Rotte aeree, perché seguono traiettorie curve?
picture of world map with flying planes on it
Perché gli aeroplani non volano in linea retta per raggiungere due destinazioni differenti? Quando si osserva una mappa piana, può sembrare che gli aeroplani volino in linea retta per raggiungere la loro destinazione nel modo più breve ed efficace. Tuttavia ciò che si trascura è la curvatura terrestre. Ma vediamo i motivi e le principali caratteristiche legati alle rotte aeree.
Le rotte degli aerei e la curvatura terrestre
Specialmente sui voli a lunga percorrenza, capita spesso di imbattersi su delle rotte che seguono una vera e propria curva, anziché seguire una linea retta dal punto di partenza a quello di arrivo. La questione sta nel fatto che il concetto di distanza più breve è strettamente legato alla superficie su cui le distanze vengono misurate. Poiché la Terra è tridimensionale, è necessario fornire piani di volo che tengano conto di differenti concetti geometrici. La curvatura terrestre diventa il fattore principale per le traiettorie degli aerei. Ecco che quindi i percorsi rettilinei su una mappa piana risultano essere più lunghi!
Una questione di geometria
A differenza di quanto accade nel piano, sulla sfera (e quindi con buona approssimazione sulla Terra) non esistono rette parallele. Tutte le rette sferiche sono chiamate cerchi massimi e si intersecano in due punti diametralmente opposti. Sul piano, considerando un sistema di assi cartesiani, le coordinate (x,y) di un punto P rappresentano le distanze di P rispettivamente dall’asse y e dall’asse x. Sulla sfera, invece, solo la latitudine (una delle coordinata sferica) rappresenta la distanza angolare dall’equatore. La seconda coordinata, la longitudine non è uguale alla distanza dal meridiano di Greenwich (tranne nel caso in cui P stia sull’equatore).
Da un punto di vista matematico, a differenza di quanto accade sul piano, la distanza tra due punti non è invariante per traslazioni. Trasformazioni del tipo (α, β) → (α + γ, β + γ) non sono così, sulla sfera, delle isometrie.
I voli aerei e l’importanza della linea geodetica
Una curva spesso usata per calcolare le tratte aeree è la così detta linea geodetica. Si tratta della distanza più breve tra due punti qualsiasi sulla superficie terrestre, dunque su un ellissoide. Un esempio di utilizzo di una linea geodetica è infatti quando si desidera determinare la distanza più breve tra due città per la traiettoria di volo di un aeroplano. Questa è anche nota come linea del cerchio massimo se basata su una sfera, piuttosto che su un ellissoide e il tipo di linea geodetica consente di creare solo linee.
Inoltre è possibile creare una linea multi-segmento che è una serie di linee geodetiche che costituiscono un elemento a linea singola. Utilizzano una linea a più segmenti si è quindi in grado di creare la traiettoria di volo di un aeroplano con waypoint, ad esempio una rotta aerea con più fermate che costituiscono una rotta completa.
Le correnti a getto
Le compagnie aree utilizzano anche altri criteri per determinare le rotte aeree. Alcuni di questi sono determinati dalla presenza di correnti d’aria di alta quota chiamate correnti a getto. Queste correnti d’aria (8km-14km dalla superficie terrestre) sono presenti vicino alla parte superiore della troposfera in cui avvengono rapidi cambiamenti di temperatura e di pressione dell’aria.
La conseguenza? Si crea una sorta di galleria del vento che può raggiungere velocità di oltre 200 miglia all’ora. Ecco che quindi le correnti a getto generano strette bande di vento forte che generalmente soffiano da ovest a est su tutto il globo. La Terra possiede due correnti a getto primarie polari, vicino ai poli nord e sud, e due subtropicali più vicine all’equatore.
Quando un aereo entra in una corrente a getto
Se un aereo vola all’interno di una potente corrente a getto e possiedono la stessa direzione di velocità con lo stesso verso, l’aereo può ricevere una spinta. Il monitoraggio delle correnti a getto può aiutare alle volte per sapere dove si sposteranno i sistemi meteorologici ma raramente sono di grande aiuto per la pianificazione delle rotte aeree successive. Infatti le correnti a getto sono molto imprevedibili e i loro percorsi possono cambiare, portando tempeste in direzioni inaspettate.
Vento a favore o vento contrario?
La presenza del vento non crea problemi solo al decollo e atterraggio di un aereo, ma anche durante la fase di crociera. Soprattutto voli oceanici cambiano moltissimo le proprie rotte in funzione delle correnti d’aria che si spostano dall’America verso l’Europa e viceversa. Nel momento di pianificazione si hanno a disposizione delle cartine che mostrano intensità e direzione del vento.
Queste informazioni permettono di decidere quali accorgimenti prendere in caso di forte vento. Anche le comunicazioni in volo di altri piloti sono molto importanti per sapere quanto forte sia l’effetto del vento. Spesso i controllori di volo chiedono ai piloti appena atterrati qualche indicazione più dettagliata in modo che gli altri piloti che si prestano all’atterraggio possano avere le stesse informazioni e prepararsi meglio.
Il traffico aereo: congestione sulle rotte
Un altro motivo per cui gli aerei scelgono di volare in una traiettoria che assomiglia ad un arco è per tenere conto della quantità di traffico che sarà nell’aria. Come i sistemi autostradali, lo spazio aereo subisce una grande quantità di traffico. Se ogni volo prendesse la stessa traiettoria, il traffico sarebbe più difficile da gestire.
Inoltre è frequente che gli aeroplani non sorvolino parti dell’Oceano Pacifico. Percorrendo infatti rotte curve invece di sorvolare l’oceano si ottiene un volo più sicuro e più efficiente in termini di consumo di carburante. Ci saranno così più opportunità per atterraggi di emergenza se necessario.
Come si mappano le rotte aeree?
La traiettoria di volo vengono formate prima del decollo.
- Si analizzano il tempo e i venti tra l’origine e la destinazione e si pianifica una rotta di volo.
- La scelta del percorso dovrà ridurre al minimo il tempo di volo e l’esposizione alle intemperie.
- Il controllo del traffico aereo riesamina il piano di volo e lo modifica, se necessario, per ridurre il traffico aereo.
- L’aereo percorre la traiettoria di volo prevista, una volta approvata dal controllo del traffico aereo.
- Gli aeroplani utilizzano anche tracce costituite da insiemi predeterminati di coordinate di latitudine e longitudine per assicurarsi una giusta traiettoria di volo.
Come le dimensioni del velivolo influiscono sui percorsi
Un aereo di grandi dimensioni e che quindi possiede più motori, potrà volare per distanze maggiori senza bisogno di aeroporti per atterraggi di emergenza. Aerei bimotore dovranno invece rimanere vicino agli aeroporti per potenziali atterraggi di emergenza. Di conseguenza, velivoli di dimensioni ridotte seguiranno traiettorie di volo diverse rispetto a quelli più grandi. Inoltre utilizzano traiettorie di volo con aeroporti più piccoli lungo il percorso.
Particolari traiettorie di volo
Le traiettorie di volo più strane al mondo sono causate da problemi politici o geografici. Di recente, la guerra russo-ucraina ha impedito agli aerei di molti paesi europei di sorvolare lo spazio aereo russo, causando gravi disagi. Durante la pandemia è stato invece superato il record per il volo di linea più lungo, da un aereo Air Tahiti Nui Boeing 787-9 che ha concluso un viaggio da Papeete a Parigi Charles De Gaulle in 16 ore e 30 minuti, percorrendo un totale di 15.715 chilometri. Dall’11 ottobre 2018, la rotta più lunga è quella della Singapore Airlines SQ21 tra Singapore e Newark, per una distanza totale di 15.344 km effettuata ogni giorno in 18 ore e 45 minuti.