Le Carte di Navigazione

1. Introduzione

Le carte sono strumenti indispensabili per qualunque tipo di navigazione aerea: e infatti grazie alle carte che il pilota puo pianificare e tracciare il percorso da seguire prima del volo e successivamente puo riconoscere e verificare la sua posizione relativamente al terreno mentre il volo procede.

Le operazioni di carteggio

Le operazioni di carteggio che un pilota deve poter e saper eseguire su una carta aeronautica sono le seguenti:

Dato un punto, trovarne le coordinate geografiche
Date le coordinate geografiche di un punto, localizzarlo sulla carta
Dati due punti, misurarne la distanza
Una volta uniti con la linea di rotta il punto di partenza e il punto di arrivo di un volo, misurare l'angolo di rotta, cioe l'angolo che la rotta forma con la direzione del nord

Una carta aeronautica deve pertanto possedere tutti gli elementi necessari per fare le suddette operazioni e, se destinata al volo a vista, deve rappresentare la superficie della Terra con gli elementi topografici di rilievo, sia naturali sia artificiali, quali fiumi, laghi, coste, monti, citta, strade, ferrovie, aeroporti, eccetera.

2. Generalita costruttive

Le carte geografiche sono rappresentazioni di una porzione della superficie sferica terrestre riprodotte in scala ridotta su una superficie piana, ottenute trasferendovi i meridiani e i paralleli della sfera di proiezione: cioe una specie di mappamondo il cui diametro sta al diametro terrestre secondo il rapporto chiamato scala.

Scala = Lunghezza sulla carta / Lunghezza sulla superficie terrestre

Problema principale: La trasposizione in piano di una superficie sferica non puo essere eseguita senza strappi o deformazioni. Per rendersi conto delle difficolta insite nell'operazione, si provi ad aprire e a stendere su un tavolo una palla da tennis o la scorza di un'arancia.

Nella costruzione delle carte geografiche, le inevitabili distorsioni danno percio luogo a rappresentazioni falsate della forma, delle dimensioni e delle caratteristiche della superficie terrestre. Il problema di creare un determinato tipo di proiezione sta nel trovare il metodo che consente di trasferire in piano i meridiani e i paralleli della sfera in modo che la carta conservi quanto piu possibile le caratteristiche desiderate.

Metodi di proiezione

Metodo	Descrizione
Metodo geometrico	Proietta il reticolo geografico della sfera da un determinato punto, direttamente su una superficie piana, conica o cilindrica
Metodo matematico	Derivato analiticamente per conferire alla carta determinate caratteristiche non ottenibili con il metodo geometrico

Le carte aeronautiche, dovendo necessariamente possedere almeno una delle caratteristiche descritte di seguito, sono in genere proiezioni ottenute con il metodo matematico.

Figura 6.20 - Le proiezioni del "mappamondo" da cui si ottiene ogni tipo di carta geografica, tra cui quelle di navigazione

2.1 - Le caratteristiche delle carte

Le caratteristiche desiderabili di una carta di navigazione aerea sono le seguenti:

L'isogonismo: la proprieta di conservare inalterati gli angoli. Una carta isogona e contemporaneamente anche conforme, in quanto il rispetto degli angoli mantiene inalterate anche le forme degli elementi rappresentati.

L'equidistanza: la proprieta di conservare inalterate le distanze secondo il rapporto della scala.

La rettifica dei percorsi: la proprieta di rappresentare le ortodromie o le lossodromie con linee rette.

Importante: Poiche sia durante la pianificazione del volo sia durante la navigazione le direzioni vengono stabilite e mantenute grazie a misure angolari, le carte nautiche devono essere isogone. Il soddisfacimento di questa proprieta obbliga il cartografo a modificare le proiezioni in modo da sacrificare l'equidistanza e la rettifica di almeno uno dei due percorsi ortodromico e lossodromico.

Per soddisfare l'isogonismo le proiezioni sacrificano anche l'equivalenza, cioe la caratteristica di mantenere inalterate le aree. Ai fini della navigazione il sacrificio dell'equivalenza non costituisce comunque una limitazione significativa.

2.2 - La classificazione delle proiezioni

Le proiezioni sono classificate in base:

Al tipo di superficie sulla quale viene trasferito il reticolo della sfera di proiezione
All'ubicazione del punto di proiezione
Alla posizione della superficie rispetto alla sfera di proiezione

Tipi di carte per superficie di proiezione

Superficie	Tipo di carta
Superficie piana	Prospettiche
Cilindro	Per sviluppo cilindrico
Cono	Per sviluppo conico

Tipi di carte prospettiche per punto di vista

Punto di vista	Tipo di carta
Al centro della sfera	Gnomoniche o centrografiche
Sulla superficie della sfera (distanza di un diametro)	Stereografiche
All'infinito	Ortografiche

Denominazioni per posizione del piano

Piano tangente a	Denominazione
Un polo	Polari
Equatore	Equatoriali
Latitudini intermedie	Meridiane o zenitali

Il solido di proiezione puo essere tangente o secante la sfera lungo paralleli detti standard o di tangenza/secanza. La proiezione sulla carta dei paralleli di secanza o di tangenza forma linee dette isomecoiche, lungo le quali la carta conserva intatte le caratteristiche della sfera.

L'asse del solido di proiezione puo essere coincidente, ortogonale od obliquo rispetto all'asse della sfera, e dar luogo a proiezioni rispettivamente dirette (o rette), trasverse od oblique.

Figura 6.21 - I solidi di proiezione possono essere tangenti o secanti, e le proiezioni dirette, oblique o trasverse

Figura 6.22 - I diversi punti di proiezione delle carte prospettiche (Ortografica, Stereografica, Gnomonica)

3.4 - Le carte per sviluppo cilindrico (Mercatore)

L'unica proiezione cilindrica usata per la navigazione e la Mercatore, cui e stato dato il nome del cartografo e navigatore olandese Gherard Kramer detto Mercatore, che per primo la realizzo nel 1569.

La proiezione e ottenuta ponendo il punto di vista al centro della sfera e proiettandone il reticolo geografico su un cilindro a essa tangente all'equatore. I meridiani risultano rappresentati con linee rette parallele equidistanti, e i paralleli con cerchi di diametro uguale la cui distanza reciproca aumenta all'aumentare della latitudine.

Limitazioni:

Le porzioni della superficie terrestre vicine ai poli non possono essere rappresentate
I poli non possono essere rappresentati in alcun modo (la loro proiezione incontra il cilindro a distanza infinita)
L'uso e ideale per le basse latitudini (entro i Tropici)
Sconsigliabile oltre le latitudini di 70°
Impossibile oltre le latitudini di 80°

Caratteristica fondamentale: Dato che i meridiani sono linee rette parallele, qualunque linea retta tracciata sulla carta li taglia con angolo costante ed e percio una lossodromia. La carta di Mercatore e l'unica proiezione mai realizzata che sia isogona e che allo stesso tempo rettifichi le lossodromie.

Figura 6.23 - Una proiezione cilindrica diretta e una carta di Mercatore ottenuta dal suo sviluppo in piano

Scala delle latitudini crescenti

Alle latitudini intermedie la carta di Mercatore puo essere usata purche si abbia l'accortezza di misurare le distanze servendosi dell'apposita scala delle latitudini crescenti riportata sui bordi laterali di ogni foglio. Il tratto rettilineo AB di cui si vuole conoscere la distanza lossodromica va fatto ruotare intorno al suo punto centrale fino a disporlo in A'B', e proiettato sulla scala delle latitudini crescenti a cavallo del punto di latitudine media.

Figura 6.24 - Sulla carta di Mercatore le distanze si misurano con la scala delle latitudini crescenti

3.5 - Le carte per sviluppo conico (Lambert)

Le carte per sviluppo conico sono ottenute ponendo il punto di vista al centro della sfera e proiettandone il reticolo geografico su un cono a essa tangente lungo un parallelo o secante lungo due paralleli standard.

Una volta tagliato il cono lungo il meridiano ritenuto piu conveniente e sviluppatolo in piano, si ottiene una carta dove i meridiani sono rappresentati con linee rette convergenti verso il vertice del cono - coincidente con la proiezione del polo - e i paralleli con archi di cerchio equidistanti, concentrici al vertice del cono.

Figura 6.25 - Le proiezioni coniche: tangente a un parallelo standard e secante su due paralleli standard

Figura 6.26 - Una proiezione conica tangente in cui e rappresentato l'intero emisfero nord

Angolo di convergenza

Lo sviluppo in piano del cono comporta l'allontanamento dei margini generati dal taglio del foglio lungo un meridiano, facendo si che i 360° della superficie della sfera vengano rappresentati entro un settore di ampiezza angolare minore. In conseguenza la posizione dei meridiani rispetto a Greenwich - che sulla sfera e espressa da un angolo pari alla longitudine - sulla carta e espressa da un angolo minore chiamato angolo di convergenza.

Le carte per sviluppo conico usate per la navigazione aerea sono tutte ricavate dalla proiezione conica conforme di Lambert, e sono percio comunemente chiamate carte di Lambert. Questa proiezione fu introdotta dal cartografo francese nel 1772, ma non fu impiegata in modo generalizzato fino alla prima guerra mondiale, quando venne adottata dagli eserciti alleati grazie alle sue doti di precisione nella misura degli angoli e delle distanze.

Caratteristiche della carta di Lambert

1. Puo a ogni effetto pratico essere considerata equidistante, dato che nei punti piu lontani dai paralleli standard presenta errori massimi dell'1,5%. Grazie all'uniformita di distribuzione degli errori, le distanze possono essere misurate direttamente tra due qualunque punti di uno stesso foglio, sia usando un plotter sia usando la scala riprodotta in margine al foglio.

2. Una linea retta puo a ogni effetto pratico essere considerata un'ortodromia. Anche su distanze di migliaia di miglia, la differenza di lunghezza tra una linea retta tracciata sulla carta e la rispettiva ortodromia puo essere trascurata.

3. Una linea retta tracciata sulla carta di Lambert puo a ogni effetto pratico essere considerata anche una lossodromia. In genere, quando la distanza tra il punto di partenza e il punto di arrivo non supera le 200-300 miglia e la differenza tra l'angolo di rotta del punto di partenza e l'angolo di rotta del punto di arrivo non supera i 4-5°, la differenza puo essere mediata misurando l'angolo di rotta sul meridiano centrale.

Figura 6.27 - Per mediare la differenza fra l'ortodromia e la lossodromia, l'angolo di rotta viene misurato sul meridiano centrale

Per lunghe distanze: Se invece la rotta si svolge su lunghe distanze e copre grandi differenze di longitudine, o se interessa latitudini elevate alle quali la convergenza dei meridiani e molto pronunciata, il percorso va diviso in piu tratte, l'orientamento delle quali - via via variabile - viene misurato sul meridiano medio di ognuna. In tal modo l'aereo percorrera una specie di catenaria che rappresenta la successione di tanti archi di lossodromia.

Fasce di latitudine

Al fine di rendere minimi gli errori, le proiezioni oggi in uso per scopi aeronautici sono eseguite su fasce di latitudine relativamente ristrette (8°/12°). Ogni proiezione viene in effetti eseguita sul parallelo centrale della fascia, che funge percio da parallelo standard di tangenza. Poi, con opportune modifiche costruttive, la proiezione viene artificialmente resa secante su due paralleli standard posti all'interno della fascia - in genere a 1/6 e a 5/6 della sua larghezza - in modo da rendere quanto piu possibile uniformi gli errori di scala su tutto il foglio.

4. Le carte suggerite dall'ICAO

Le carte ritenute necessarie per soddisfare le esigenze della moderna navigazione aerea, a vista o strumentale, sono descritte dall'ICAO nell'Annesso 4 unitamente agli standard e alle raccomandazioni da adottare per la loro costruzione.

Tipi di carte ICAO

Tipo di carta	Funzione
Carte degli ostacoli aeroportuali	Mettere in evidenza gli ostacoli presenti nell'area aeroportuale, le quote minime e le procedure per evitarli
Carte di pianificazione	Annotare le successive posizioni dell'aereo, verificare la traiettoria desiderata (per voli oceanici o su vaste regioni prive di rotte ATS)
Carte di radionavigazione	Facilitare l'uso dei radioaiuti alla navigazione e il sorvolo delle rotte ATS
Carte delle aree terminali	Informazioni per la transizione dalla fase di volo in rotta a quella di avvicinamento finale, e viceversa
Carte di avvicinamento strumentale	Rappresentazione grafica delle traiettorie di avvicinamento strumentale, mancato avvicinamento e attesa
Carte aeronautiche del mondo 1:1.000.000	Soddisfare le esigenze della navigazione a vista (proiezioni coniche di Lambert tra equatore e 80°, stereografiche polari tra 80° e 90°)
Carte aeronautiche 1:500.000	Navigazione a vista per operazioni di volo a medio e corto raggio condotte a bassa velocita e a bassa quota
Carte di avvicinamento a vista	Rappresentazione grafica della traiettoria di avvicinamento a un aeroporto (scala 1:250.000 o 1:200.000)
Carte di atterraggio	Rappresentazione dell'aeroporto per facilitare l'avvicinamento alla pista e lo sgombero dopo l'atterraggio
Carte aeroportuali	Facilitare il movimento al suolo degli aeromobili dalle piste ai piazzali e viceversa
Carte di navigazione aerea in scala piccola	Aiuto per i voli a lungo raggio condotti ad alta quota (scala tra 1:2.000.000 e 1:5.000.000)

Figura 6.28 - I principali simboli delle carte ICAO

5. Le carte disponibili

Le carte oggi disponibili sono abitualmente distinte in due categorie: le carte per la navigazione strumentale, e le carte per la navigazione a vista.

Enti che forniscono carte strumentali mondiali

1. NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) statunitense, che distribuisce il proprio materiale tramite una rete di distributori sparsi in tutto il mondo. Oltre alle carte strumentali la NOAA fornisce numerose carte per la navigazione a vista, molte delle quali prodotte per il Ministero della Difesa.

2. Jeppesen - con sede a Denver, Colorado, e con la filiale europea a Francoforte, Germania - che previo abbonamento distribuisce il proprio materiale sia per posta in forma cartacea, sia via Internet in forma elettronica. Oltre a fornire carte strumentali per tutta la Terra, la Jeppesen fornisce anche carte a vista per l'Europa (VFR + GPS).

5.1 - Le carte di avvicinamento a vista

La loro pubblicazione a livello europeo fu iniziata negli anni 70 dalla ditta tedesca Bottlang. Per gli aeroporti ubicati fuori dagli spazi aerei controllati viene in genere pubblicata una sola carta in scala 1:100.000 o 1:200.000, raffigurando le piste con i circuiti di traffico, la zona circostante, gli ostacoli, i punti di riporto, e le delimitazioni dello spazio aereo.

5.2 - Le carte del mondo 1:1.000.000 e 1:500.000

Queste sono le carte prodotte a livello nazionale dai Paesi aeronauticamente piu avanzati. In Italia la produzione di carte aeronautiche e demandata all'Istituto Geografico Militare, che copre lo spazio aereo italiano con ben dieci fogli assai male distribuiti.

Contenuto delle carte 1:500.000:

Una linea isogona per rilevare la declinazione magnetica
Leggenda esauriente in margine
Tinte e linee ipsometriche di colore marrone per l'orografia
Delimitazioni dello spazio aereo ben evidenziate
Quote dei rilievi in metri

5.3 - Le carte VFR + GPS Jeppesen

Sono carte facilmente leggibili, prodotte in formato digitale, che riportano in ottima evidenza gli elementi essenziali per la navigazione a vista assistita dai radiofari VOR e NDB e soprattutto dal GPS: orografia, strade, ferrovie, centri abitati, delimitazione degli spazi aerei, aeroporti con i relativi cancelli d'ingresso e d'uscita e le rotte standard VFR, e radiofari VOR e NDB.

Figura 6.29 - Il quadro d'insieme delle carte Jeppesen VFR + GPS del continente europeo

5.4 - Le carte a vista della NOAA

Per la navigazione a vista al di fuori della copertura delle carte Jeppesen, i piloti VFR europei devono necessariamente adattarsi a utilizzare le carte della NOAA:

Tipo	Scala	Descrizione
ONC	1:1.000.000	Operational Navigation Chart - per navigazione radar ad alta velocita e altitudini medie
TPC	1:500.000	Tactical Pilotage Chart - per navigazione radar e a vista di aerei tattici
JNC	1:2.000.000	Jet Navigation Chart - per navigazione a vista a lungo raggio ad alta quota
JNCA	1:3.000.000	Jet Navigation Chart A - per zone polari
GNC	1:5.000.000	Global Navigation and Planning Chart - per pianificazione e navigazione ad alta quota
ASC	1:9.000.000 e 1:18.000.000	Aerospace Planning Chart - per scopi generali di pianificazione e briefing
GH-2	1:25.000.000	Air Distance/Geography Chart - unica carta che copre tutto il mondo per distanze ortodromiche

Riepilogo valori da ricordare

Concetto	Valore/Indicazione
Carte aeronautiche VFR devono essere	Isogone (conformi)
Carte per latitudini 0°-80°	Proiezioni coniche di Lambert
Carte per latitudini 80°-90°	Proiezioni stereografiche polari
Unica carta che rettifica le lossodromie	Mercatore
Carte che rettificano le ortodromie	Gnomoniche
Errore massimo equidistanza Lambert	1,5%
Distanza max per considerare retta = lossodromia	200-300 NM
Differenza angolo rotta max	4-5°
Fasce di latitudine Lambert	8°-12°
Paralleli standard posizionati a	1/6 e 5/6 della fascia
Latitudine max Mercatore utilizzabile	70°
Latitudine max Mercatore assoluta	80°

Tipi di proiezioni - Riepilogo

Tipo	Superficie	Caratteristica
Gnomoniche	Piana (centro)	Rettificano ortodromie
Stereografiche	Piana (superficie)	Isogone, per zone polari
Ortografiche	Piana (infinito)	Astronomia
Mercatore	Cilindrica	Isogona + rettifica lossodromie
Lambert	Conica	Isogona, equidistante, ortodromie e lossodromie approssimate

Caratteristiche delle carte

Caratteristica	Definizione
Isogonismo	Conserva gli angoli (conforme)
Equidistanza	Conserva le distanze in scala
Equivalenza	Conserva le aree
Rettifica	Rappresenta ortodromie o lossodromie come linee rette

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