AIRONE (Prime: NEXTANT)

sAtellite lInk for personal aiRcraft meteO informatioN servicE
Progetto Sistemi di trasferimento di informazioni meteo via satellite e di assistenza al pilota per ultraleggeri ed
aviazione generale.
BANDO PERIODICO AGENZIA SPAZIALE ITALIANA
RISERVATO ALLE P.M.I.
Bando tematico n° 03
“TLC e Applicazioni Integrate”
presentato
Il consorzio, si avvale inoltre della consulenza specialistica in campo aeronautico Centro Italiano Ricerca Aerospaziale
Marco ROMANI - NEXTANT
AIRONE – scopo del progetto
Lo scopo principale della proposta è disegnare, sviluppare, validare e dimostrare la fattibilità di un servizio
innovativo di informazioni meteorologiche specificamente rivolto al settore dei Personal Air Vehicles - PAV e
basato su un sistema satellitare di telecomunicazioni adatto allo sviluppo del settore sia in termini di
disponibilità delle tecnologie che di costi.
Le informazioni, oggetto del servizio, saranno fruite dal pilota per migliorare la sicurezza in volo (attraverso
un’accresciuta “weather condition awareness”), con valutazione delle condizioni meteorologiche nelle aree
interessate alle rotte da seguire ed in particolare con valutazione delle aree a rischio, con previsioni meteo a
breve, anche denominate “nowcasting”, particolarmente adatto al tempo medio di volo di 6 ore di un:
•
•
Light Aircraft – LA, aeromobile fino a 5,670 kg, es. CESSNA 120 o Caravan;
Very Light Aircraft - VLA aeromobile fino a 500 kg, velocità max 65 km/h, es. Flight Design CTSW or Phantom –
MKI.
Tutto ciò in ottemperanza alle “Visual Flight Rules – VFR” (volo a vista) che i piloti dei velivoli leggeri e
ultraleggeri devono seguire. Regole ritenute necessarie e sufficienti per condurre in sicurezza un volo essendo
in grado di:
1)
2)
separarsi da altri aeromobili e dagli ostacoli orografici (naturali o artificiali che siano) potendoli vedere,
determinare l'assetto dell'aeromobile facendo riferimento a quanto si vede all'esterno (l'orizzonte naturale in
primis).
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AIRONE – corrispondenza obiettivi del bando
Il team di progetto ha sviluppato una idea progettuale in linea con gli obiettivi del bando, in dettaglio:
Requisito
favorisca lo sviluppo di tecnologie abilitanti utilizzabili
nei futuri programmi spaziali coerentemente con i
programmi istituzionali dell’ASI e/o consenta
l’utilizzazione di tecnologie di origine spaziale per
applicazioni terrestri.
rappresenti uno strumento di sviluppo del portafoglio
di tecnologie e di applicazioni innovative della
struttura industriale di settore
evidenzi credibili prospettive di continuità di sviluppo e
sostenibilità economica
consenta di incrementare la competitività a livello
europeo dell’industria nazionale
Corrispondenza
Commenti
SI
Il progetto favorisce lo sviluppo di tecnologie e prodotti del settore spaziale in banda
“S”; particolarmente adatti ad operare nel settore aeronautico degli ultraleggeri e
aviazione generale a supporto del pilota per migliorare la sicurezza del volo. Il
servizio d’informazione meteorologica consente inoltre di ampliare il mercato delle
applicazioni terrestri verso il settore aeronautico da diporto e sportivo.
SI
L’attività progettuale consente al settore industriale (PMI aggregate di filiera) di
dimostrare l’effettiva applicazione di un servizio per l’aeronautica agli stakeholder di
settore mediante l’applicazione di tecnologie innovative a TRL 6.
SI
Le prospettive di continuità come la sostenibilità economica del servizio risultante dal
progetto è ben confortata dai dati di mercato e dalla strategia della compagine industriale.
Nei progetti internazionali di settore quali: EPATS (7°FP) e S2BAS (ESA), si riscontrano dati
confortanti per lo sviluppo del settore aeronautico d’interesse (diporto, business e
sportivo); mentre la compagine industriale di PMI allargata in fase di promozione
commerciale del servizio AIRONE, ad Operatori satellitari, Operatori aeronautici ed Aero
clubs come canali per il mercato può assicurare la buona penetrazione per il marketing e
la vendita.
SI
Il team di progetto costituito da PMI aggregate di filiera nel settore TLC ed
Aeronautico, con forti competenze ed investimenti nella R&S ed in collaborazione un
operatore internazionale come Eutelsat: potranno porre in essere una forte spinta alla
competitività del nostro tessuto industriale della piccola e media azienda che costituisce
oltre il 95% dell’intera nostra forza industriale.
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AIRONE – analisi del contesto
I Personal Air Vehicles (PAVs) possono essere visti come il prossimo passo logico nella progressione naturale delle innovazioni
del sistema di trasporto delle persone. L’obiettivo di questi velivoli è quello di fornire una svolta nella mobilità personale
attraverso una notevole riduzione dei tempi di trasferimento e quindi di un notevole miglioramento della qualità della vita.
Secondo le stime effettuate dai lavori del progetto europeo di ricerca del 6° Programma Quadro, EPATS (European Personal
Air Transportation System study). Europa dei 25 stati membri ci sono circa 50.000 aerei riconducibili alla GA e circa 200.000
aerei delle categorie LA e VLA di cui in totale circa 13.000 nel nostro paese. L'Italia inoltre, grazie anche alla sua conformazione
geografica è uno dei paesi con alto potenziale di sviluppo di spostamenti a breve raggio, i cosiddetti viaggi “door to door”
interregionali, effettuati su piccoli aeroporti e/o aviosuperfici.
Questo tipo di trasporto aereo non può fare affidamento sulla disponibilità di servizi in grado di fornire informazioni
meteorologiche e/o aeronautiche continuamente aggiornate come quei servizi per l’Aviazione Commerciale. E visto le forti
limitazioni dettate dalle regole del volo VFR per garantire la sicurezza del volo e dei piloti, è dunque evidente come la situazione
attuale limiti fortemente la cosiddetta “weather condition awareness” dei piloti, soprattutto durante la fase di rotta e di
conseguenza lo sviluppo di questo settore.
La soluzione progettuale AIRONE, grazie anche all’utilizzo della banda S per le telecomunicazioni che necessita di sole antenne
omnidirezionali, è una proposta che mira a dimostrare un servizio di informazioni e previsione meteo, con frequente
aggiornamento per mezzo di apparati di bordo a costi molto contenuti. La soluzione tecnologica studiata per la futura
commercializzazione di AIRONE guarderà con attenzione ai pesi, ingombri, fattori di forma e consumo energetico delle unità da
istallare a bordo, vista la struttura dei PAV.
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AIRONE – architettura di sistema
L’innovazione tecnologica in AIRONE è introdotta già nell’architettura del sistema. L’architettura prevede la presenza di una o
più stazioni di terra in grado di ricevere continuamente dati meteo (immagini radar attuali, previsioni meteo), bollettini o
NOTAM da diverse sorgenti. Queste informazioni, elaborate dal Centro Servizi Meteorologico, saranno trasmessa in modalità
broadcast attraverso un accesso al link satellitare che opera in banda S per la ricetrasmissione bordo-satellite-bordo.
SAT-TLC
network
Aircraft – on board
DVB-SH
S-band
Portable Device
S-MIM
Cockpit Device
Ground
Services
Transceiver
•
•
•
•
•
Weather Hazards Vis.
Local Weather Tx
Status/Position Tx
Emergency Messages
Nowcasting weather forecastt
La disponibilità poi di un canale "di ritorno" di comunicazione dai velivoli alla rete di stazioni di terra apre alla possibilità di
immaginare servizi basati sulla contribuzione dei dati meteo dai velivoli stessi e raccolti dai sensori di bordo. Ciò consentirà al
servizio di beneficiare di preziose informazioni meteo realtime, con cui migliorare le previsioni “nowcasting”, Oltre a servizi
legati alla trasmissione della posizione geografica dei velivoli quali il “tracking & positioning”, attualmente non disponibili.
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AIRONE – architettura del servizio
Il sistema invierà a bordo informazioni metereologiche sia in forma testuale che grafica attraverso due servizi denominati
rispettivamente WXTEXT-AIRONE e WXGRAPH-AIRONE .
Il servizio WXTEXT-AIRONE supporterà la fornitura ai PAV dei cosiddetti “Textual Weather Reports”, bollettini metereologici in
formato testo e comprenderà una serie di prodotti meteo aeronautici distribuiti in ambito aeronautico in forma testuale trai
quali:
•
•
•
•
METAR (Meteorological Aviation Reports). I METAR forniscono aggiornamenti su dati meteo osservati quali temperatura,
punto di rugiada (dew point), velocità e direzione del vento, intensità delle precipitazioni, copertura nuvolosa e altezza delle
nuvole, visibilità e pressione barometrica per una località specificata;
Terminal Aerodrome Forecasts (TAF). I TAF forniscono previsioni meteorologiche relative a aeroporti o stazioni di
osservazione meteo cui il rapporto si riferisce;
PREPS (Pilot REPortS);
SIGMET (SIGnificant METeorologic information).
Il servizio WXGRAPH-AIRONE invierà altresì a bordo informazioni meteo in una forma
adatta (ad es. in formato vettoriale) alla rappresentazione grafica all’interno del display di
bordo.
Questo servizio supporta ed estende le informazioni meteo fornite in forma puramente
testuale. Le informazioni metereologiche di tipo grafico saranno infine visualizzate a
bordo opportunamente sovrapposte a mappe geografiche precaricate a bordo del velivolo.
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AIRONE – elementi d’innovazione tecnologica
Le principali innovazioni per il progetto AIRONE, possono distinguersi su due aspetti: il primo tecnologico mentre
il secondo nel servizio erogato. Tali elementi risultano innovativi rispetto ad analoghe esperienze operative in
altri paesi, come ad es. negli USA, Dal punto di vista tecnologico il progetto evidenzia i seguenti elementi
innovativi:
• Presenza di un canale di ritorno che completa la bi-direzionalità del sistema di TLC-SAT che consente
l’erogazione del servizio di previsioni meteorologiche più accurato e tempestivo (nowcasting).
Particolarmente adatto al settore aeronautico.
• Infrastruttura di telecomunicazioni adatta alle esigenze dei piloti del settore aeronautico in termini di
apparati di bordo a basso costo, di facile installazione e di basse potenze trasmissive, evitando interferenze
con altri sistemi di navigazione.
• Robustezza del canale di ritorno nei confronti del rumore, grazie alla tecnologia S-MIM ed al protocollo di
comunicazione E-SSA (Enhannced Spread Spectrum Aloha).
• Possibilità di riuso della infrastruttura di comunicazione per lo sviluppo a costo molto ridotto di ulteriori
servizi di assistenza al velivolo, come il “tracking, positioning o browsing”,
• Strumenti di bordo per il supporto alle decisioni basati sulle tecniche di “Human Centered Design” in grado di
fornire non solo la visualizzazione al pilota delle condizioni attuali e/o delle previsioni meteo, ma sia in grado
di fornire anche suggerimenti al pilota sulle opzioni di traiettoria ottimizzate per evitare o ridurre i rischi di
attraversamento delle zone a maggior pericolo meteorologico con la possibilità di far operare in completa
autonomia l’intera manovra suggerita.
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AIRONE – elementi d’innovazione di servizio
Dal punto di vista di servizio il progetto evidenzia i seguenti elementi innovativi:
• L’introduzione e la sperimentazione di un sistema di informazione meteorologica dedicato al settore
aeronautico del PAV in Italia è il punto fondamentale di estrema importanza ed innovatività della presente
proposta.
• La disponibilità di un sistema di informazione meteo completo, aggiornato e a copertura “globale” rispetto
agli attuali strumenti (non sistemi) forniscono dati provenienti da stazioni di terra situate solo in prossimità
dei maggiori aeroporti e durante il volo, forniscono aggiornamenti meteo pre-registrati.
• Raccolta ed integrazione di diverse fonti di elaborazione e rilevamento di informazioni meteorologiche con
l’obiettivo di avere stime più accurate sia della situazione attuale che delle previsioni a breve-medio termine.
• Il controllo di dati temperatura, pressione, umidità e vento direttamente in quota, consente di poter valutare
se i parametri di previsione siano in linea con i dati registrati ed eventualmente di poter apportare gli
aggiustamenti e correttivi nel modello matematico di previsione, migliorando l’accuratezza della previsione
nella rotta di percorrenza del velivolo.
• Segnalazione tempestiva della pericolosità di una certa zona interessata da un determinato fenomeno
meteorologico, rilevata sia tramite algoritmi innovativi di elaborazione dei fenomeni meteo che dalla
elaborazione delle informazioni puntuali provenienti dai PAV equipaggiati con i sistemi di bordo di cui alla
presente proposta.
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AIRONE – proiezioni di mercato e politiche di sviluppo economico
Il team di progetto crede fortemente all’iniziativa sia perché confortato dai dati di mercato risultanti dal già
citato progetto EPATS ma anche per i risultati ottenuti nel “business plan” realizzato per il progetto S2BAS
promosso dall’Agenzia Spaziale Europea, in cui il proponente NEXTANT di AIRONE è il principale partner di Techno
Sky (azienda del gruppo ENAV per le tecnologie aeronautiche), Prime del progetto.
Il Piano Economico sviluppato si è basato sui seguenti dati:
• 3450 piccoli aeroporti di cui 232 in Italia;
• 1495 eli-superfici presenti in Europa di cui 401 in Italia;
• circa 50000 velivoli della GA;
• una penetrazione dei servizi in 5 anni del 15%.
I risultati hanno evidenziato un rapporto positivo di Profit & Loss dal 3° anno di commercializzazione, con un
valore di circa € 350.000 per crescere fino a € 2.5 milioni dopo ulteriori 3 anni di attività.
La politica di marketing e vendita del servizio si svilupperà sul coinvolgimento, per mezzo di accordi commerciali,
di, esponenti della industria aeronautica dei servizi (es. ENAV), di operatori satellitari (es. EUTELSAT che ha
sostenuto l’idea progettuale), delle aziende manifatturiere e delle federazioni di piloti e di Aero Club. Da prima
coinvolti in uno Steering Committee Board e poi come canali privilegiati per la vendita del servizio.
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AIRONE – Partner di progetto
Il team di progetto, composto dalla NEXTANT, Il METEO.IT e la WISER con la collaborazione scientifica del CIRA,
all’interno delle attività progettuali, si suddivide i ruoli in base alla singole competenze, capacità e conoscenze.
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AIRONE – motivazioni e finalità del proponente NEXTANT
Con la realizzazione del progetto AIRONE la NEXTANT vuole perseguire gli obiettivi che fanno parte della strategia aziendale per
il settore aeronautico, per lo sviluppo dei servizi informativi ai velivoli dell’Aviazione Generale – Flight Information Services:
1)
2)
3)
4)
5)
Entrare nel mercato dei servizi aeronautici della Aviazione Generale e per gli ultraleggeri con la commercializzazione del
servizio di meteorologia e dell’apparato di bordo, in accordo con i Partner di progetto che costituiranno la base di una più
ampia aggregazione con rapporti di collaborazione con aziende del settore che costituiranno i canali di vendita.
Realizzare una proposta commerciale italiana nel settore dei servizi informativi aeronautici in concorrenza con gli attuali
attori internazionali quali: Inmarsat, Iridium, Garmin, Honeywell, WxWorx, cha a vario titolo sono attivi nel settore.
Rafforzare la presenza e le competenze per le tecnologie di Data-link nel mondo aeronautico sia nelle soluzioni di rete
aeree di tipo AeroMax definite da Eurocontrol (ente internazionale per il controllo della sicurezza nel volo e gestione del
traffico), che soluzioni satellitari, quest’ultime previste all’interno del progetto SESAR .
Incrementare il proprio know-how nell’ambito delle applicazioni che utilizzano prodotti di osservazione meteorologica e di
navigazione.
Ampliare la propria offerta commerciale di
prodotti/servizi informatici destinati al mercato
aeronautico, attualmente coperta efficacemente solo
per i servizi nelle aree di accesso ai piccoli aeroporti,
così come previsto dai lavori del progetto già
ampiamente citato S2BAS;
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AIRONE – il partner WISER
WISER S.r.l. (WIreless Systems Engineering and Research) è una compagnia fondata nel 2004 allo scopo di
fornire supporto tecnico ed ingegneristico nel campo delle comunicazioni wireless. Le principali aree di
competenza di WISER sono:
• l'implementazione di sistemi di comunicazione con tecnologie SDR
• la pianificazione delle reti wireless
• il design di ricevitori digitali per comunicazioni e navigazione satellitare
• la simulazione di sistemi di comunicazione wireless
• reti di sensori wireless
L’eccellenza tecnica e della ricerca è perseguita attraverso la costruzione di forti legami con alcuni ben noti Enti
di Ricerca nelle vicinanze, compresa l’Università di Pisa ed il Consorzio Pisa Ricerche (CPR).
WISER nell’ambito del progetto AIRONE è responsabile delle funzioni di comunicazione dati e in particolare della
fornitura degli apparati di bordo e di terra a tale scopo preposti, nonché del loro interfacciamento con gli
applicativi di gestione delle informazioni.
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AIRONE – il partner Il METEO
ILMETEO è la società che gestisce le attività di previsione metereologica, collegate al centro di calcolo ove si
sviluppano Modelli Meteorologici e di Previsione e si fa ricerca scientifica avanzata con fondi esclusivamente
privati. ILMETEO è oggi divenuta la prima realtà italiana nel campo delle previsioni meteo; il modello matematico
in uso denominato NEW-ETA model, è riconosciuto a livello internazionale. La società lavora in stretto contatto
con il prof. Mesinger dell'Università di Belgrado. ILMETEO riesce ad elaborare le previsioni a breve-medio-lungo
termine fino a 7 giorni; il centro di ricerche elabora previsioni per l’area italiana ed Europea con un dettaglio
eccezionale fino a 1km, distinguendo l’eccezionale varietà di microclimi del nostro territorio. I dati di analisi
satellitare in 3D con risoluzione di circa 1 km sono forniti tramite apposita licenza dai più grandi centri del
mondo, ECMWF e NOAA.
La partecipazione al progetto consentirà all’Azienda di poter interpolare i dati ricevuti dagli ultraleggeri con i
dati di elaborazione e poter riscontrare anomalie o meno dei dati previsionali soprattutto con i dati rilevati in
quota, importantissimi per poter implementare il modello matematico di previsione sulla genesi delle nubi sulle
tre dimensioni.
In dettaglio le attività svolte dal partner saranno:
• definire i requisiti del sottosistema meteorologico;
• sviluppare, verificare e validare un modello di previsione meteo a breve – nowcasting
• sviluppare ed elaborare contenuti meteo per il settore aeronautico dei PAV.
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AIRONE – riferimenti
Marco ROMANI
[email protected]
Antonio MONTELEONE
[email protected]
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