Punti chiave
Un veicolo aereo senza pilota (UAV), comunemente noto come drone, è un aeromobile senza pilota, equipaggio o passeggeri umani a bordo. Gli UAV o droni sono un componente di un sistema aereo senza pilota (UAS), che include l’aggiunta di un controller a terra e un sistema di comunicazione con l’UAV.
Il volo dei droni militari può essere fatto sotto controllo remoto da parte di un operatore umano, come aeromobili a pilotaggio remoto (RPA), o con vari gradi di autonomia, come l’assistenza del pilota automatico, fino a droni completamente autonomi che non prevedono l’intervento umano.
Gli UAV sono stati originariamente sviluppati nel corso del ventesimo secolo per missioni militari troppo “pericolose” per gli umani, e nel ventunesimo erano diventati risorse essenziali per la maggior parte delle forze armate. Man mano che le tecnologie di controllo miglioravano e i costi diminuivano, il loro uso si è espanso a molte applicazioni non militari. Questi includono il monitoraggio degli incendi boschivi, fotografia aerea, consegne di prodotti, agricoltura, polizia e sorveglianza, ispezioni delle infrastrutture, intrattenimento, scienza ma anche purtroppo contrabbando.
Droni, storia della loro evoluzione
Il primo uso registrato di un drone per la guerra avvenne nel luglio 1849. Le forze austriache che assediavano Venezia tentarono di lanciare circa 200 palloni incendiari contro la città assediata. I palloni sono stati lanciati principalmente da terra, ma alcuni furono lanciati anche dalla nave austriaca SMS Vulcano. Almeno una bomba cadde in città ma a causa del cambio di vento dopo il lancio, la maggior parte dei palloni ha mancato il bersaglio e alcuni sono tornati indietro sulle linee austriache e sulla nave di lancio Vulcano.
Lo sviluppo significativo dei droni è iniziato nel 1900 e originariamente si concentrava sulla fornitura di obiettivi pratici per l’addestramento del personale militare. Il primo tentativo di un UAV a motore fu “Aerial Target” di AM Low nel 1916. Nikola Tesla descrisse nel 1915 una flotta di veicoli da combattimento aerei senza equipaggio con un carico esplosivo verso un obiettivo predeterminato. Lo sviluppo continuò durante la prima guerra mondiale.
La Seconda guerra mondiale fece avanzare la ricerca sui droni militari. La Germania nazista ha prodotto e utilizzato vari velivoli UAV durante la guerra, come l’Argus As 292 e la bomba volante V-1 con motore a reazione.
Dopo la seconda guerra mondiale lo sviluppo continuò in veicoli come l’americano JB-4 (utilizzando la guida del comando televisivo/radio), l’australiano GAF Jindivik e il Teledyne Ryan Firebee I del 1951, mentre aziende come Beechcraft offrirono il loro modello 1001 per la Marina degli Stati Uniti.
La ricerca continuò durante tutti gli anni ovviamente con delle spinte più forti in relazione a nuove guerre che richiedevano anche nuovi mezzi per colpire. L’avanzamento della tecnologia ha dato anche tante diverse possibilità di utilizzo dei droni militari.
I droni militari moderni
Con la maturazione e la miniaturizzazione delle tecnologie applicabili negli anni ’80 e ’90, l’interesse per gli UAV è cresciuto all’interno delle alte sfere delle forze armate di tutti i Paesi. Negli anni ’90, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti ha dato un contratto alla AAI Corporation insieme alla società israeliana Malat. La Marina degli Stati Uniti ha acquistato l’UAV Pioneer AAI che AAI e Malat hanno sviluppato congiuntamente. Molti di questi UAV hanno visto il servizio nella Guerra del Golfo del 1991. Gli UAV hanno dimostrato la possibilità di utilizzare macchine da combattimento più economiche e più capaci, dispiegabili senza rischi per gli equipaggi. Le generazioni iniziali riguardavano principalmente velivoli di sorveglianza ma non sono mancati droni armati come il General Atomics MQ-1 Predator, utilizzato anche dall’Italia, che lanciava missili aria-terra AGM-114 Hellfire.
CAPECON, un progetto dell’Unione europea per lo sviluppo di UAV, si è svolto dal 1° maggio 2002 al 31 dicembre 2005.
Nel 2012 l’aeronautica degli Stati Uniti (USAF) impiegava 7.494 UAV, quasi un velivolo USAF su tre. La Central Intelligence Agency gestisce degli UAV. Entro il 2013 almeno 50 paesi utilizzavano i droni. Cina, Iran, Israele, Pakistan, Turchia e altri hanno progettato e costruito le proprie varietà specifiche. L’uso dei droni ha continuato ad aumentare.
Lo sviluppo di tecnologie intelligenti e il miglioramento dei sistemi di alimentazione elettrica hanno portato a un parallelo aumento dell’uso dei droni per le attività di aviazione generale e di consumo. A partire dal 2021, i droni quadricotteri esemplificano la diffusa popolarità di aerei e giocattoli radiocomandati per hobby, tuttavia l’uso dei droni nell’aviazione commerciale e generale è limitato dalla mancanza di autonomia e da nuovi ambienti normativi che richiedono linee di contatto visivo con il pilota.
Nel 2020 un drone Kargu 2 ha dato la caccia e attaccato un obiettivo umano in Libia, secondo un rapporto del gruppo di esperti sulla Libia del Consiglio di sicurezza delle Nazioni Unite, pubblicato nel marzo 2021. Questa potrebbe essere stata la prima volta che un robot killer autonomo armato ha attaccato esseri umani.
La tecnologia superiore dei droni, in particolare il Bayraktar TB2, ha avuto un ruolo nei successi dell’Azerbaigian nella guerra del Nagorno-Karabakh del 2020 contro l’Armenia.
Gli UAV sono utilizzati anche nelle missioni della NASA. La navicella spaziale Dragonfly è in fase di sviluppo e mira a raggiungere ed esaminare la luna di Saturno, Titano. Il suo obiettivo principale è arrivare in superficie, espandendo la quantità di area da ricercare precedentemente vista da Landers. Come UAV, Dragonfly consente l’esame di tipi di suolo potenzialmente diversi. Il drone dovrebbe essere lanciato nel 2027 e si stima che impiegherà altri sette anni per raggiungere il sistema saturniano.
Configurazione del drone
La differenza principale rispetto dagli aeroplani con equipaggio è la mancanza di un’area della cabina di pilotaggio e dei suoi finestrini. Tuttavia alcuni tipi sono adattati da modelli pilotati o sono progettati per modalità operative pilotate o senza pilota. La sicurezza aerea è anche un requisito meno critico per i velivoli senza pilota, consentendo al progettista una maggiore libertà di sperimentare. Questi due fattori hanno portato a una grande varietà di configurazioni di cellule e motori negli UAV.
Per il volo convenzionale, l’ala volante e il corpo dell’ala mista offrono leggerezza combinata con bassa resistenza aerodinamica e invisibilità e sono configurazioni popolari. È più probabile che i tipi più grandi che trasportano un carico utile variabile presentino una fusoliera distinta con una coda per stabilità, controllo e assetto, sebbene le configurazioni delle ali in uso varino ampiamente.
Per il volo verticale, il quadricottero senza coda richiede un sistema di controllo relativamente semplice ed è comune per gli UAV più piccoli. Tuttavia il meccanismo non si adatta bene agli aerei più grandi, che tendono a utilizzare un singolo rotore convenzionale con controllo del passo collettivo e ciclico, insieme a un rotore di coda stabilizzante.
Propulsione di un drone
I tradizionali motori a combustione interna e a reazione rimangono in uso per i droni che richiedono un lungo raggio. Tuttavia, per le missioni a corto raggio l’energia elettrica ha quasi interamente preso il sopravvento. Il record di distanza per un UAV attraverso l’Oceano Atlantico settentrionale è detenuto da un drone a benzina.
Oltre al tradizionale motore a pistoni, il motore rotativo Wankel viene utilizzato da alcuni droni. Questo tipo di motore offre un’elevata potenza per un peso inferiore, con un funzionamento più silenzioso e privo di vibrazioni.
I piccoli droni utilizzano principalmente batterie ai polimeri di litio (Li-Po), mentre alcuni veicoli più grandi hanno adottato una cella a combustibile a idrogeno. La densità energetica delle moderne batterie Li-Po è molto inferiore a quella della benzina o dell’idrogeno. Tuttavia i motori elettrici sono più economici, leggeri e silenziosi. Complesse installazioni multi-motore e multi-elica sono in fase di sviluppo con l’obiettivo di migliorare l’efficienza aerodinamica e propulsiva. Per impianti di alimentazione così complessi, i circuiti di eliminazione della batteria (BEC) possono essere utilizzati per centralizzare la distribuzione dell’alimentazione e ridurre al minimo il riscaldamento, sotto il controllo di un’unità a microcontrollore (MCU).
Sistemi di controllo dei droni
La capacità di controllo dei droni ha seguito i progressi della tecnologia informatica, iniziando con i controlli analogici e evolvendosi in microcontrollori, quindi system-on-a-chip (SOC) e computer a scheda singola (SBC).
L’hardware di sistema per piccoli UAV è spesso chiamato controller di volo (FC), scheda controller di volo (FCB) o pilota automatico. L’hardware di controllo dei sistemi UAV comuni in genere incorpora un microprocessore primario, un processore secondario o failsafe e sensori come accelerometri, giroscopi, magnetometri e barometri in un singolo modulo.
Sistemi di comunicazione dei droni
Gli UAV utilizzano una radio per il controllo e lo scambio di video e altri dati. I collegamenti radio bidirezionali a banda stretta trasportano i dati di comando e controllo (C&C) e di telemetria sullo stato dei sistemi dell’aeromobile all’operatore remoto.
Nella maggior parte delle moderne applicazioni UAV, è richiesta la trasmissione video. Quindi, invece di avere collegamenti separati per C&C, telemetria e traffico video, viene utilizzato un collegamento a banda larga per trasportare tutti i tipi di dati. Questi collegamenti a banda larga possono sfruttare le tecniche di qualità del servizio e trasportare il traffico TCP/IP che può essere instradato su Internet.
Il segnale radio dal lato operatore può essere emesso da:
- Controllo a terra: un essere umano che utilizza un trasmettitore /ricevitore radio, uno smartphone, un tablet, un computer o una stazione di controllo a terra militare (GCS) .
- Sistema di rete remoto, come collegamenti dati duplex satellitari per alcune potenze militari. Anche il video digitale a valle su reti mobili è entrato nei mercati dei consumatori, mentre è stato dimostrato e sono in fase di sperimentazione l’uplink di controllo UAV diretto sulla rete cellulare e LTE.
- Un altro velivolo, che funge da staffetta o stazione di controllo mobile: squadra militare senza pilota (MUM-T).
- Lo standard 5G ha imposto una latenza del piano utente ridotta a 1 ms durante l’utilizzo di comunicazioni ultra affidabili e a bassa latenza.
Esempi di droni militari
Elbit Hermes 450 – Israele
L’aeronautica militare israeliana, che gestisce uno squadrone di Hermes 450 dalla base aerea di Palmachim a sud di Tel Aviv, ha adattato l’Hermes 450 all’uso come UAV d’assalto, equipaggiandolo secondo quanto si sa con due missili Hellfire o, secondo varie fonti, due Rafael. Secondo rapporti israeliani, palestinesi, libanesi e indipendenti, l’UAV d’assalto israeliano ha portato attacchi nella Striscia di Gaza ed è stato utilizzato intensamente nella seconda guerra del Libano. Israele non ha negato questa capacità, ma fino ad oggi la sua politica è stata quella di non confermarla ufficialmente.
Baykar Bayraktar TB2 – Turchia
Il Bayraktar TB2 è un veicolo aereo da combattimento senza pilota (UCAV) a media altitudine e lunga durata in grado di effettuare operazioni di volo telecomandate o autonome. È prodotto dalla società turca Baykar Makina Sanayi ve Ticaret A.Ş., principalmente per le forze armate turche. Gli aerei sono monitorati e controllati da un equipaggio in una stazione di controllo a terra, compreso l’impiego di armi. Lo sviluppo dell’UAV è stato ampiamente attribuito a Selçuk Bayraktar, un ex studente laureato al MIT.
Qods Mohajer-6 – Iran
Il Mohajer-6 è un UAV ISTAR multiruolo monomotore iraniano in grado di trasportare un carico utile di sorveglianza multispettrale e/o fino a quattro munizioni a guida di precisione.
Il Mohajer-6 è stato presentato nell’aprile 2016 ed è entrato in produzione di massa nel febbraio 2018. A febbraio 2018, dieci sono stati prodotti per le forze di terra dell’IRGC, e 40 sono previsti per la marina dell’IRGC. Completa il più grande Shahed 129 gestito dalla forza aerospaziale dell’IRGC. Il drone è stato consegnato anche all’esercito iraniano.