II settore del trasporto aereo è costantemente esposto al rischio legato ad attentati terroristici.
A partire dalla tragedia di Lockerbie del 1988 in cui morirono 270 persone ed ancor più dopo l’11 Settembre, sono stati fatti passi da gigante sul versante dei controlli su persone e bagagli, come chiunque transiti spesso per gli aeroporti ben sa. Tuttavia, recenti avvenimenti quali i tentati attacchi con pacchi bomba dell’ottobre 2010 hanno mostrato come i bagagli caricati in stiva possano essere utilizzati per nascondere a bordo ordigni esplosivi: l’eventualità che dell’esplosivo, anche in quantità modeste ma comunque tali da provocare danni significativi e potenzialmente letali, possano sfuggire ai controlli non può essere esclusa a priori. Di conseguenza, si pone la necessità di introdurre sistemi complementari al controllo preventivo, in grado di offrire protezione all’aereo ed ai suoi passeggeri una volta che questo sia già in volo.
Una soluzione europea per un problema mondiale
Il progetto FLY-BAG, finanziato dall’Unione Europea nell’ambito del Settimo Programma Quadro e conclusosi a febbraio 2011, ha sviluppato, realizzato e testato un contenitore per bagagli di nuova generazione capace di resistere all’esplosione di un ordigno nascosto all’interno di un bagaglio caricato in stiva. Il design innovativo del contenitore, basato sull’utilizzo di tessili tecnici e materiali compositi funzionalizzati in modo da garantire robustezza e, allo stesso tempo, leggerezza è in grado di proteggere la struttura dell’aereo grazie alla combinazione di tre funzioni: deformazione controllata del contenitore per assorbire l’energia generata dall’esplosione; completo confinamento al proprio interno della sovrapressione prodotta dalla detonazione, possibile concausa del collasso della fusoliera; contenimento dei frammenti scagliati ad altissima velocità dall’esplosione, evitando che essi vadano ad impattare come proiettili contro la struttura della fusoliera.
FLY-BAG è un progetto dalla dimensione europea, ma dal forte coinvolgimento italiano: la società di ingegneria D’Appolonia S.p.A. è l’ideatore del sistema e coordinatore del gruppo di lavoro, formato da 8 realtà provenienti da 6 diverse nazioni fra centri di ricerca e piccole-medie imprese altamente specializzate, comprendente anche il CETMA (Centro di Progettazione, Design e Tecnologie dei Materiali) di Brindisi e la compagnia aerea Meridiana. Il ruolo attivo svolto da quest’ultima ha fatto sì che ogni fase della progettazione e sviluppo del prototipo tenesse conto dei requisiti dell’industria aeronautica, oltre che delle
performance tecniche richieste dall’applicazione anti esplosivi. Questo punto è stato tenuto in altissima considerazione per tutta la durata del progetto, per assicurare il raggiungimento degli obiettivi in termini di sicurezza dei viaggiatori e massimizzare le possibilità di diffusione commerciale del prodotto sviluppato..
Contenitori a prova di bomba
Negli anni ’90 alcuni progetti di ricerca condotti negli Stati Uniti avevano sviluppato prototipi di contenitori rinforzati (Hardened Unit Load Devices, HULD) a partire da contenitori standard di alluminio usati per il carico dei bagagli negli aerei (wide body) utilizzati nelle tratte intercontinentali. Tuttavia i prototipi prodotti non approdarono mai sul mercato, principalmente a causa del loro eccessivo costo e del peso che ne rendeva l’utilizzo antieconomico. Inoltre gli aeroplani di minori dimensioni (narrow body) spesso non utilizzano contenitori per il carico dei bagagli, che viceversa vengono caricati sfusi. Per questa categoria di aerei, che rappresenta la maggioranza delle rotte intra-europee (ne fanno parte ad esempio l’Airbus A320 ed il Boeing 737) l’impiego dei contenitori rinforzati convenzionali non è percorribile.
Le attività del progetto FLY-BAG hanno avuto avvio partendo da questa situazione di Stato dell’Arte, ma adottando un approccio radicalmente diverso rispetto alle soluzioni pensate per i contenitori rinforzati: invece di una struttura rigida, spessa e pesante, progettata per opporsi all’onda d’urto generata dall’esplosione senza deformarsi, FLY-BAG si è posto come obiettivo la ricerca di una struttura flessibile e leggera, capace di contenere la sovrapressione generata dall’esplosione mediante un meccanismo di deformazione controllata ottenuto grazie all’adozione di un multistrato a base tessile, in cui ogni strato assolve una specifica funzione (contenimento dei frammenti, assorbimento di energia cinetica per deformazione e frizione, tenuta stagna del gas di sovrapressione) accoppiato all’utilizzo di pannelli sandwich in composito. Tali pannelli sandwich, con anima in schiuma polimerica, sono posti a protezione delle aree in cui il contenitore è in diretto contatto con la fusoliera, con la duplice funzione di assorbire lo shock impulsivo tramite compressione e parziale rottura dello strato d’anima e di distribuire il carico, inizialmente concentrato localmente, sull’intera superficie del contenitore.
Può essere utile introdurre qui alcuni elementi di base legati ai fenomeni generati da una carica esplosiva. Nei millisecondi immediatamente seguenti all’esplosione si genera un forte carico impulsivo (shock holing) di elevata intensità, estremamente localizzato e di breve durata che si trasmette alle strutture poste in prossimità della carica. Contemporaneamente, i frammenti dei bagagli distrutti dall’esplosione sono proiettati ad alta velocità contro le strutture circostanti. Durante questi primi istanti si verifica l’espansione dei gas prodotti dalla detonazione che generano un’onda di pressione uniformemente distribuita che si espande sostanzialmente come una sfera. Il passaggio dell’onda di pressione attraverso l’aria, inizialmente in condizione indisturbata, ne provoca la compressione e impartisce una forte accelerazione alle particelle d’aria in una direzione radiale rispetto al punto di detonazione. Un sensore di pressione localizzato lungo il percorso dell’onda di pressione registrerebbe un’onda di pressione del tipo mostrato in Figura 2. L’arrivo dell’onda d’urto corrisponde al tempo ta ad un picco del valore di pressione (sovrapressione) che decresce esponenzialmente fino a raggiungere nuovamente il valore ambiente. Il passaggio dell’onda di pressione ha una durata di alcuni millisecondi con valori di picco di sovrapressione dell’ordine di centinaia di kPa.
Se l’esplosione avviene all’interno di un volume chiuso, com’è un contenitore, a questo effetto se ne somma un secondo dato dalle riflessioni multiple dell’onda di pressione sulle pareti del contenitore: le code di ogni picco si sommano, dando un effetto di accumulo complessivo di pressione, superiore a quella ambiente e nota come pressione quasi-statica (Quasi Static Pressure, QSP), che può durare diversi secondi. La pressione massima associata a questa seconda fase è normalmente molto minore di quella associata all’impulso iniziale, ma vista la sua lunga durata l’effetto complessivo sulla struttura è paragonabile.
Il contenitore tessile multistrato di FLY-BAG è progettato per resistere alla sovrapressione generata dai gas dell’esplosione, mentre gli elementi in composito sono dimensionati per resistere al carico impulsivo (shock holing).
Dalla parte dei passeggeri, ma anche delle linee aeree
Al contrario dei precedenti tentativi infruttuosi con gli HULD, il contenitore sviluppato all’interno del progetto FLY-BAG è relativamente leggero (un modulo pesa meno di 100 kg), non richiede investimenti consistenti, non presenta problemi di manutenzione e, soprattutto, non richiede particolari accorgimenti o modifiche delle normali procedure adottate dalle compagnie aeree per le operazioni di carico e scarico.
Il sistema FLY-BAG presenta inoltre una peculiare caratteristica che lo rende diverso dai contenitori comunemente usati in aviazione, gli Unit Load Device (ULD). Contrariamente a questi contenitori rigidi, che vengono riempiti a terra e caricati nella stiva mediante carrelli elevatori e nastri trasportatori, il contenitore FLY-BAG è pensato per rimanere all’interno della stiva, come una sorta di rivestimento interno o, con un pò di fantasia, come un grosso bagaglio contenente gli altri bagagli. In tal modo, si riducono fortemente i problemi relativi ad usura ed esposizione agli agenti atmosferici, che affliggono gli ULD e richiedono forti spese di manutenzione. Grazie alla sua struttura flessibile, quando non è in uso il contenitore FLY-BAG può essere semplicemente ripiegato e riposto in un angolo della stiva. Questa soluzione consente l’utilizzo del FLY-BAG anche su modelli narrow body, per molti dei quali l’utilizzo di ULD non è possibile o non è conveniente.
Partenza col botto
Dopo una prima intensa fase di selezione e caratterizzazione dei materiali tessili e compositi, che ha portato alla definizione dell’architettura multistrato e multimateriale del contenitore, il team di progetto ha realizzato diversi prototipi del contenitore a base tessile-composita.
Uno dei prototipi è stato impiegato in una dimostrazione del montaggio e utilizzo del contenitore, organizzata all’interno degli hangar di Meridiana presso l’Aeroporto Internazionale di Olbia a novembre 2010, con l’installazione di un prototipo all’interno di un Airbus A319 e la simulazione delle operazioni di carico e scarico bagagli, evidenziando la praticità della soluzione. Il sistema è completamente assemblato in pochi minuti ed il volume di carico non ne risente.
L’apertura e la chiusura del contenitore sono rapide e non presentano difficoltà per l’operatore. Un secondo prototipo è stato sottoposto al test finale di resistenza ad esplosione, condotto a gennaio 2011 presso Blastech, centro di ricerca britannico sugli esplosivi e le tecnologie antiterrorismo. Lo scenario sperimentale è stato predisposto per essere quanto più rappresentativo delle reali condizioni operative: attorno al prototipo è stata creata un’impalcatura in legno alla quale appendere il contenitore, analogamente a quanto avviene all’interno del vano cargo dell’aereo ed all’interno del contenitore sono stati caricati alcuni bagagli, uno dei quali contenente la carica esplosiva.
Un singolo prototipo è stato sottoposto a quattro esplosioni in successione, con quantità crescenti di esplosivo, fino a raggiungere la massima carica prefissata. Il risultato è stato pienamente soddisfacente: il prototipo ha infatti superato il test rimanendo sostanzialmente intatto, dimostrando la sua efficacia nella neutralizzazione di un quantitativo di esplosivo sufficiente a causare un danno alle strutture di un aeromobile che ne avrebbero compromesso l’integrità strutturale. Per avere un termine di paragone, il gruppo di progetto ha eseguito un test simile, con lo stesso quantitativo di esplosivo, su un contenitore in alluminio non rinforzato di comune impiego: il contenitore standard è andato in larga parte distrutto, mentre grosse porzioni di alluminio del contenitore venivano proiettate tutt’intorno ad oltre 100m al secondo.
Pronti per il decollo
Il progetto ha ottenuto una vasta risonanza a livello europeo partecipando da protagonista alle più importanti fiere europee di settore, come il JEC Composite Show di Parigi, appuntamento mondiale per il mondo dei compositi dove è arrivato tra i finalisti del JEC Award, e Techtextil, l’evento europeo di riferimento del tessile tecnico, che gli ha tributato il Techtextil Innovation Prize 2011 nella categoria “Safety and protection”. In quell’occasione il gruppo di progetto ha avuto modo di presentare uno dei prototipi a grandezza naturale alla fiera internazionale di Francoforte, sede dell’evento. Un ulteriore riconoscimento si aggiungerà ad ottobre, con l’assegnazione a FLY-BAG del premio MATERIALICA Design+Technology Award all’Esposizione di Monaco di Baviera. In ambito aeronautico, il progetto è stato incluso fra le tre più promettenti ricerche a livello europeo, presentate all’evento Aereonautic Days a Madrid, organizzato dalla Commissione Europea. Inoltre, il canale satellitare Euronews gli ha dedicato un documentario (ripreso anche da TGR Leonardo sulla RAI e visibile in dieci lingue all’indirizzo http://it.euronews.net/2011/01/25/decollano-i-tessuti-a-prova-di-bomba/).
I partner del progetto hanno depositato una richiesta di brevetto per il contenitore; attualmente stanno lavorando per ottenere la certificazione del prodotto da parte dell’Agenzia Europea per la Sicurezza Aerea; numerosi player importanti del settore aeronautico (linee aree, produttori di contenitori cargo, operatori della logistica) hanno manifestato il proprio interesse e sono in corso contatti per iniziare la produzione in serie e commercializzazione del contenitore a prova di bomba.
Compatibilmente con l’iter di certificazione, l’approdo di FLY-BAG sul mercato è previsto a partire della fine del prossimo anno.
Al di là del promettentissimo mercato nativo dell’aviazione civile, numerose opportunità collaterali si aprono per le imprese coinvolte nel progetto in settori quali il trasporto terrestre e marittimo, l’antiterrorismo, la sicurezza di edifici “sensibili”; in questo senso, FLY-BAG rappresenta un ottimo esempio di come la ricerca finanziata possa trasformarsi in un importante volano per creare nuove opportunità di business attraverso l’innovazione.
Riconoscimenti
FLY-BAG “Blastworthy textile-based luggage containers for aviation safety”, Grant Agreement 213577, è stato un progetto collaborativo co-finanziato dall’Unione Europea all’interno dell’azione AAT.2007.5.1.1. “Aerostructures” del Settimo Programma Quadro. Gli autori desiderano ringraziare la Commissione Europea per il finanziamento alla ricerca ed i partner di progetto per i preziosi contributi allo studio.
D. Zangani, S. Ambrosetti
donato.zangani@dappolonia.it – samuele.ambrosetti@dappolonia.it
www.fly-bag.net
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