Con il termine avionica si indicano tutti gli equipaggiamenti elettronici installati a bordo degli aeromobili e preposti al pilotaggio. L'avionica include i sistemi di navigazione e comunicazione, autopiloti e sistemi di condotta di volo. L'ente internazionale per l'aviazione civile definisce avionica "qualsiasi dispositivo elettronico, compresa la sua parte elettrica, utilizzato in un aeromobile, includendo dispositivi per comunicazioni radio, sistemi di volo automatico e strumentazione".
Talvolta sono considerati avionica anche i sistemi elettronici non riguardanti l'attività di pilotaggio, come i sistemi video in cui le informazioni ed i parametri di volo vengono presentati ai piloti su display (CRT o LCD) invece dei tradizionali strumenti analogici (glass cockpit). La maggior parte di questi dispositivi rientra nella categoria dei sistemi embedded e sistemi critici. Esempi di questo tipo di avionica sono gli apparati installati sui velivoli militari, dove le missioni da compiere sono affidate in modo inscindibile a componenti di avionica dedicata, come display tattici, HUD, Data Link tattici, transponder IFF, TACAN, radar di scoperta, di attacco e guida missili, telemetri di acquisizione e mira, sensori all'infrarosso, disturbatori e ricevitori da guerra elettronica, radar altimetrici, antenne sia trasmittenti che riceventi di svariato tipo e banda di frequenza ecc. Il tutto è solitamente coordinato da uno (o più, magari in ridondanza) Mission Computer ("computer di missione"), anch'esso da considerare come facente parte dell'avionica, essendo progettato specificatamente per quel particolare tipo e versione di velivolo.
In certi velivoli può capitare che alcuni moduli di avionica dedicati vengano sostituiti al momento con altri, a seconda della particolare missione da svolgere. Il termine avionica viene anche utilizzato con riferimento alle installazioni elettroniche dei veicoli spaziali.
Storia Il termine "avionics" (reso "avionica" in italiano) è stato coniato dal giornalista Philip J. Klass come contrazione del termine inglese aviation electronics ("elettronica per l’aviazione").., ed in generale riconosciuto come strumentazione di bordo.
Molti dei moderni sistemi avionici ebbero origine con gli sviluppi tecnologici a seguito della seconda guerra mondiale. Ad esempio, i sistemi di autopilota, oggi molto diffusi, sono stati ideati per aiutare i bombardieri a volare in modo sufficientemente stabile e costante per poter colpire con precisione i loro obiettivi pur mantenendosi ad alta quota.. È noto che il radar è stato sviluppato nel Regno Unito, in Germania e negli Stati Uniti nello stesso periodo.. I sistemi di radiotelefonia sono stati installati negli aeromobili prima della seconda guerra mondiale e sono stati utilizzati per il coordinamento delle missioni e il controllo del traffico aereo. I primi sistemi utilizzavano le valvole elettroniche e, dato il loro peso e dimensioni, erano installati remotamente con il solo controllo montato nella cabina di pilotaggio. La standardizzazione delle frequenze in VHF avvenne subito dopo la seconda guerra mondiale, ed i sistemi di comunicazione radio a transistor sostituirono i sistemi basati sulle valvole elettroniche quasi subito dopo. Fino al 1960 a questi sistemi furono apportate soltanto variazioni di poco conto. I primi sistemi di navigazione richiedevano che il pilota o il navigatore indossassero le cuffie e prestassero attenzione al volume relativo dei toni in ciascun orecchio per determinare la direzione e governare in rotta.
Nel 1992 viene pubblicata la norma DO-178B per lo sviluppo software dei componenti avionici, divenuta poi lo standard de-facto per la certificazione dei sistemi computerizzati degli aeromobili. La norma è stata poi sostituita dalla nuova versione DO-178C nel 2011.
Sistemi di navigazione Successivamente agli anni '60, con l'avvento della microelettronica e poi del digitale, i sistemi di navigazione si svilupparono lungo cinque direttrici diverse:
+Sistemi di supporto alla navigazione aerea Sigla Sistema Campo di utilizzo Note ADF Automatic Direction Finder Navigazione aerea Strumento dotato di antenna e componenti elettronici per la ricezione e demodulazione di segnali emessi da stazioni a terra NDB (Non-Directional Beacon). Fornisce la direzione e il verso di provenienza del segnale NDB (e quindi indica la posizione angolare della stazione emittente) per mezzo del principio di induzione elettromagnetica VOR VHF Omnidirectional Range Navigazione aerea Dal 1949 l'ICAO lo ha definito come standard per le navigazioni a corto e medio raggio, sostituendo precedenti sistemi funzionanti in bassa frequenza. Una stazione di terra VOR, chiamata anche radiofaro, trasmette onde radio in VHF che vengono captate da un ricevitore a bordo che le elabora e fornisce informazioni utili al pilota per capire la sua posizione rispetto al radiofaro stesso ILS Instrument Landing System Atterraggio strumentale Progettato per consentire un atterraggio strumentale, è un sistema elettronico di terra e di bordo ideato per guidare gli aeromobili nella fase finale di un avvicinamento strumentale di precisione verso la pista di un aeroporto. Il sistema è particolarmente importante nello svolgimento di operazioni in condizioni di bassa visibilità (soprattutto dovute a nebbia), consentendo di portare a termine atterraggi con una visibilità orizzontale ridotta anche a meno di 100 metri DME Distance Measuring Equipment Navigazione aerea Fornisce una lettura costante in miglia nautiche della distanza obliqua chiamata Slant Range (e non una distanza orizzontale) dell'aeromobile rispetto alla stazione DME di terra. Maggiore è la differenza tra la distanza obliqua e quella orizzontale, più l'aereo si avvicina alla stazione di terra GPS Global Positioning System Navigazione aerea È un sistema di posizionamento e navigazione satellitare civile che, attraverso una rete dedicata di satelliti artificiali in orbita, fornisce ad un terminale mobile o ricevitore GPS informazioni sulle sue coordinate geografiche ed orario, in ogni condizione meteorologica, ovunque sulla Terra o nelle sue immediate vicinanze ove vi sia un contatto privo di ostacoli con almeno quattro satelliti del sistema. La localizzazione avviene tramite la trasmissione di un segnale radio da parte di ciascun satellite e l'elaborazione dei segnali ricevuti da parte del ricevitore
Importanza dell'avionica nel costo di un aereo L'avionica moderna è una parte sostanziale della spesa per gli aerei militari. Circa il 20% del costo di aerei come l'F-15E e l'F-14 (ora non più in servizio attivo) è dovuto alla loro avionica.
Anche il mercato civile ha visto una crescita dei costi dell'avionica. I sistemi di controllo del volo (fly-by-wire) e le nuove esigenze di navigazione richieste da spazi aerei più stretti, hanno aumentato i costi di sviluppo. Il principale cambiamento è stato il recente boom nel volo di massa: poiché sempre più persone iniziano a utilizzare gli aerei come principale mezzo di trasporto, sono stati inventati metodi sempre più elaborati per controllare in sicurezza gli aeromobili in questi spazi aerei estremamente ristretti.
Modularità
Tipico dell'avionica, specialmente di tipo militare, è che l'elettronica venga separata in moduli funzionali distinti (normalmente, scatole di lega di alluminio schermate dai disturbi), ciascuno dedicato ad una "macro funzionalità", alloggiati e fissati in compartimenti dedicati all'interno della fusoliera (magari accessibile da portelli esterni per ispezione e manutenzione a terra), interconnessi fra loro per mezzo di bus di comunicazione digitali standardizzati (es. MIL-STD-1553B da Data Device Corporation, CAN-bus, ARINC...), realizzando i collegamenti fra moduli con cavi specifici e connettori multipolari.
In questo modo si rende più semplice il compito della manutenzione, che in primo luogo può rapidamente sostituire, anche sul campo, un intero modulo in cui si sia verificato un guasto con uno "gemello" di ricambio, per poi intervenire in laboratorio per la sua riparazione.
Sistemi NDB/ADF
L'abbinamento radiofaro non direzionale e radiogoniometro automatico (Non Directional Beacon e Automatic Direction Finder) è stato il primo sistema di radionavigazione a larga diffusione d'uso. Le postazioni radiofaro originali erano dei sistemi di potenza elevata e seguivano le rotte notturne precedentemente delineate dai fari a luce colorata. I sistemi RDF (Radio Direction-Finder/radiogoniometro) e ADF (Automatic Direction Finder) ricevono i segnali da queste postazioni. Una lancetta mostra al pilota la prua relativa verso la stazione. I radiofari utilizzano le bande radio a bassa e media frequenza e sono utilizzati su distanze brevi/medio lunghe come sistemi di supporto ad altri sistemi di navigazione (soprattutto ai VOR) per le loro buone caratteristiche di copertura. Generalmente non vengono usati da soli, per la loro scarsa precisione (che degrada ulteriormente in condizioni meteorologiche avverse).
VHF e sistema VOR
Il vocabolo VHF, acronimo di Very High Frequency, identifica gli equipaggiamenti a radiofrequenza che operano nella banda di frequenza 30/300 MHz. Le caratteristiche di propagazione di questa banda di frequenza sono ideali per le comunicazioni a breve distanza. La ionosfera non riflette le onde radio VHF, per cui la propagazione avviene in linea ottica, rendendo i sistemi operanti in VHF particolarmente idonei alla navigazione.
Il normale utilizzo si verifica nelle comunicazioni radio terrestri in banda 88/108 MHz, e nelle trasmissioni televisive. In campo aeronautico trovano impiego, per la navigazione i sistemi VOR, acronimo di Vhf Omni-directional radio Range, ed i rice-trasmettitori in VHF per le comunicazioni terra-aria/aria-aria.
Il sistema VOR è un sistema poco sensibile alle interferenze meteorologiche e assicura ottime prestazioni di navigazione. Il sistema consente al pilota di introdurre negli apparati di bordo una radiale, con origine nel velivolo e con un angolo voluto rispetto al nord magnetico. Un indicatore di deviazione di rotta CDI, acronimo di Course Deviation Indicator, indica la misura dell'angolo di cui il velivolo devia dalla rotta specificata. Apparati DME, acronimo di Distance Measuring Equipment, sono talvolta abbinati ad un VOR e consentono di stabilire ed indicare la distanza del velivolo dalla stazione di terra.
ILS
Il sistema ILS, acronimo di Instrumental Landing System, è un insieme di apparati usati per guidare strumentalmente gli aeromobili nella fase finale di avvicinamento all'inizio pista e durante l'atterraggio. Il sistema è composto da installazioni di terra e di bordo. Consiste di un localizzatore per la guida laterale (Localizer), di un sentiero di discesa per la guida verticale (Glide Slope), e di una serie di radiosegnalatori verticali per i segnali distanziali. Componenti opzionali includono il DME e un radiofaro locatore, nome dato ad un sistema NDB posto all'inizio della rotta di avvicinamento finale.
Transponder
Il transponder è un ricetrasmettitore che può essere interrogato dal radar secondario (SSR) del sistema di controllo del traffico aereo, al quale risponde in codice digitale. Questa risposta fornisce una prima identificazione dell'aeromobile e consente al radar di sorveglianza secondario di localizzare il velivolo più accuratamente ed a distanze superiori a quelle possibili con l'uso del solo radar primario. Questo sistema radar secondario, composto di un transponder a bordo e di un interrogatore a terra, è noto come "sistema radiofaro a domanda e risposta di controllo del traffico aereo" o ATCRBS.
Un transponditore di Modo A risponde con un codice di quattro cifre, ciascuna variabile da 0 a 7. Questo transponditore è noto quale "Transponditore codice 4096". Il pilota imposta il codice secondo il tipo e lo status del volo, oppure come disposto dal controllo di traffico aereo.