I sistemi di addestramento hi-tech. Il presente e il futuro disegnati dalle tecnologie digitali

A bordo di un elicottero impegnato in un salvataggio, o pilotando un caccia di ultima generazione, ma anche all’interno di una sala di controllo che gestisce infrastrutture civili o operazioni militari: in ognuna di queste situazioni gli operatori – siano essi piloti, tecnici o manutentori – affrontano scenari complessi e multi-dominio, condizioni estreme, minacce fisiche e informatiche.  E per questo l’addestramento che precede le operazioni sul campo diventa cruciale per il successo di una missione e per la sicurezza – e la vita stessa - di chi la porta a compimento.

Le tecnologie digitali sono – in questo campo – un vero e proprio “acceleratore di competenze”, poiché sempre più sono in grado di integrare i tradizionali sistemi di addestramento “live” con la nuova simulazione “virtual & constructive”.  Unendo in tal modo i benefici derivanti dall’eccezionale efficacia addestrativa delle nuove soluzioni tecnologiche ai requisiti di sostenibilità ambientale ed economica.

Oggi il personale operativo può essere preparato ad affrontare scenari complessi in condizioni estreme solo attraverso un ampio utilizzo di una riproduzione realistica degli stessi in ogni tipologia di dominio  - terrestre, navale, aereo, spaziale e cyber – simulando operazioni interforze che possono includere anche elementi non cooperanti o ostili, fino a esercitarsi sul trasporto passeggeri o su missioni di soccorso particolarmente complesse, non riproducibili con il solo addestramento “dal vivo”.

Le Training Academy di Leonardo costruiscono le competenze del futuro

Leonardo ha sviluppato un’articolata rete di Training Academy, caratterizzate da piattaforme digitali, sistemi di simulazione e ambienti di apprendimento LVC - Live-Virtual-Constructive, che si avvalgono di metodologie proprietarie, realtà aumentata, intelligenza artificiale e deep learning, e sfruttano la potenza di calcolo dell’HPC davinci-1. Queste realtà hanno una duplice veste: si rivolgono alle figure professionali interne legate ai diversi ambiti di business, in un’ottica di life-long learning, e agli end-user esterni, attraverso percorsi formativi riconosciuti a livello internazionale.
 

Helicopters Training Academy

Nella Training Academy dedicata al settore degli elicotteri la digitalizzazione ha trasformato la formazione di piloti, equipaggi e manutentori, rendendola più sicura e meno dispendiosa dell’addestramento sulla piattaforma reale. La simulazione consente di testare virtualmente, in modo realistico, ogni possibile tipo di missione reale. A oggi, sono in uso 120 simulatori di addestramento di vario tipo distribuiti in Italia e nel resto del mondo, ognuno dei quali è in grado di replicare fino a 360 ambientazioni operative (come, ad es., aeroporti, eliporti, ospedali, basi militari e aree urbane, oltre che ambientazioni naturali e marittime). La simulazione del volo si basa sull’analisi estensiva dei dati acquisiti sugli elicotteri, sulla base di 200 parametri in più di 300 diverse condizioni di volo. Inoltre, dalle missioni di volo simulate, tecnici e piloti ricavano informazioni utili sia per rendere l’elicottero, in fase di costruzione, ancora più performante e sicuro, sia per testare nuovi assetti da adottare nello svolgimento delle missioni reali.
 

I piloti possono esercitarsi secondo livelli crescenti di simulazione di volo: dalla simulazione procedurale, per familiarizzare con il cockpit di un qualsiasi modello di elicottero per comprenderne i comandi, a quella a base fissa, fino al simulatore full motion, di livello D, che replica alla perfezione le caratteristiche di volo, gli ambienti operativi e il reale comportamento della macchina, restituendo al pilota un feedback fisico realistico, per cui un’ora di volo sul simulatore equivale a un’ora di volo sull’aeromobile reale.

L’addestramento si avvale sempre di più di soluzioni basate sulla realtà virtuale fortemente immersiva, con l’uso di caschi, visori e guanti che sostituiscono i tradizionali schermi tridimensionali dei simulatori.  È il caso di VxR - Virtual and Extended Reality simulator, per l’addestramento dei piloti. Composto da un visore che riproduce la cabina, l’avionica e tutti i controlli di bordo, è dotato di un feedback tattile sui comandi che consente di avere una maggiore fedeltà della simulazione, e di una visuale “out of the window” che riproduce il mondo esterno all’abitacolo con una più ampia profondità di campo visivo.

Simulatore VxR - Virtual and Extended Reality simulator
 

MITHOS - Modular Interactive Trainer for Helicopter Operators, è un sistema che simula scenari complessi con qualsiasi condizione atmosferica, in cui è possibile replicare ogni tipo di missione o procedura di emergenza, consentendo agli equipaggi, come nel caso di operatori al verricello o tecnici per la manutenzione di parchi eolici, di potersi costantemente addestrare. Anche in questo caso, la digitalizzazione comporta degli importanti benefici in termini di sicurezza, di riduzione dei costi per ore/formazione erogate, e ambientali. Tra il 2018 e il 2022 sono state evitate oltre 220.000 tonnellate di CO₂.
 

Sistema MITHOS - Modular Interactive Trainer for Helicopter Operators

Le tecnologie di realtà virtuale, insieme all’intelligenza artificiale, sono sempre più utilizzate per le attività di manutenzione predittiva, contribuendo a prevenire e identificare guasti e inefficienze, anche grazie a piattaforme digitali collaborative in cui il manutentore opera insieme al pilota nel simulatore di volo. Per l’addestramento dei manutentori, sono già disponibili simulatori in scala 1:1 e quelli in ambiente virtuale, fino a quelli – in prospettiva - pienamente immersivi, che proiettano le immagini digitali sul visore del manutentore per offrire indicazioni chiare sulle procedure di intervento da effettuare sui singoli componenti.

Il Centro di Simulazione delle operazioni aeronavali della Guardia di Finanza a Pratica di Mare (Roma)
 

Un passo ancora più avanti è segnato dalle capacità di integrare in un unico ambiente virtuale più sistemi di simulazione, tutti connessi in rete. È quello che avviene nel Centro di Simulazione delle Operazioni Aeronavali della Guardia di Finanza, presso la base aerea di Pratica di Mare (Roma), dedicato all’addestramento di operatori e manutentori. Il sistema riproduce elicotteri, velivoli e sistemi di missione di Leonardo, l’ambiente in cui operano mezzi e personale in modo cooperativo, la plancia di una nave e un centro di comando a terra; ricreando in tal modo un ambiente multi-piattaforma e multi-dominio, come quello, appunto, in cui deve operare la Guardia di Finanza.

Digital first: la Diagnostic Services Tower

La Diagnostic Services Tower è un esempio di come la digitalizzazione e la gestione dei dati abbiano rivoluzionato il campo dell’assistenza tecnica nel settore elicotteristico. Da questo sito i tecnici monitorano una flotta di oltre 4.500 elicotteri, dei quali oltre 1.300 sono dotati di sensori, presenti sui componenti fondamentali dell’aeromobile e, in tempo reale, registrano una grande quantità di dati sulle attività operative e di volo che vengono elaborati dall’HPC davinci-1. Una potenza di calcolo da cui la Diagnostic Services Tower ottiene informazioni strategiche che consentono di fare manutenzione predittiva (con evidenti margini di efficientamento) e di migliorare le fasi addestrative. 

International Flight Training School

L’IFTS - International Flight Training School è un polo internazionale, per la formazione dei futuri piloti di caccia di ultima generazione, che opera secondo un approccio integrato tra velivoli avanzati e sistemi di simulazione, resi sempre più realistici grazie alla tecnologia digitale. Questa - insieme alla potenza di calcolo dell’HPC davinci-1, a nuovi algoritmi e all’intelligenza artificiale - consente una simulazione sempre più perfezionata rispetto alla realtà, anche in termini di particolari, dettagli grafici e percezioni sensoriali, arrivando a costruire “realtà simulate” più complesse e variegate di quelle sperimentabili nel volo reale.

La complessità varia in base al livello addestrativo, dalle fasi di training a terra fino a quelle in volo. Nel segmento di terra GBTS – Ground Based Training System, due Full Mission Simulator riproducono le missioni più avanzate, offrendo al pilota una visione a 360° uguale a quella dell’aereo, e vengono utilizzati in combinazione con un HMD – Helmet Mounted Display, il casco con il visore che proietta i dati della strumentazione di bordo, e tre simulatori sintetici Part Task Trainer, con visuale di 180°, che riproducono l’abitacolo per addestrare alle procedure di navigazione e alle emergenze.

Simulatore Part Task Trainer

Grazie a questo sistema, gli aspiranti piloti imparano a gestire il volo in formazione, il rifornimento in volo, le manovre basiche, le tattiche avanzate di combattimento, con gli ingaggi aria-aria oltre la portata visiva, sia di giorno che di notte, con l’utilizzo degli speciali occhiali per la visione notturna. Il tutto senza ancora aver mai staccato i piedi da terra.

Ma c’è di più. L’attività a terra si unisce strettamente a quella in volo: il reale e il virtuale si fondono in un ambiente di simulazione unico e lo scenario addestrativo diventa comune. È il passaggio alla modalità più complessa e più digitally-enabled del sistema LVC – Live, Virtual, Constructive, che attraverso il supporto del sistema ETTS - Embedded Tactical Training System, installato a bordo dei velivoli addestratori M-346, consente agli equipaggi di emulare sensori, contromisure, armamenti e CGF - Computer Generated Forces. Una formazione di tipo tattico che coinvolge, in una missione comune, gli allievi a terra e i piloti in volo, con la supervisione di un istruttore a terra che ne determina il grado di complessità attraverso l’inserimento di elementi di disturbo.
 

M-346 Integrated Training System. Un “unicum” che integra volo reale e simulato

L’ultimo passo è il volo reale, a bordo dell’M-346 che, oltre al sistema integrato di bordo per la simulazione dell’addestramento tattico (ETTS- Embedded Tactical Training System ), dispone di un display integrato nel casco (Helmet Mounted Display), un cockpit completamente compatibile con i dispositivi per la visione notturna (Night Vision Googles), comandi vocali e una serie di strumentazioni molto sofisticate, del tutto simili a quelle dei caccia da combattimento di ultima generazione.

Verso i sistemi di sesta generazione

Presente e futuro, non solo dell’addestramento, ma anche nello sviluppo e nelle attività di ingegneria, si incontrano nel Battle Lab di Leonardo, il laboratorio di Torino dove vengono studiati e valutati i concetti del sistema di combattimento aereo di sesta generazione. Il Battle Lab dispone di un maxi video wall digitale, che riproduce uno scenario di tipo multi-dominio (con la fedele riproduzione di sistemi aerei, navali, terrestri e di guerra elettronica), la Smart Chair, una postazione in grado di ricreare quella che potrebbe essere la cabina in cui voleranno i piloti dal 2035 in poi, e una Prototyping Pilot Station, ovvero un powered mock-up di un cockpit interattivo, mutuato dal concetto del nuovo M-346 con Large Area Display,  in cui vengono trasferite e riprodotte le capacità e le interfacce messe a punto nella Smart Chair e selezionate in collaborazione con i piloti.

Battle Lab, tecnologie per gli aerei del futuro

Con un visore è così possibile gestire lo sviluppo del cockpit del futuro, frutto della combinazione tra mondo fisico e virtuale, lasciando al pilota la possibilità di toccare fisicamente la sola cloche e la manetta. Tutto il resto è virtuale, “aumentato” e immersivo, dai comandi impartiti con il movimento degli occhi ai tasti touch digitalizzati, con piena integrazione nello scenario rappresentato sul video wall. 

La smart chair sviluppata da Leonardo presso il Battle Lab di Torino

Questo nuovo ambiente faciliterà il passaggio agli scenari multi-dominio basati su tecnologie e piattaforme di combattimento aereo di sesta generazione, con focus su tecnologie rilevanti come l’intelligenza artificiale, l’autonomia di volo e di missione e il manned-unmanned teaming, di cui il programma GCAP - Global Combat Air Programme rappresenta uno dei programmi di cooperazione internazionali più innovativi,  abilitando la definizione degli elementi fondanti del futuro System of Systems come la Core Platform e i velivoli non pilotati Adjunct.

Infine, mettendo a fattor comune le competenze addestrative nel settore dell’ala fissa e rotante, Leonardo è in grado di erogare l’intera gamma dei servizi di formazione per la manutenzione di aerei, elicotteri e velivoli a pilotaggio remoto, oltre che dei relativi sistemi, in ambito civile e militare. La formazione, rivolta alle risorse interne e agli end-user dei sistemi e delle piattaforme di Leonardo, opera secondo le normative europee in campo militare (EMAR - European Military Airworthiness Requirements) e civile (EASA - European Aviation Safety Agency), rispettando gli standard più moderni in materia di ciclo di vita dei prodotti (gli S-Series emessi dalla ASD - Aerospace, Security and Defence Industry Association of Europe).

Cyber & Security Academy

La Cyber & Security Academy consente a istituzioni, aziende e infrastrutture strategiche di formarsi e qualificarsi in materia di sicurezza, a livello tecnologico, normativo, metodologico e di processo, fornendo gli strumenti per favorire una transizione digitale sicura e contribuendo a diffondere la cultura della sicurezza.

Leonardo Cyber & Security Academy

Cuore tecnologico dell’Academy è la piattaforma Cyber Range. È un “poligono virtuale” in cui esercitarsi nella cyber protezione di scenari immersivi complessi di infrastrutture IT e OT – come, ad esempio, una rete informatica, un impianto energetico, una rete di trasporto o un sito industriale - riprodotte attraverso dei gemelli digitali capaci di simulare migliaia di nodi e centinaia di reti. Cyber Range sfrutta meccanismi simili a quelli dei giochi online, come assegnazione di obiettivi, numero stabilito di attacchi, tempo limitato e conseguimento di premi. In ogni sessione di gioco sono presenti tre squadre: i red team, squadra degli hacker etici del Global Security Operation Centre di Leonardo, i blue team, le squadre di difensori e il white team, composto da garanti e giudici. Si possono simulare fino a cinque scenari complessi in contemporanea con team multipli e decine di utenti per squadra.

Piattaforma Cyber Range

La copia digitale è isolata dal sistema reale: in questo modo non solo ci si può esercitare in prima persona sul sistema che si vuole proteggere, ma si può verificare ogni parte del sistema, incluse eventuali vulnerabilità, senza causare alcuna compromissione al sistema reale. Gli scenari simulati possono essere costantemente aggiornati, sulla base delle ultime minacce cyber note: ciò rende possibile anche testare e verificare le procedure di sicurezza e resilienza delle infrastrutture simulate.

Electronic Warfare Academy

Centro di alta formazione in materia di cyber ed elettromagnetismo (CEMA - Cyber and Electromagnetic Activities) la Electronic Warfare Academy di Lincoln (UK) addestra gli operatori militari nella gestione dei più complessi teatri operativi. I conflitti moderni hanno una natura multi-dominio (terrestre, aereo, navale, spaziale e cyber) che richiede una formazione degli operatori sul campo con sistemi di addestramento capaci di integrare gli scenari di battaglia più complessi, includendo simultaneamente ogni tipo di minaccia. 
 

Newton, il sistema di simulazione per l’Electronic Warfare

Il sistema di simulazione Newton, sviluppato sulla base del precedente programma Tess - Tactical Engagement Simulation Software, è utilizzato per accelerare e convalidare lo sviluppo di nuove tecnologie, tattiche e tecniche, di electronic warfare. Un ambiente virtuale, basato su elementi fisici, in cui modellare digitalmente e testare virtualmente le nuove tecnologie, consentendo di sviluppare tattiche operative e contromisure elettroniche - sensori ed effettori elettro-ottici (EO), infrarossi (IR) e in radiofrequenza (RF) – di supportare le attività di ricerca e la simulazione delle missioni pre-operative. 

Radar & Sensors Academy

In ambito Elettronica Leonardo esprime un altro ambito di eccellenza tecnologica riconosciuta a livello mondiale, costituito dalla progettazione e produzione di radar per applicazioni di sorveglianza (controllo traffico aereo, navale e difesa) e controllo del tiro, nonché dalla realizzazione di apparati e payload elettro-ottici per applicazioni di imaging, self protection systems e IRST (Infra Red Search and Track). La Radar & Sensors Academy sviluppa specifici percorsi di formazione dedicati a tutti i domini: terrestre, navale, avionico, elettro-ottico e IRST, con l’obiettivo di potenziare il background tecnico degli specialisti e di condividere soluzioni, esperienze e modelli sviluppati nel corso degli anni. I corsi si sviluppano su tre livelli di complessità crescente, dal livello basico, ai profili tecnici, fino ai progettisti specializzati. Si avvalgono sia della docenza di specialisti interni di Leonardo, sia della collaborazione di professori provenienti dalle maggiori università italiane e prevedono anche sessioni di co-partecipazione con i clienti per la condivisione di best practice sui principali programmi.