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Scatole nere: evoluzione e contributi alla safety aeronautica

Le scatole nere sono uno strumento importantissimo a bordo dei velivoli: hanno dato un contribuito fondamentale alla safety del mondo aeronautico. Ripercorriamo insieme la loro evoluzione fino ai giorni nostri!

Categorie Aviazione · Come funziona · Normative

Oggi il mondo aeronautico ha un elevato grado di sicurezza grazie all’analisi continua di tutti i processi coinvolti. Questi risultati sono anche dovuti all’eredità del passato: lo studio delle cause di incidenti ha permesso di imparare dagli errori e migliorare. In questo contesto si collocano le scatole nere, strumenti che registrano continuamente gli input provenienti dal velivolo.

Scatole nere? Solamente il nome

Se non hai mai visto una scatola nera penseresti che questa si presenti almeno di un colore scuro. Il nome trae però in inganno: oggi presentano una colorazione arancione che permette agli inquirenti di ritrovarle facilmente in mezzo ai rottami sparsi sulla scena di un incidente. In passato, in assenza di una regolamentazione, si utilizzavano tonalità che spaziavano dal giallo al rosso.

FDR Credits: ATSB
FDR Credits: ATSB

Sul perchè siano state definite “nere” circolano molte leggende: la più accreditata racconta di un giornalista che durante la dimostrazione di un modello nel 1958 ne coniò l’attributo. Oggi possiamo pensare che la dimostrazione riguardava i meccanismi interni al contenitore colorato: è probabile che lo chassis con nastro magnetico e vari connettori richiamassero un equipaggiamento di tonalità scura. Altri affermano che il nome deriva dal loro aspetto annerito dopo un incendio.

Come accade spesso un titolo giornalistico diventa prassi comune, ed ecco che oggi parliamo di scatole nere. Ad ogni volo questi dispositivi registrano tutta una serie di dati del velivolo: dai parametri del volo FDR (Flight Data Recorder) ai suoni in cabina di pilotaggio CVR (Cockpit Voice Recorder). Avviene una continua sovrascrizione in modo che in caso di bisogno si possa ricostruire la dinamica dell’incidente partendo dall’ultimo istante e tornando indietro.

CVR Credits: ATSB
CVR Credits: ATSB

Un tuffo nel passato: le origini delle black boxes

Sebbene parte della letteratura faccia risalire la loro introduzione addirittura al Flyer 1, il velivolo con il quale i fratelli Wright inauguravano nel 1903 l’epoca dell’aviazione, possiamo individuare i primi dispositivi durante la Seconda Guerra Mondiale. Il bisogno di progettare aerei più avanzati del nemico rendeva le missioni dei veri e propri test di volo. Di fatto, accumulare i dati dei velivoli che riuscivano a tornare alla base poteva rappresentare un vantaggio tecnologico non indifferente.

Gli strumenti erano rudimentali e in un contesto bellico andavano a far parte dei resti inutilizzabili dell’aereo. É così che l’intuizione dell’ingegnere James J. Ryan portò alla progettazione del registratore di volo VGA che permesse la registrazione di velocita (V), forze gravitazionali (G) e altitudine (G) grazie a un foglio di alluminio posto in movimento. Il meccanismo di un rudimentale FDR si presentava avvolto da un guscio giallo.

 Confronto tra due scatole nere prima e dopo l'incidente Credits: ATSB
Confronto tra due scatole nere prima e dopo l’incidente Credits: ATSB

L’introduzione del CVR combinato con il FDR si deve invece allo scienziato australiano David Warren dell’Aeronautical Research Laboratory (ARL). Spinto dalle indagini sui difetti dell’innovativo jet De Havilland Comet introdusse la tecnologia di registrazione dell’epoca basata sull’utilizzo di fili di metallo per memorizzare i suoni del cockpit.

L’ultimo step necessario ha coinvolto gli enti normativi che hanno obbligato i vari vettori ad installare a bordo degli aerei le scatole nere. Per primi furono gli Stati Uniti nel 1958 a richiedere questi dispositivi per i velivoli più grandi, poi negli anni Sessanta tutto il mondo dell’aviazione capì l’importanza della loro presenza a bordo in caso di incidente.

Le scatole nere nell’aviazione moderna

Ed eccoci ai giorni nostri: l’ICAO obbliga attraverso le disposizioni dell’Annesso 6 l’utilizzo di questi dispositivi su tuti i velivoli commerciali. Nel corso degli anni hanno subito aggiornamenti impiegando alcune nuove tecnlogie a disposizione. La memoria a nastro ha trovato un sostituito negli anni ’90 con le più moderne memorie a stato solido e con le nuove tecniche di registrazione non più analogiche ma digitali.

Approccio alla registrazione di oggi (a sinistra) e quello del passato (a destra) Credits: ATSB
Approccio alla registrazione di oggi (a sinistra) e quello del passato (a destra) Credits: ATSB

La coppia di scatole nere viene installata all’interno della sezione di coda del velivolo che di solito è la meno sollecitata in caso di schianto a terra. Permettono la registrazione anche in assenza di tensione nell’impianto che le alimenta nominalmente. Tutto ciò grazie alle varie ridondanze del sistema elettrico oppure attraverso un’apposita batteria dedicata.

Per quanto riguarda il registratore dei dati di volo FDR se ne possono individuare più in generale almeno due tipologie (a loro volta con delle sottoclassificazioni). Il FDR di tipo I prevede la registrazione accurata dei dati della rotta, velocità, assetto, parametri dei motori, configurazioni e operazioni per 25 ore. Il FDR di tipo II è più accurato e si focalizza anche sui dispositivi di generazione di portanza e resistenza, come flap, slat e spoiler.

Il CVR registra qualsiasi suono proveniente dal microfono dei piloti o da quelli installati in cabina utilizzando fino a 4 differenti canali. Il tempo di registrazione deve obbligatoriamente toccare le due ore sia per velivoli ad ala fissa sia per elicotteri. Per i velivoli con massa massima al decollo inferiore a 5700 kg il requisito impone almeno una registrazione di 30 minuti.

Come sono costruite le scatole nere?

Schema costruttuttivo scatole nere Credits: Enc. Britannica
Schema costruttuttivo scatola nera Credits: Enc. Britannica

Non è sbagliato affermare che sono l’elemento più sicuro su un aeromobile. Per fornire le informazioni è vitale che resistano a tutte le conseguenze incontro alle quali potrebbero andare in seguito a incidenti. Situazioni come impatti violenti, esplosioni, incendi e inabissamenti hanno rappresentato la base attraverso la quale si sono ricavati i requisiti di progetto di queste black boxes:

  • devono resistere ad un impatto che produca una decelerazione di 3,400 g per 6.5 s (equivalente ad un impatto a 270 nodi con una distanza di decelerazione di 45 cm);
  • preservare le informazioni in seguito a una forza di penetrazione prodotta da una massa di 227 kg lasciata cadere da un’altezza di 3 metri;
  • devono resistere a una forza di schiacciamento statico di 22.25 kN applicata in maniera continuativa per 5 minuti;
  • preservare le informazioni in seguito al contatto sul 100% del corpo a fiamme di 1100° per 30 minuti;
  • resistere a fiamme di bassa intensità a 260° per 10 ore;
  • preservare le informazioni in seguito all’immersione in fluidi provenienti dal velivolo (carburante, olio ecc) per 24 ore;
  • resistere a immersione in acqua del mare per 30 giorni fino ad una pressione equivalente a una profondità di 6 km.
ULB di  scatole nere Credits: ATSB
ULB di una scatola nera Credits: ATSB

Tutte queste accortezze potrebbero risultare vane in seguito ad un inabissamento nell’oceano: per questo motivo le scatole nere sono dotate di un ULB (Underwater Location Beacon). Il localizzatore permette l’individuazione della scatola nera grazie a un segnale in radiofrequenza a 37.5 KHz attivato non appena viene rilevato il contatto con l’acqua.

L’importanza di analizzare le black boxes

Le scatole nere si sono dimostrate anche più affidabili rispetto ai requisiti descritti. In seguito all’incidente del volo Air France 447 sono stati necessari 2 anni affinchè le scatole nere fossero ritrovate. Si trovavano a circa 4000 m di profondità ma comunque hanno conservato i dati fondamentali al completamento delle indagini molto oltre rispetto al requisito! Anche nei più recenti incidenti che vedevano coinvolto il Boeing 737 MAX hanno rappresentato una preziosa chiave di lettura.

Le scatole nere più moderne permettono oggi di replicare il volo su un simulatore in modo che gli inquirenti possano essere facilitati nell’attività di indagine. Anche l’utilizzo di questi strumenti ha permesso all’intero settore di minimizzare moltissimi fattori di rischio che hanno portato a incidenti catastrofici. Imparare dagli errori significa molto spesso analizzare le informazioni delle black boxes.

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