestazioni e al vantaggio sul piano economico, devono sempre più essere compatibili con gli obiettivi della decarbonizzazione e, più in generale, della sostenibilità ambientale. L’attenzione, quindi, è puntata sulle tecnologie per la propulsione elettrica, in versione ibrida, full electric, con idrogeno, con celle a combustibile o a combustione diretta di idrogeno, applicabili sia ai velivoli ad ala fissa sia ad ala rotante. Uno dei principali problemi dei velivoli elettrici riguarda l’alimentazione tramite batterie, che devono avere un’elevata densità energetica. Attualmente le batterie a ioni di litio sono quelle che presentano il miglior rapporto energia/ peso: possono arrivare a 250 Wh/kg, che però è ancora insufficiente per i velivoli di grandi dimensioni. Sono allo studio nuove tipologie di batterie, come litio/zolfo e litio/ossigeno che potrebbero portare la densità energetica a un valore triplo del massimo attuale. Altre tecnologie abilitanti riguardano i materiali che, evidentemente, devono unire i requisiti della robustezza e leggerezza. Ci si sta orientando sempre più verso l’impiego di materiali compositi (laminati in fibre di carbonio e resine epossidiche) per la costruzione dei rotori e di gran parte della struttura; mentre si sperimentano speciali tecniche costruttive, come AFP (Automated Fiber Placement) che fa parte di una famiglia di tecniche di produzione che prevedono la posa precisa di nastri in fibra continua nella fabbricazione di prodotti compositi multistrato. L’applicazione di queste tecniche consente di realizzare strutture di peso molto leggero e con resistenza significativa, cioè equivalente o maggiore dei metalli. Una terza area di innovazione importante per abilitare la Advanced Air Mobility riguarda lo sviluppo delle piattaforme digitali per la gestione del traffico aereo e in particolare per realizzare il cosiddetto U-space, lo spazio aereo al di sotto dei 150 metri per l’impiego in sicurezza dei droni. In proposito, grandi aspettative sono riposte sul progetto Sesar, una partnership europea di ricerca e innovazione per il periodo 2021-2027, finalizzata a contribuire alla modernizzazione della gestione del traffico aereo associando innovazione tecnologica e operativa al Single European Sky. Giunto ormai alla terza fase (Sesar3), il progetto punta a fornire soluzioni tecnologiche per una gestione del traffico aereo ad alte prestazioni entro il 2035, al fine di consentire un funzionamento non congestionato e ancora più sicuro e rispettoso dell’ambiente del traffico aereo, in linea col Green Deal europeo.

Vertiporti come smart hub

L’infrastruttura principale, senza la quale è impensabile un grande sviluppo dei Vtol, è quella dei vertiporti, soprattutto pensando alla AAM nelle aree urbane. Un vertiporto è l’infrastruttura base della AAM, compatta e realizzata in prossimità dei principali snodi di collegamento o aree chiave delle città, per consentire l’imbarco e lo sbarco dei passeggeri e il carico e scarico delle merci, avvicinando il più possibile i terminali dei Vtol agli utenti finali. Ciò sarà ancor più necessario per i Vtol elettrici, gli eVtol, che nei vertiporti saranno anche sottoposti a pulizia, manutenzione, controlli di sicurezza e ricarica delle batterie. Nello scenario dei trasporti urbani del futuro prossimo, i vertiporti acquistano un ruolo più rilevante: non sono intesi solo come nodi per velivoli, ma tendono a costituire degli hub (centri operativi), o meglio, degli smart hub, in grado di integrare in modo intelligente i diversi sistemi di trasporto pubblico: metropolitana, ferrovia, autobus e aeroporti. La funzione di questi smart hub diventa quindi quella di interconnettere e integrare i sistemi di trasporto urbano presenti e futuri per persone e merci, ma anche quella di operare come centri di energia rinnovabile, raccolta e smistamento dati e servizi pubblici. Nelle aree densamente popolate potranno esserci delle limitazioni di spazio che impediranno la costruzione di vertiporti in superficie. Non sarà difficile però posizionarli su tetti o strutture elevate nelle strade o addirittura su piattaforme su superfici acquatiche. Naturalmente i vertiporti saranno collegati tra loro formando una rete che potrà estendersi anche nelle aree non metropolitane fino a zone più remote e meno servite, dove potranno assolvere ad altri compiti. Queste infrastrutture e i nuovi sistemi di trasporto a essi collegati sono destinati a mutare non poco il volto delle città e molti comportamenti e abitudini dei cittadini e la loro diffusione dipenderà anche dal grado di accettazione sociale e dalla capacità dei progettisti di elaborare soluzioni che sappiano evitare tutta una serie di criticità che la Advanced Air Mobility può presentare. Sono criticità legate alla sicurezza, accentuate dall’intreccio dei sistemi di mobilità con altri sistemi tecnologici e geobiologici. Ma anche criticità dovute agli impatti ambientali, compresi l’inquinamento acustico e gli impatti visivi. Infine, criticità legate alla verifica degli effettivi vantaggi dei nuovi sistemi, in termini di risparmio di tempo, di comfort, di affidabilità e non ultimo, di rapporto qualità-prezzo.

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