Progettazione morale

10 marzo 2022

Di Roberto Garavaglia

Il moderno vivere si caratterizza dall’impiego in quantità sempre crescente di beni e servizi, a loro volta caratterizzati da contenuti tecnologici sempre più sofisticati e complessi. Ci aspettiamo, in maniera più o meno conscia, che queste tecnologie soddisfino le nostre attese svolgendo il loro compito secondo le nostre necessità, che siano affidabili nel tempo, che i loro costi siano quelli attesi e che siano sicure da usare. È un continuo affidarsi a cose o servizi che altri hanno progettato, costruito e manutenuto, fino al momento in cui ne diventiamo fruitori. Si tratta per di più di un affidarsi a un sistema complesso e strutturato che in ultima analisi si fonda sulla bontà e qualità del lavoro compiuto da molte altre organizzazioni e persone, a noi sconosciute e sempre più spesso di paesi e culture lontani.

Sicurezza in aeronautica 
L’industria aeronautica è un settore in cui il tema del rapporto di fiducia tra chi progetta una macchina e chi ne fruisce è particolarmente delicato, come solo in pochissimi altri ambiti. Aeroplani ed elicotteri volano grazie alla sostentazione aerodinamica che, come suggerisce la parola, implica un continuo movimento del mezzo rispetto all’aria per vincere la gravità: nel caso di un aeroplano di un motore che fornisce l’energia per permettere il movimento relativo tra le ali e l’aria e il sostentamento che ne deriva. Su un elicottero, il movimento del rotore, grazie al sistema propulsivo installato, assicura allo stesso tempo il sostentamento e la capacità di muoversi nell’aria. A differenza di un’automobile, un aereo e un elicottero non possono accostare e fermarsi su un lato della strada in caso di panne. A complicare le cose si aggiunge il fatto che il movimento che permette di sostentarsi richiede energia, tanto maggiore quanto più è elevato il peso del mezzo. 
Ne risulta un primo fondamentale requisito: la leggerezza del mezzo, in particolare della sua struttura, come sa bene ogni progettista aeronautico che deve far coesistere leggerezza e sicurezza. Occorre quindi che la struttura del mezzo sia costituita solo del materiale che serve. Nell’industria aeronautica il risparmio di un solo chilogrammo di peso a vuoto si traduce in economie di cui beneficerà il velivolo in tutto il suo ciclo di vita. I coefficienti di sicurezza, ovvero i fattori con i quali vengono moltiplicati i valori delle forze che si prevede potranno insistere su ogni parte del mezzo per dimensionarne le varie componenti, sono su un aeromobile limitati rispetto a quelli dei mezzi terrestri: tipicamente solo 1,5, a meno di ulteriori coefficienti di sicurezza in parti specifiche. Di qui la ricerca, tipica dell’industria aeronautica, di materiali leggeri e resistenti allo stesso tempo che hanno portato all’estesa adozione negli ultimi decenni di sofisticati e costosi materiali compositi. La leggerezza è condizione necessaria perché un mezzo aereo sia efficiente, ovvero che svolga il suo compito di trasportare persone o cose su una certa tratta, e sia efficace, con i più bassi consumi possibili ed economicamente sostenibile per chi opererà tale mezzo, in un contesto industriale e operativo altamente competitivo.
Nel definire le caratteristiche di sicurezza di un nuovo mezzo aereo, soprattutto in campo civile, i progettisti devono conformarsi a un esteso e articolato insieme di regolamenti, tra cui in particolare assicurarsi che un’avaria definita come catastrofica abbia probabilità di verificarsi solo in un caso su un miliardo nelle varie fasi di volo. Tali norme sono state essenzialmente sviluppate nell’Unione europea (EASA) e negli Stati Uniti (FAA) e adottate in tutto il mondo e si applicano alla costruzione, alle operazioni e alla manutenzione dei moderni aeroplani ed elicotteri nonché all’addestramento degli equipaggi. Per questo vengono ormai estesamente utilizzati sofisticati simulatori che replicano con fedeltà le caratteristiche di volo e permettono di simulare le avarie in condizioni di totale sicurezza. Le varie regole definite dalle norme sono il frutto sia dell’evoluzione della conoscenza tecnologica ma riassumono anche l’esperienza che l’industria aeronautica ha accumulato negli anni, a seguito di incidenti che ne hanno caratterizzato, spesso tragicamente, soprattutto i primi tempi dell’evoluzione.
Le norme impongono severi criteri per la costruzione dei mezzi aerei ma anche, visti i ridotti valori dei coefficienti di sicurezza costruttiva, altrettanto severi controlli manutentivi che gli operatori devono effettuare durante tutta la vita operativa del mezzo. Questo per assicurarsi che durante tale vita operativa, nei più disparati ambienti e nelle più diverse condizioni di volo alle quali ogni singolo mezzo è esposto, le condizioni previste dal progetto siano mantenute e in particolare le caratteristiche di resistenza strutturale non si degradino. La separazione dei ruoli tra chi progetta e costruisce (le aziende costruttrici) e chi ne verifica l’operato (gli enti di certificazione aeronautica) sono un elemento chiave della fondatezza della fiducia che gli utenti possono riporre nella sicurezza del mezzo su cui volano. Sono gli enti certificatori nazionali che, con l’omologazione dei mezzi e delle loro operazioni, ne garantiscono la sicurezza per tutta la vita operativa.

(Copertina) Factory Memories, Daniele Dainelli, 2016, Tianshui, Cina. (Sopra) Disegno di assieme della trasmissione principale dell’A109, carta da lucido e china, 1972, Archivio della Direzione Tecnica della Divisione Elicotteri di Leonardo, Cascina Costa

Un’evoluzione rapida dei mezzi: aeroplani ed elicotteri 
Nata all’inizio del XX secolo con il primo volo a motore dei fratelli Wright (1903), l’aeronautica fu caratterizzata all’inizio dalle iniziative di forti personalità che intuivano le enormi potenzialità del mezzo aereo. Spesso si trattava di progettisti, piloti e imprenditori allo stesso tempo. Qualche maligno ha insinuato che tale combinazione di ruoli determinò di fatto una selezione darwiniana che fece emergere e continuare solo i migliori progettisti, molti dei quali ancora nel novero dei grandi costruttori di oggi quali per esempio Boeing, Douglas, Lockheed, Northrop, De Havilland, Caproni, Macchi, Dassault nel campo dell’ala fissa e Bell, Sikorsky, Agusta per l’ala rotante, il cui sviluppo cominciò sul finire degli anni Quaranta del secolo scorso. Il ritardo dell’evoluzione dell’elicottero rispetto all’aeroplano è dovuto al fatto che l’elicottero è una macchina più complessa rispetto all’aeroplano. Su quest’ultimo, l’unica parte che deve essere sempre in movimento è il motore, visto che la sostentazione è assicurata dalle ali. Sull’elicottero, il motore agisce attraverso il rotore per assicurare sostentazione e traslazione della macchina. La trasmissione è il delicatissimo organo che assicura la trasformazione della potenza erogata dai motori in potenza utilizzabile dal rotore. Sui moderni elicotteri questo significa trasmettere al rotore, che ruota a 3/400 giri al minuto, potenze molto elevate generate da turbine, i cui alberi ruotano a circa 6000 giri al minuto. Il rotore deve sempre girare e la trasmissione è il vero e proprio cuore meccanico dell’elicottero, come anche la forma di “carter” a campana che ne caratterizza le forme esterne sembra indicare. Come il cuore di ogni essere vivente, la trasmissione non può mai fermarsi e, anzi, deve poter operare per circa un’ora anche in caso di perdita dell’olio lubrificante che serve ad assorbire l’elevato calore che si sviluppa tra gli ingranaggi che la compongono. Nel caso della trasmissione è fondamentale assicurare la massima sicurezza a pesi e ingombri accettabili. Il design della trasmissione, del carter che la contiene, degli ingranaggi e dei sistemi di raffreddamento è una tecnologia, quasi un’arte, che si apprende a seguito di lunghi sviluppi, perfezionamenti dell’architettura, scelta dei giusti materiali. Leonardo Elicotteri vanta in questo processo un’esperienza e una capacità tecnologiche che ne fanno un leader riconosciuto a livello internazionale.

La crescita dell’industria e la cultura della sicurezza 
La rapida evoluzione dei mezzi volanti e delle varie tecnologie abilitanti hanno portato alla progressiva scomparsa del progettista unico di tutto l’aeromobile passando a team guidati da ingegneri capo progetto, che impostano il progetto di un nuovo mezzo volante e ne coordinano la realizzazione attraverso équipe di specialisti e con il fondamentale supporto dei piloti ed equipaggi sperimentatori per le estese fasi di prova in volo prima dell’omologazione. In aggiunta, l’industria aeronautica si è sviluppata in una filiera, sempre più su scala mondiale, di fornitori specialisti nelle tecnologie critiche, compresi i motori, che tutte devono obbedire ai dettami di qualità e sicurezza posti dal costruttore/integratore dell’aeromobile stesso.
Se per i primissimi pionieri il problema della fiducia, soprattutto per ciò che riguardava la sicurezza del mezzo, era essenzialmente un fidarsi delle proprie capacità e conoscenze tecniche, l’evoluzione dell’industria aeronautica e la specializzazione dei team di progetto nelle rispettive discipline tecnologiche ha necessariamente portato all’istituzione di una cultura aziendale, presso i rispettivi costruttori, della sicurezza. Una cultura fatta senz’altro di manuali tecnici, i ricettari della progettazione, ma anche e soprattutto di un condiviso processo di approccio alla progettazione, e di un sottostante approccio etico, che permette a ogni singolo membro di un team di ben pesare le priorità che un buon progetto deve rispettare.
Come scrisse Joe Sutter, capo progettista del famoso Boeing 747 da trasporto passeggeri, «la totale dedizione alla sicurezza ha sempre posto Boeing al di sopra dei suoi concorrenti. Ognuno di coloro che lavoravano per me sul programma 747 concepì l’aereo con il maggior grado di sicurezza possibile: nessuno si sarebbe mai sognato di prendere una decisione che compromettesse la sicurezza» (J. Sutter, 747, Smithsonian Books, 2006). La cultura di un’azienda o di un gruppo vive delle scelte che i singoli individui compiono e se è un principio accettato che da un punto di vista della sicurezza si può solo progredire, la difesa di una cultura che mantenga fissa l’attenzione su alcuni valori fondamentali è uno sforzo continuo.
«Tre sono le caratteristiche che distinguono l’industria aeronautica da altri settori: grandi rischi, grandi costi, grandi personalità» (G. Agnelli, prefazione a Una vita per l’aviazione, G. Gabrielli, Bompiani, 1982). Le aziende che investono in un nuovo progetto devono anch’esse fidarsi del fatto che i copiosissimi capitali impiegati – da alcune centinaia di milioni a decine di miliardi di euro in moneta corrente a seconda della complessità del prodotto – si traducano in un mezzo competitivo che sia in grado di generare dei ritorni adeguati, in tempi che si contano in non meno di due o tre decenni. Questo delicato equilibrio di fiducia e di definizione delle priorità, che pone la sicurezza del mezzo al centro delle continue scelte che un’azienda aeronautica deve compiere per sviluppare comunque prodotti di successo in condizioni economico-finanziarie sostenibili, non è acquisito per sempre, ma è il frutto della cultura che ispira le continue decisioni che caratterizzano lo sviluppo di un prodotto. Si è osservato come in alcune aziende un decadimento della cultura della sicurezza a vantaggio di obiettivi di competizione ed economici a breve termine abbia portato a una regressione della cultura della sicurezza: le mancate messe a punto di alcuni velivoli in fase di certificazione, o la non corretta applicazione di pratiche manutentive hanno anche portato a tragici incidenti. Tali errori portano a gravissimi danni in termini di reputazione e, in casi estremi, addirittura alla messa in discussione della stessa sopravvivenza dell’azienda. L’industria aeronautica è alimentata da due mercati e impieghi fondamentali, quello militare e quello civile. Pur molto diversi nelle loro applicazioni, sono spesso caratterizzati da una grande prossimità di alcune tecnologie di base. In campo militare, il mezzo aereo è un fondamentale strumento per compiere missioni operative considerate di fondamentale importanza strategica per un paese. Le forze aeree sono tuttora uno degli strumenti principe sui quali i maggiori paesi, inclusa l’Italia, affidano le proprie capacità di difesa. Per quanto riguarda l’aeronautica civile è un fatto provato che il mezzo aereo sia ormai tra i più sicuri per viaggiare: le linee aeree mondiali hanno trasportato circa quattro miliardi di passeggeri nel 2019, un abitante su due del nostro pianeta, a costi talmente ridotti da permettere, soprattutto da quando una ventina di anni fa sono sorte le compagnie low cost, un accesso generalizzato al volo come mezzo di trasporto ordinario in tutti i continenti, mentre nel caso degli elicotteri il loro utilizzo in operazioni di soccorso si è ormai diffuso in tutto il mondo. Ciò in un contesto che deve dimostrare la propria sostenibilità economica.

Assolo, Matteo Negri, 2013, acciaio laccato

Verso il futuro 
Guardando al futuro, il tema della fiducia rimarrà ancora più centrale nell’industria aeronautica e sarà fondamentale preservare una forte cultura della sicurezza senza compromessi, da gestire con le parallele sfide della competitività e della sostenibilità economica di ogni iniziativa. Già da alcuni decenni, i più sofisticati aeroplani ed elicotteri sono equipaggiati di sistemi di volo automatici in grado di volare a condizioni estreme ma che richiedono letteralmente una “fiducia cieca” a chi si affida a loro. Si citano come esempio i sistemi di atterraggio automatici che consentono a un aeroplano di posarsi in tutta sicurezza su una pista anche quando la nebbia rende la visibilità nulla o quasi – e che contribuiscono a far sì che l’aviazione civile possa avere la regolarità che oggi la contraddistingue – o i sistemi di volo automatico che permettono al Soccorso aereo svizzero (REGA) di operare in condizioni anche di assenza di visibilità a bassa quota nelle strette valli svizzere per portare a termine i voli sanitari con i loro Agusta AW109 Da Vinci e, in un futuro molto vicino, agli AW169 di prossima consegna. Tutto questo comporta, e comporterà sempre di più, l’utilizzo di sistemi automatici nella gestione del volo e di un’interfaccia uomo-macchina avanzata, resa possibile dall’introduzione, ormai da alcuni decenni, di strumentazione digitale nel posto di pilotaggio. La messa a punto di questi sistemi ha richiesto molti anni e non è stata senza problemi, ma procede in modo inesorabile. In campo civile si è visto che il progressivo ingresso di aeroplani dotati di sofisticati mezzi di controllo e gestione automatica del volo ha permesso di elevare ulteriormente la sicurezza del volo stesso. Il loro funzionamento è reso possibile da milioni di linee di software che ormai sono parte integrante dell’intelligenza dei moderni velivoli ed elicotteri.
Naturalmente, come nel caso dei sistemi meccanici, anche quelli elettronici non possono dar luogo ad avarie catastrofiche e la messa a punto e validazione del loro funzionamento richiede risorse, tempi ed estese prove. I rarissimi incidenti che ancora accadono si rivelano spesso essere casi unici, non prevedibili in fase di progettazione dei sistemi di volo, e comunque combinazione unica di molti fattori indipendenti che si verificano contemporaneamente. L’industria continuerà a imparare da questi incidenti sempre più rari, puntando comunque all’obiettivo, seppur asintotico, di zero incidenti.

No casting (untitled), Loris Cecchini, 1998, C-print, silicone, plexiglas

Le frontiere dell’autonomia
L’automazione spinta e l’autonomia tout court del volo, ovvero la capacità di un mezzo di decidere autonomamente rotte o traiettorie, per esempio per evitare ostacoli imprevisti, saranno un tema centrale nello sviluppo dei futuri mezzi aerei; lo spostamento del confine tra controllo umano e automatico del volo sarà progressivo e richiederà una minuziosa valutazione di tutte le sue implicazioni. Per ora, il volo completamente autonomo è circoscritto a mezzi per operazioni militari – i cosiddetti “droni” – e a limitate applicazioni su mezzi leggeri in ambito civile. Esistono già le tecnologie per ridurre gli equipaggi da due a un solo pilota su aerei ed elicotteri da trasporto passeggeri: in un futuro prossimo la figura stessa del pilota potrebbe diventare quella di un gestore di missione fino a sparire del tutto in alcuni casi. 
I progressi iniziali della propulsione elettrica e il notevole sviluppo osservato ultimamente di progetti volti ad avviare la cosiddetta “Urban Air Mobility”, finora ancora allo stadio di prototipi, puntano a una rivoluzione ecologicamente sostenibile della mobilità urbana. Oltre però ai prevedibili temi di maturazione tecnologica, ancora a uno stato iniziale, e di sviluppo di adeguate norme operative e infrastrutture, il tema centrale sarà, a detta di molti, ancora una volta legato alla fiducia, ovvero l’accettazione da parte del pubblico di utenti e, visto l’ambito di impiego urbano, dei terzi sorvolati di questi nuovi mezzi volanti. Per essere sicuri dovranno affidarsi a un utilizzo ancora più pervasivo dei sistemi autonomi, fino ad arrivare, a termine, all’impiego dell’intelligenza artificiale per la gestione del volo nel complesso ambiente operativo urbano. Siamo solo all’inizio di un’avventura tecnologica che, probabilmente, richiederà alcuni decenni per una vera maturazione e divenire veramente fruibile in modo generalizzato, assicurando le imprescindibili condizioni di massima sicurezza possibile.