Aeromobili a pilotaggio remoto, cosa sono e come son fatti

Per ottenere riprese filmate di una certa qualità, abbiamo bisogno di far “volare” anche la creatività dell’uomo quindi si devono risolvere una serie di “problemi” oltre a quelli del volo. Bisogna costruire, infatti, un sistema integrato che sia in grado di rispondere perfettamente ai comandi di un pilota e di un operatore di ripresa, che non crei difficoltà ad eseguire le richieste di un regista, che non sia di intralcio al normale svolgimento di una giornata lavorativa e, soprattutto, che sia affidabile, con una autonomia di funzionamento sufficiente e soprattutto sicuro.

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Aerigon – un drone ad alta capacità di carico progettato da Intuitive Aerial

Le origini
La storia dei velivoli a pilotaggio remoto (in inglese Remote Piloted Vehicles, RPV o conosciuti anche come UAV, Unmanned Arieal Vehicles, velivoli senza pilota oppure ARP, Aeromobile a Pilotaggio Remoto, come li chiama l’Ente Nazionale per l’Aviazione Civile) è vecchia almeno quanto quella del volo umano: da quando sono stati realizzati i primi oggetti volanti più pesanti dell’aria, si è iniziato a pensare a come controllarli a distanza e, come spesso accade nella storia dell’uomo, il loro primo impiego è stato militare.

La Bomba Volante in una foto del 1917
La Bomba Volante in una foto del 1917

Il primato nell’utilizzo di mezzi aerei controllati spetta all’esercito Austro-Ungarico che impiegò alcuni palloni aerostatici lanciati dalla nave Vulcano per colpire Venezia durante l’assedio del 1849, senza esporsi al fuoco dei cannoni della difesa.
Nel momento in cui il vento soffiava verso la città, i palloni pieni di aria calda venivano liberati; ciascun pallone trasportava una carica esplosiva e era controllato attraverso un sistema di funi; raggiunta la verticale, attraverso un lungo filo di rame collegato a batterie galvaniche incendiavano il pallone che cadeva, o per meglio dire, sarebbe dovuto cadere con il suo ordigno sui veneziani: il primo uso di veicoli remoti e di bombardamento terroristico dall’aria. I venti capricciosi delle lagune, però, riportarono sulle truppe austriache buona parte dei palloni causando quasi una tragedia.
La storia è ricca di tentativi di utilizzare velivoli senza pilota, dai primi rozzi tentativi durante la Prima Guerra Mondiale con le “bombe volanti”, fino ai nostri giorni, con lo sviluppo di sofisticatissimi apparecchi radio controllati da terra.
Coniato quasi 100 anni fa, il termine drone (fuco in italiano) trae le sue origini dal ronzio dei primi aeromobili remotati somigliante al rumore che fa il maschio dell’ape.
Dopo aver conosciuto per tanti anni un utilizzo prevalentemente di tipo militare, anche in virtù dei loro costi proibitivi per la maggior parte dei privati, i droni al giorno d’oggi vengono utilizzati per una vasta serie di utilizzi civili: prevenzione incendi, sicurezza e sorveglianza di vasti territori, e, in generale, in tutte le situazioni in cui sia necessario un aereo più agile rispetto ad un velivolo tradizionale.

Apertura

Volere Volare
A partire dalla metà degli anni 2000, infatti, sempre più società hanno sviluppato dei prodotti dalle forme e dimensioni mediamente contenute.
Sul mercato si trovano tre grandi famiglie di droni:
Struttura a eliche: si caratterizza per la presenza di una o più eliche, solitamente montate su “bracci”, che permettono al drone di comportarsi come un elicottero. Possono mantenere ferma la posizione a mezz’aria, effettuare virate repentine, volare in diagonale e, con tre o più eliche, effettuare anche rotazioni e traslazioni su tutti gli assi. Con le elettroniche disponibili oggi, possono compensare anche alcune non linearità (vento, disturbi esterni)
Struttura planare: più simili agli aeroplani che agli elicotteri, questi velivoli non sono dotati di eliche, bensì di grandi ali. Servono soprattutto per le medie distanze, perché possono sfruttare correnti e flussi d’aria.
Ibridi: sistemi non solo pensati per volare, ma anche per muoversi sul terreno grazie alla presenza di due o quattro ruote motrici, oppure effettuare decolli verticali.
Interessante notare, inoltre, come i prodotti a uso civile prendano spesso in prestito caratteristiche dal mondo degli insetti, dal loro scheletro al funzionamento delle eliche, per essere leggeri e sfruttare al meglio la portanza dell’aria.
Inoltre si stanno sempre più diffondendo utilizzi amatoriali e professionali legati a tematiche di intrattenimento: riprese televisive suggestive, immagini dall’alto per il controllo di terreni privati, riprese per matrimoni.
Questi strani e sofisticati sistemi fanno parte di quell’universo variegato di “supporti per testate remotate” e nello specifico servono a far letteralmente volare una macchina da presa, che sia una leggera reflex o una ben più pesante Red Epic accessoriata e con ottica importante.
Innanzi tutto vorrei fare una prima scrematura: in questa digressione parleremo solamente di macchine professionali per la ripresa aerea e cioè di quei sistemi studiati per avere un’ottima stabilità unita ad una sicurezza in volo esemplare.
Di queste eliminiamo tutte quelle macchine simili ad un aereo in miniatura, (struttura planare) utili a riprese esclusivamente d’effetto, quelle ibride, che non vengono usate per riprese professionali e toccheremo “solamente” la categoria dei copter e cioè aeromobili con rotori che hanno funzione portante, oltre quella di movimento (struttura ad eliche).

Aeronavics Skyjib 8
Aeronavics Skyjib 8

Cosa serve
Un sistema completo, di qualsiasi dimensione esso sia, solitamente è equipaggiato e configurato con:

A bordo
Centralina di bordo evoluta con sensori giroscopici e localizzatore GPS.
Testata remotata due o tre assi (detto Camera Mount – Gimbal) dove posizionare una reflex, una telecamera o una cinepresa, meglio se autostabilizzante.
Sistema di trasmissione video con monitor su radiocomando per visualizzare le immagini riprese direttamente dal Drone con telemetria in sovrimpressione.
Sistema di trasmissione video di alta qualità su monitor separato per tutte le azioni dell’operatore di ripresa e per la visualizzazione del regista.
Perfetto bilanciamento del telaio con alloggiamento degli accessori a taratura micrometrica (in realtà alcuni sistemi permettono il bilanciamento automatico con sistemi in retroazione).
Programmazione centralina di volo ed altri controller ad hoc.
Sistema vibroassorbente per ottenere immagini in quota nitide e perfettamente stabilizzate.
Autonomia 15/25 minuti a sessione.
Sistema di paracadute automatico o semi automatico in caso di perdita di controllo (il sistema a 3 o più rotori è in grado di atterrare in sicurezza anche con solo due eliche funzionanti).

Ground Station (a terra)
Radiocomando per il pilotaggio.
Radiocomando per la testata giroscopica e la macchina da presa (controllo diaframmi, zoom, registrazione, ecc)

La Ground Station complessa di DBW. Si notano le antenne del sistema VISLINK. A terra, il drone MD Black Armored per le riprese cinematografiche (Intuitive Aerials - Aerigon).
La Ground Station complessa di DBW. Si notano le antenne del sistema VISLINK. A terra, il drone MD Black Armored per le riprese cinematografiche (Intuitive Aerials – Aerigon).

Il materiale del telaio varia in base al rapporto peso, motorizzazione e capacità di carico e, per ottenere un migliore rapporto peso/rigidità, vengono utilizzati alluminio aeronautico, fibra di vetro o carbonio. Anche le dimensioni variano molto, possono essere da trenta centimetri di diametro fino a un metro, un metro e mezzo.
L’ENAC, nel nuovo regolamento dedicato, li divide in due macro categorie in base alla massa: inferiore a 25 kg (quando utilizzati in operazioni di volo non critiche, la responsabilità è lasciata all’operatore che valuta la criticità e l’idoneità del sistema; le operazioni critiche, invece, sono autorizzate dall’ENAC, sulla base di accertamenti, che tengono conto della complessità del sistema e della criticità degli scenari operativi; le operazioni di volo non critiche sono tipicamente quelle condotte in uno scenario operativo nel quale, in caso di malfunzionamenti, non si prevedono ragionevolmente danni a terzi, mentre il sorvolo di aree congestionate o di infrastrutture industriali costituiscono operazioni critiche) e uguale o maggiore a 25 kg (considerati degli aeromobili a tutti gli effetti, è sempre prevista una certificazione del mezzo aereo ed una autorizzazione all’operatore aereo, indipendentemente dalla criticità delle operazioni di volo e quindi si mantiene la stessa tipologia di regolamentazione in uso per gli aeromobili tradizionali, certificazioni di aeronavigabilità e autorizzazione all’impiego).
È molto importante trovare la motorizzazione ideale per la tipologia del carico e del telaio; non è infatti detto che un motore “potente” possa andar meglio di un altro meno efficiente per un dato peso e per dimensioni in ordine di volo del drone.
Stesso discorso vale per la scelta di eliche ed ogni altro apparato che su carta magari possono apparire superiori rispetto ad un altro prodotto ma che in realtà poi si rivelano inadeguati per una precisa configurazione.
Problematiche e varianti sono all’ordine del giorno: vibrazioni, scarsa capacità in condizioni di vento, pericoli vari, difficoltà di autolivellamento (hovering) e tante altre problematiche, sia dal lato dell’elettronica che della meccanica.
Anche per la parte del pilotaggio remoto i problemi da risolvere sono numerosi e molto complessi. La centralina di pilotaggio deve avere una bussola digitale, un sistema di localizzazione GPS o altri sistemi di localizzazione indoor, la capacità di livellarsi col suolo, deve poter esser comandata in maniere facile ed intuitiva, ancora meglio se il tragitto è programmabile. Per queste ragioni, nella maggior parte dei casi, sono centraline logiche costruite ad hoc, e programmate secondo specifiche decise per il singolo caso. Poi ci sono i controlli della testata remotata, dello zoom, dell’apertura dei diaframmi, insomma, un sistema veramente complesso che descriverlo con dovizia di particolari sarebbe alquanto complicato.
Limitiamoci alla descrizione dell’operatività durante una ripresa video con un sistema manuale (possono essere anche automatizzati con traiettoria calcolata).

Un quadcopter economico per misure in quota
Un quadcopter economico per misure in quota

Esempio d’uso
In prima istanza va deciso il tipo di macchina da presa da far volare ed in base al peso di questa, si deciderà il modello di drone più adatto.
Facciamo un esempio con una macchina da presa cinematografica moderna tipo la Sony PMW-F55 dal peso di circa sei kg (con ottica e accessori); ci vuole un drone capace di volare in sicurezza con tutta quella zavorra.
Scegliamo il MD Black Armored di DBW MovieDrone, un grande drone capace di trasportare in volo una zavorra di 9 kg, possiede una testata stabilizzante direct-drive estremamente sofisticata, in grado di comandare agevolmente una simile macchina da presa.
La trasmissione delle immagini a terra è affidata ad un sistema VISLINK che lavora in alta definizione e possiamo far vedere al regista ed all’eventuale direttore della fotografia le immagini riprese su uno o più monitor portatili.
Preparato il set, scelto il tipo di inquadratura ed il movimento che il drone dovrà fare, bisogna valutare tutte le variabili che possano influenzare l’elettronica di volo e compromettere la sicurezza del drone fino a perderne il controllo (prima di ogni sessione di volo, si deve effettuare una verifica delle variazioni del campo magnetico e delle tempeste solari).
A questo punto il pilota può finalmente far decollare il drone.
Tutti i parametri “vitali” del volo sono tenuti sotto sorveglianza anche da un co-pilota, mediante l’utilizzo di un apposito software di telemetria installato su pc e collegato via wireless al drone (il co-pilota può intervenire da un radiocomando secondario e assumere il controllo del velivolo, come estrema misura di sicurezza in caso di difficoltà).
Una volta raggiunto il punto scelto dal regista, l’operatore di ripresa, tramite un altro radiocomando, può impegnarsi nei movimenti della cinepresa.
Solo per far volare uno di questi “giocattoli” ci vogliono due piloti ed un operatore!

Costi
I droni sono dunque uno strumento di lavoro, richiedono un attenta progettazione in base all’utilizzo che se ne vuol fare, un team di tecnici esperti per farli funzionare al meglio e, non ultimo, un ingente investimento economico.
Si possono spendere dai 500 Euro fino a 40000 e anche di più, se si uniscono al drone altri apparati sofisticati come i trasmettitori video HD.
Un drone può essere bello o brutto da vedere, in alluminio, carbonio, fibra di vetro, colorato, sobrio, anonimo o quant’altro, ma l’importante è che sia “giusto” per il lavoro che deve fare. Se poi si ricerca un prodotto hobbistico, per giocare, assemblato solo per divertimento, tutto questo allora non serve, così come non serve avere immagini perfettamente stabilizzate.
Proprio perché sono strumenti di lavoro e anche perché, negli ultimi tempi, sono aumentati gli “hobbisti”, l’Ente Nazionale per l’Aviazione Civile ha varato il primo insieme di norme che prova a mettere ordine nel mondo degli aeromobili a pilotaggio remoto, che nei prossimi anni rivoluzioneranno le nostre vite.
Il Consiglio di Amministrazione dell’ENAC (Ente Nazionale per l’Aviazione Civile) nella seduta del 16 dicembre 2013, ha deliberato il Regolamento sui Mezzi Aerei a Pilotaggio Remoto (APR).
Data la novità della materia e alla luce dell’assenza di un quadro normativo di riferimento, l’Enac ha elaborato un Regolamento che, in attuazione dall’articolo 743 del Codice della Navigazione, fornisce i requisiti per assicurare l’impiego di questi mezzi in condizioni di sicurezza. L’Enac è una delle prime autorità a pubblicare una regolamentazione del settore, non esiste ancora, infatti, uno standard di riferimento europeo, che è tuttora in fase di studio, sia a livello comunitario, sia dell’ICAO (International Civil Aviation Organization).
Il Regolamento, che verrà seguito a breve da una Circolare applicativa, entrerà in vigore dopo 60 giorni dalla sua pubblicazione sul sito dell’ENAC.
Il 30 aprile è entrato in vigore anche l’obbligo di assicurazione per tutti quei sistemi che rientrano nella categoria dei SAPR.
Un obbligo ritenuto da tutti necessario e doveroso per tutelarsi da eventuali danni causati dai velivoli senza pilota, ma che ha trovato spiazzato il mercato nazionale delle assicurazioni, che deve inventarsi ex novo delle coperture ad hoc.
Insomma, un settore nuovo, in fermento, con enormi potenzialità e con un indotto da non sottovalutare.

[su_box title=”L’operatore virtuale”] I sistemi di tracking sono più evoluti che mai e riconoscere una figura umana o un volto è quantomai semplice (quasi tutti gli smartphone lo fanno), alcuni produttori già usano dispositivi di tracking a sensori (l’atleta/attore deve indossare un dispositivo a sua volta).
I sistemi di pianificazione automatica della traiettoria (chiamiamoli autopiloti) sono sistemi complessi ancora non ben interpretati da tutti gli sviluppatori (i sistemi di ottimizzazione non lineare sono ancora più vicini al mondo accademico o amatoriale evoluto). Nonostante ciò, si sta facendo molto per avvicinare queste tecnologie ai professionisti, permettendo di creare postazioni aeree con inquadrature programmate, oppure integrando questi sistemi con dei sistemi ad inseguimento che accompagnino l’attore o l’atleta, il giornalista o l’attore. Non solo video, anche i sistemi di illuminazione cominciano a guardare con interesse i velivoli ad elica. “Appendere le luci” è un termine ormai obsoleto.[/su_box]

Articolo presente in Backstage – 2/2014. Testo di Federico RicciL’operatore Virtuale di Lorenzo Ortolani

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