L'apparente connessione tra incidenti aerei mortali in Indonesia ed Etiopia ruota attorno al guasto di un singolo sensore. So com'è:alcuni anni fa, mentre volavo con un Cessna 182-RG da Albany, New York, a Fort Meade, Maryland, il mio anemometro mostrava che stavo volando a una velocità così lenta che il mio aereo rischiava di non generare più abbastanza portanza per rimanere in aria.

Se mi fossi fidato del mio sensore di velocità, Avrei abbassato il muso dell'aereo nel tentativo di riguadagnare velocità, e forse mettere a dura prova il telaio dell'aereo, o avvicinarsi pericolosamente al suolo. Ma anche i piccoli aerei sono pieni di sensori:mentre ero preoccupato per la mia velocità, Ho notato che il mio aereo si trovava alla stessa altitudine, il motore stava generando la stessa quantità di potenza, le ali incontravano l'aria ad un angolo costante e mi stavo ancora muovendo sul terreno alla stessa velocità a cui ero prima che la velocità dell'aria fosse presumibilmente diminuita.

Quindi, invece di stressare eccessivamente e potenzialmente far schiantare il mio aereo, Sono stato in grado di riparare il sensore problematico e continuare il mio volo senza ulteriori incidenti. Di conseguenza, Ho iniziato a indagare su come i computer possono utilizzare i dati di diversi sensori di aerei per aiutare i piloti a capire se si sta verificando una vera emergenza, o qualcosa di molto meno grave.

La risposta di Boeing ai suoi incidenti ha incluso la progettazione di un aggiornamento software che si baserà su due sensori invece di uno. Potrebbe non essere sufficiente.

Controllo incrociato dei dati del sensore

Come un aereo sfida la gravità, principi aerodinamici espressi come formule matematiche ne governano il volo. La maggior parte dei sensori di un aereo sono destinati a monitorare elementi di quelle formule, per rassicurare i piloti che tutto è come dovrebbe essere o per avvisarli che qualcosa è andato storto.

Il mio team ha sviluppato un sistema informatico che esamina le informazioni provenienti da molti sensori, confrontando le loro letture tra loro e con le relative formule matematiche. Questo sistema è in grado di rilevare dati incoerenti, indicare quali sensori molto probabilmente si sono guastati e, in determinate circostanze, utilizzare altri dati per stimare i valori corretti che questi sensori dovrebbero fornire.

Ad esempio, il mio Cessna ha riscontrato problemi quando il sensore di velocità dell'aria primario, chiamato "tubo di Pitot, " si è congelato nell'aria fredda. Altri sensori a bordo raccolgono informazioni correlate:i ricevitori GPS misurano la velocità con cui l'aereo copre il suolo. I dati sulla velocità del vento sono disponibili da modelli di computer che prevedono il tempo prima del volo. I computer di bordo possono calcolare una velocità stimata combinando Dati GPS con informazioni sulla velocità e direzione del vento.

Se la velocità stimata del computer concorda con le letture del sensore, molto probabilmente va tutto bene. Se non sono d'accordo, allora qualcosa non va, ma cosa? Si scopre che questi calcoli sono in disaccordo in modi diversi, a seconda di quale – o più – dei GPS, i dati del vento o i sensori di velocità dell'aria sono errati.

Un test con dati reali

Abbiamo testato il nostro programma per computer con dati reali dell'incidente del volo Air France 447 del 2009. L'indagine post-incidente ha rivelato che tre diversi tubi di Pitot si sono congelati, fornendo una lettura errata della velocità dell'aria e innescando una catena di eventi che terminano con l'aereo che precipita nell'Oceano Atlantico, uccidendo 228 passeggeri e membri dell'equipaggio.

I dati di volo hanno mostrato che quando i tubi di Pitot si congelavano, hanno improvvisamente smesso di registrare la velocità di 480 nodi, e invece ha riferito che l'aereo stava attraversando l'aria a 180 nodi, quindi lentamente l'autopilota si è spento e ha avvisato i piloti umani che c'era un problema.

Ma il GPS di bordo ha registrato che l'aereo stava viaggiando sul terreno a 490 nodi. E i modelli meteorologici al computer hanno indicato che il vento proveniva dalla parte posteriore dell'aereo a circa 10 nodi.

Quando abbiamo fornito quei dati al nostro sistema informatico, ha rilevato che i tubi di Pitot avevano fallito, e ha stimato la velocità reale dell'aereo entro cinque secondi. Ha anche rilevato quando i tubi di Pitot si sono scongelati di nuovo, circa 40 secondi dopo che si sono congelati, ed è stato in grado di confermare che le loro letture erano di nuovo affidabili.

Un diverso tipo di test

Abbiamo anche usato il nostro sistema per identificare cosa è successo al volo Tuninter 1153, che nel 2005 è sprofondato nel Mar Mediterraneo nel suo viaggio dall'Italia alla Tunisia, uccidendo 16 delle 39 persone a bordo.

Dopo l'incidente, l'indagine ha rivelato che gli addetti alla manutenzione avevano installato erroneamente l'indicatore della quantità di carburante sbagliato sull'aereo, quindi ha riportato 2, 700 kg di carburante erano nei serbatoi, quando l'aereo trasportava davvero solo 550 kg. I piloti umani non hanno notato l'errore, e l'aereo ha finito il carburante.

Il carburante è pesante, anche se, e il suo peso influisce sulle prestazioni di un aeromobile. Un aereo con troppo poco carburante si sarebbe comportato diversamente da uno con la giusta quantità. Per calcolare se l'aereo si stava comportando come avrebbe dovuto, con la giusta quantità di carburante a bordo, abbiamo usato la relazione matematica aerodinamica tra velocità relativa e portanza. Quando un aereo è in volo livellato, sollevamento è uguale al peso. Tutto il resto è lo stesso, un aereo più pesante avrebbe dovuto andare più lento dell'aereo Tuninter.

Il nostro programma prevede solo fasi di crociera del volo, in cui l'aereo è fermo, volo livellato – non accelerando o cambiando altitudine. Ma sarebbe stato sufficiente rilevare che l'aereo era troppo leggero e allertare i piloti, che avrebbe potuto voltarsi o atterrare altrove per fare rifornimento. L'aggiunta di informazioni su altre fasi del volo potrebbe migliorare la precisione e la reattività del sistema.

E il Boeing 737 Max 8 si schianta?

La gamma completa di dati su Lion Air 610 e Ethiopian Airlines 302 non è ancora disponibile al pubblico, ma i primi rapporti suggeriscono che c'era un problema con uno dei sensori dell'angolo di attacco. Il mio team di ricerca ha sviluppato un metodo per verificare l'accuratezza di quel dispositivo in base alla velocità dell'aereo.

Abbiamo utilizzato l'aerodinamica e un simulatore di volo per misurare come le variazioni dell'angolo di attacco - la pendenza con cui le ali incontrano l'aria in arrivo - hanno modificato la velocità orizzontale e verticale di un Cessna 172. I dati erano coerenti con le prestazioni di un vero Cessna 172 in volo. Utilizzando il nostro modello e sistema, possiamo distinguere tra un'emergenza reale - un angolo di attacco pericolosamente alto - e un sensore guasto che fornisce dati errati.

I numeri effettivi per un Boeing 737 Max 8 sarebbero diversi, Certo, ma il principio è sempre lo stesso, usando la relazione matematica tra l'angolo di attacco e la velocità relativa per ricontrollarsi reciprocamente, e per identificare i sensori difettosi.

Meglio ancora

Mentre il mio team continua a sviluppare software per l'analisi dei dati di volo, stiamo anche lavorando per fornirgli dati migliori. Una potenziale fonte potrebbe essere quella di consentire agli aeroplani di comunicare direttamente tra loro sulle condizioni meteorologiche e del vento in luoghi specifici a particolari altitudini. Stiamo anche lavorando su metodi per descrivere con precisione le condizioni operative sicure per il software di volo che si basa sui dati dei sensori.

I sensori si guastano, ma anche quando ciò accade, i sistemi automatizzati possono essere più sicuri ed efficienti dei piloti umani. Man mano che il volo diventa più automatizzato e sempre più dipendente dai sensori, è imperativo che i sistemi di volo controllino i dati di diversi tipi di sensori, per proteggersi da guasti del sensore altrimenti potenzialmente fatali.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.