Parte prima

Questo breve articolo non vuole essere un trattato di navigazione aerea, ma una descrizione dei sistemi disponibili per determinare la posizione dell’aeromobile prima dell’avvento delle radioassistenze o con l’uso di quelle ormai obsolete.

Scopo base della navigazione è quello di conoscere in ogni momento la propria posizione nello spazio.

Per rappresentare questa posizione si usano le carte aeronautiche, che, con buona approssimazione, rappresentano la superficie terrestre, curva, proiettata su di una superficie piana. La posizione è definita da valori di latitudine e longitudine, e per gli aeromobili, l’altitudine.

La descrizione delle carte, così come la definizione di latitudine, longitudine ed altitudine non sono oggetto di queste note.

La forma più semplice di navigazione è la navigazione stimata, basata su tre elementi fondamentali: la bussola, l’anemometro e l’orologio. Conoscendo rotta, velocità e tempo trascorso si può in ogni momento con semplici calcoli riportare sulla carta la propria posizione rispetto ad un punto di partenza o precedente.

Il metodo è soggetto ad errori indotti dagli strumenti e da fattori esterni, quali ad esempio, le variazioni di campo magnetico e i venti.

Si può rettificare la navigazione stimata rilevando la posizione di oggetti quali monti, fiumi, ferrovie o abitati, laddove questi esistono e sono riconoscibili, e viene definita come navigazione terrestre o a vista.

Per lungo tempo, fino agli inizi della II Guerra Mondiale, questa è stata la sola navigazione comunemente praticata sia dagli aerei civili che militari, che comunque non erano normalmente impiegati su tratte molte lunghe. Particolare rilevanza avevano allora le ferrovie, che costituivano con le loro rotaie e i cartelli delle stazioni, un valido riferimento!

Raccontava un anziano pilota militare che in mancanza di carte aeronautiche ufficiali, qualcuno comprava a proprie spese le carte stradali del Touring Club e l’orario ferroviario, e volava, almeno sul territorio italiano, con quei soli aiuti.

La navigazione a vista e tuttora praticata per il volo VFR (Visual Flight Rules), ora possibile anche con FS2002, grazie agli scenari Mesh Terrain e landclass che riproducono sempre più fedelmente l’orografia e la "tessitura" del terreno.

Dove però non esistono riferimenti a terra, come ad esempio per lunghe tratte sull’oceano, bisognava ricorrere ad altri mezzi per poter verificare ed eventualmente correggere la stima.

Per lungo tempo, quando ancora non esistevano i radioaiuti dell’epoca moderna, gli unici riferimenti esterni erano gli astri: il Sole, la Luna, i pianeti e le stelle.

La posizione di questi corpi celesti rispetto allo spazio ed alla terra è riportata nelle "Effemeridi Nautiche", pubblicazioni di enti preposti (in Italia ad esempio l’Istituto Idrografico della Marina Militare). Rilevando col sestante e la bussola di rilevamento, la posizione di un astro rispetto ad un orizzonte di riferimento in prossimità dell’osservatore (retta d’altezza) e confrontandola, tramite opportuni calcoli matematici e trigonometrici, con quella riportata dalle Effemeridi, si può ricavare la distanza tra il punto reale e quello stimato. Il procedimento presuppone quindi la conoscenza delle nostre coordinate approssimate. Ecco perché la conoscenza del punto stimato diviene estremamente importante.

Si tratta quindi della navigazione astronomica, che però richiede un cielo visibile, non coperto dalle nubi, la visibilità dell’orizzonte e la conoscenza degli astri, soprattutto pianeti e stelle, giacchè tutti conoscono il sole e la luna.

Il punto astronomico può essere ottenuto di massima tre volte al giorno: al crepuscolo nautico mattinale e al crepuscolo nautico serale con osservazioni stellari, ed al passaggio del sole al meridiano superiore (cioè al mezzogiorno locale), avendo però cura di osservare il sole prima e dopo il passaggio stesso in un arco di tempo di circa due ore.

Il crepuscolo è necessario per poter vedere sia le stelle che l’orizzonte e determinarne l’ascensione retta. Per quanto riguarda le osservazioni diurne, la meridiana permette di determinare la latitudine ed integrata da due rette d’altezza, precedente e seguente la meridiana e opportunamente trasportate, anche un buon punto astronomico.

Un buon osservatore, in possesso delle Effemeridi ed opportune tavole di calcolo, può determinare il punto astronomico in qualche decina di minuti.

Questo metodo, trasferito all’aeronautica dal mondo nautico, è stato ampiamente usato dagli albori della navigazione aerea fino a ben oltre la fine della seconda guerra mondiale, quando gli aeroplani avevano però delle velocità relativamente basse, che consentivano osservazioni spazialmente ravvicinate.

Ad esempio, il Douglas DC-4 impiegato per voli a lungo raggio durante il famoso Ponte di Berlino nel 1948-49 e dotato di cupola per osservazioni astronomiche, aveva una velocità di 195 nodi, per cui nel tempo necessario a determinare il punto astromico e correggere la stima, erano state percorse solo circa 50 miglia.

Nella figura 2 è evidenziata la cupola trasparente per le osservazioni astronomiche.

La navigazione stimata, oltre che col metodo terrestre ed astronomico, può essere rettificata controllando la posizione nello spazio, captando a bordo con opportuni ricevitori le radio-onde provenienti da stazioni trasmittenti dislocate a terra o in mare.

A grandi linee il principio su cui si basa la maggior parte di questi sistemi, consiste nella misura dell’azimut di provenienza di un radiosegnale per giungere dal trasmettitore al ricevitore di bordo, o nella misura della differenza di tempo o di fase con la quale arrivano al ricevitore di bordo due segnali trasmessi in sincronia da due stazioni a terra o in mare.

Al primo gruppo, azimutale, appartengono i radiofari circolari, direzionali e ruotanti; al secondo gruppo, iperbolico appartengono, tra gli altri, il Loran e il Decca.

Per potersi servire di questi ausilii radioelettrici gli aerei devono essere equipaggiati con dei ricevitori adatti ai vari sistemi. Si va dalle semplici riceventi per segnali acustici, a più sofisticati radiogoniometri per misurare l’azimut di un radiofaro circolare a ricevitori speciali per i sistemi Loran e Decca, unitamente a speciali carte aeronautiche a varia scala in cui sono sovraimpresse a colori le famiglie di iperboli che permettono al navigatore di stabilire la posizione.

Un tipo di radiofaro, impiegata ad esempio anche dalla Regia Aeronautica prima e durante la seconda guerra mondiale, consisteva in una stazione a terra che trasmetteva due segnali distinti nei quattro quadranti., la lettera in codice Morse A (punto, linea) nel primo e terzo quadrante e la lettera N (linea punto) nel secondo e quarto quadrante. Sulla linea di intersezione dei quadranti, i due segnali si sovrapponevano e diventavano un segnale continuo. Il segnale era ricevuto in cuffia tramite una normale radio ricevente.

L’orientamento, che comunque era sempre basato su una conoscenza approssimativa della posizione stimata, avveniva nel modo seguente: se volando in una certa direzione l’intensità del segnale aumentava, voleva dire che ci si avvicinava alla stazione (il contrario se diminuiva). In base a quale lettera si sentiva (A o N) si sapeva in quale quadrante ci si trovava e di conseguenza accostando a destra o sinistra fino a che il segnale diventava continuo, si individuava la rotta da seguire per arrivare sicuramente sulla verticale della stazione a terra.

Naturalmente la precisione del sistema era affidata in larga parte alla qualità degli apparati riceventi di bordo, qualità che lasciava molto a desiderare soprattutto in condizioni atmosferiche avverse, cioè quando c’era più bisogno di una localizzazione radioassistita.

Lo strumento base per la determinazione della direzione di provenienza di un segnale radioelettrico è il radiogoniometro. Lo strumento è antico quanto la radiotelegrafia, e primi esperimenti in questo campo furono eseguiti proprio da Guglielmo Marconi agli inizio del 1900. La figura illustra un radiogoniometro del 1907 in grado di captare e determinare la direzione di provenienza di trasmissioni Morse di stazioni fisse o mobili (su dirigibili).

Da qui al suo impiego in aviazione il passo è stato relativamente lungo. I primi radiogoniometri istallati a bordo di aerei fanno la loro apparizione nel periodo tra le due guerre mondiali, solo a bordo di aerei di grandi dimensioni, a causa del peso e dell’ingombro degli apparati. Caratteristica esterna era l’antenna girevole formata da uno o due anelli intersecantisi.

Il funzionamento è intuitivo. Individuata, con l'ausilio delle carte aeronautiche e dei radioservizi alla navigazione, la frequenza di un radiofaro la cui portata fosse superiore alla distanza a cui ci si trovava dal faro stesso, sintonizzato il radiogoniometro alla stessa frequenza e captato il segnale, si doveva 'girare' l'antenna finchè il segnale scompariva, (questo perché è di più facile individuazione il minimo che non il massimo del segnale) e, individuato il minimo, leggere su una apposita bussola il rilevamento radiogoniometrico equivalente ed eventualmente tracciarlo sulla carta.

E’ di quegli anni l’istituzione presso l’Idroscalo di Orbetello della Scuola di Navigazione Aerea d’Alto Mare, con lo scopo di formare gli equipaggi per le grandi trasvolate atlantiche verso il Sud e Nord America.

La navigazione aerea oceanica prevedeva sia l’uso della navigazione astronomica sia della radionavigazione con radiogoniometro ad onde corte, che captava le emissioni di stazione RT imbarcate su navi appoggio dislocate lungo la rotta presunta.

Nel 1933 durante la famosa Crociera del Decennale, la squadra aerea italiana ha compiuto il primo volo con navigazione strumentale della storia, di 2400 km., dall’Islanda agli Stati Uniti usando il radiogoniometro e i segnali della stazione RT della nave appoggio "Alice" posizionata al largo delle coste del Labrador.

La disponibilità a bordo di apparati radio era soggetta anche al peso e all’ingombro di quegli apparecchi, che li rendevano inadatti agli aeroplani da caccia. Ad esempio, la prima serie del Macchi MC 205 aveva istallata, come nuova apparecchiatura, una ricetrasmittente Allocchio- Bacchini che pesava 40 kg., aveva le dimensioni di una valigetta 24 ore ed era così imgombrante e malcomoda da usare che venne immediatamente sbarcata.

E con questo veniamo ai giorni nostri con l’ADF, (Automatic Direction Finder, con cui sono equipaggiati molti degli aeroplani dell’aviazione simulata), un radiogoniometro che riceve i segnali di un radiofaro circolare, l’NDB (Non Directional Beacon).

Rimandiamo qui ad altri articoli, tutorial e pubblicazioni per la descrizione di questo ed altri sistemi in uso oggi.