La ricerca del volo Malaysia Airlines 370 mancante questo mese ha sollevato molte domande su come vengono monitorati gli aerei.

Uno dei mezzi chiave per tracciare la posizione degli aerei è il radar, un sistema che si è evoluto prima della seconda guerra mondiale ed è stato costantemente perfezionato da allora, spiega il dottor Graham Brooker, ingegnere radar presso la Scuola di ingegneria aerospaziale, meccanica e meccatronica dell’Università di Sydney.

La parola RADAR è un acronimo per Radio Detection And Ranging, e nella sua forma più semplice si compone di un segnale radio trasmesso rivolto da un’antenna in una particolare direzione, e un ricevitore che rileva gli echi fuori tutti gli oggetti nel percorso del segnale, dice.

Il trasmettitore è costituito da un circuito elettronico che osciallates ad una frequenza specifica, di solito molto superiore a quelle frequenze utilizzate per le trasmissioni radio o TV, dice Brooker.

Questo segnale viene inviato in brevi raffiche di energia elettromagnetica, chiamate impulsi, attraverso l’antenna che produce un fascio stretto come quello di una torcia.

“Radar permette di determinare la direzione di un oggetto, generalmente indicato come il bersaglio, in base alla direzione dell’antenna è rivolto verso,” dice Brooker.

La distanza dal bersaglio è determinata dal tempo impiegato tra la trasmissione dell’impulso e la ricezione dell’eco. Questo può essere determinato con precisione perché il segnale radar viaggia alla velocità della luce, che è costante.

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Controllo del traffico aereo

Per i radar di controllo del traffico aereo, il raggio ha la forma di un ventilatore, stretto in direzione orizzontale e largo in direzione verticale, per ospitare aerei ad alta quota.

Questo raggio esegue la scansione in cerchio una volta ogni due o tre secondi e gli echi vengono visualizzati su un display circolare chiamato indicatore di posizione del piano.

Il controllore del traffico aereo, o un computer, può tracciare gli echi o i “blip” sul display per determinare dove si sta dirigendo l’aeromobile. Questo è chiamato radar primario.

“Il radar primario è usato raramente più in isolamento poichè ci sono troppi aerei nel cielo,” dice Brooker.

” In questi giorni viene utilizzato anche un radar secondario, in cui viene inviata una sequenza di impulsi codificata all’aeromobile e un transponder sull’aereo genera un ritorno codificato, contenente molte informazioni sull’aeromobile. Questo usato per essere chiamato identificazione amico o nemico, o IFF.”

I controllori del traffico aereo utilizzano principalmente radar secondari per tracciare aerei commerciali e utilizzano radar reali solo nel caso in cui i transponder non siano montati, siano spenti o siano rotti.

“C’è stato un caso paio di decenni fa in cui un giovane ha volato un aereo leggero a metà strada attraverso gli Stati Uniti senza essere rilevato come i controllori del traffico aereo avevano i loro radar primari spenti o pensavano che la sua eco provenisse da uno stormo di uccelli”, dice Brooker.

Se il transponder aereo è spento, può essere difficile identificare quale dei tanti radar primario “blips” sul display di controllo del traffico aereo corrisponde al velivolo che ti interessa, dice Brooker.

“Questo potrebbe essere il motivo per cui il transponder del volo 370 è stato apparentemente spento nel raggio in cui si è verificato il passaggio da un controllo del traffico aereo a un altro.

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Limiti al radar

La maggior parte delle persone avrà sentito l’espressione ‘volare sotto il radar’. Questo prende il nome da un vero fenomeno, spiega il dottor Brooker.

“È causato dall’interazione del raggio radar con il suolo, che si traduce nel “sollevamento” del raggio dall’orizzonte. Se un aereo sta volando abbastanza basso, il raggio difficilmente lo illumina e la portata a cui può essere visto è limitata.”

Ci sono anche limiti alla distanza su cui il radar può essere utilizzato. Il problema principale con radar per il funzionamento a lunga distanza è il fatto che la quantità di potenza necessaria per inviare e ricevere il segnale dipende dalla distanza dal velivolo sollevato alla potenza di quattro, dice Brooker.

“Pertanto, se si desidera raddoppiare l’intervallo in cui è possibile rilevare un aeromobile, la quantità di potenza trasmessa deve aumentare di un fattore 16.”

I radar tipici utilizzati per tracciare gli aerei fino a una gamma di 100 chilometri o più trasmettono potenze di picco nei megawatt. Tuttavia, l’impulso trasmesso è breve, in genere un micro secondo o giù di lì, e si verificano solo poche centinaia di volte al secondo, quindi la potenza media è piuttosto bassa.

Per un funzionamento davvero a lungo raggio, la potenza di picco necessaria per inviare gli impulsi radar diventa proibitivamente grande.

Ciò ha portato allo sviluppo di innovazioni come gli array a fasi che consistono in un gran numero di trasmettitori e ricevitori più piccoli su una superficie planare che operano all’unisono e alla compressione degli impulsi, il che consente di generare impulsi codificati di potenza più lunga e inferiore pur mantenendo una buona precisione della gamma.

Un’altra limitazione al radar a lungo raggio è causata dall’attenuazione attraverso l’atmosfera-anche in aria chiara, ma peggio sotto la pioggia. Questo è inversamente correlato alla lunghezza d’onda del segnale, quindi i radar a lungo raggio funzionano a bassa frequenza.

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Nascondendosi dal radar

Le onde elettromagnetiche “rimbalzano” su oggetti che conducono elettricità, quindi gli aerei vecchio stile fatti di legno e tela non hanno prodotto grandi echi radar, dice Brooker. Lo stesso vale per i moderni aerei realizzati con materiali compositi in fibra di carbonio. Gli aerei di alluminio scuoiati fanno i migliori obiettivi.

” Anche la forma dell’aeromobile è importante, e gli aerei in metallo realizzati con piastre piatte, spigoli vivi e bordi generalmente producono forti echi, quindi se vuoi rendere invisibile un aeromobile, puoi farlo da piastre piatte o sfaccettature allineate in modo tale che i segnali radar riflettano lontano dal ricevitore. L’aereo da attacco stealth F-117 ne è un esempio.”

In alternativa, gli aerei possono essere realizzati senza angoli retti in modo che le ali siano miscelate nel corpo e le caratteristiche esterne siano eliminate. Fare una pelle degli aerei che assorbe l’energia del radar facendo uso dei “materiali assorbenti del radar” è un altro metodo minimizzare la dimensione di eco, dice.

“Il bombardiere stealth B-2 è probabilmente lo stato dell’arte, che utilizza la maggior parte di queste tecniche e fornisce un’eco grande quanto quella prodotta da un calabrone.Graham Brooker ingegnere radar presso la Scuola di Ingegneria aerospaziale, Meccanica e Meccatronica dell’Università di Sydney. È stato intervistato da Stephen Pincock.