O JOGO DO RADAR NA GUERRA AÉREA
Desde a 2GM, o jogo de radar entre os atacantes e os defensores tem determinado quem controlaria os céus. O vencedor do jogo do radar ganha a habilidade de levar a manobra e o poder de fogo que a força aérea tem contra um inimigo ou para negar este poder ao inimigo. Aeronaves com alta capacidade de sobrevivência contribuem diretamente para alcançar os objetivos de uma força conjunta e a habilidade para projetar força com eficiência e efetividade dependerá da capacidade de vencer o jogo do radar.

A capacidade de sobrevivência de uma aeronave depende de uma mistura complexa das características de projeto, desempenho, planejamento de missão e tática. O esforço para fazer uma aeronave difícil de derrubar tem consumido uma grande soma de recursos e conhecimentos dedicados ao projeto de aeronaves militares no século XX. Desde de 1970, principalmente nos EUA, tem sido feito um esforço especial na pesquisa, desenvolvimento, teste e produção de aeronaves furtivas, projetadas para embotar o poder dos defensores em detectar e derrotar ou destruir estas aeronaves.

A tecnologia furtiva minimiza a assinatura da aeronave de vários modos, mas mais notavelmente pela redução da assinatura de radar. Os futuros planos da USAF no F-22 e o JSF indicam a continuidade de procurar aeronaves LO(low-observable) para os militares. O F/A-18E/F tem um tipo limitado e diferente de furtividade. Ele marca a última fase do jogo de radar.

Por décadas, o balanço entre os atacantes aéreos e os defensores aéreos tem mudado de um lado para outro. Contudo, a invenção do radar na 2GM mudou radicalmente o balanço do poder aéreo. Durante a 2GM, a detecção visual de dia não excedia 25 km. Mesmo no fim da década de 30, os defensores esperavam e observavam pelas aeronaves atacantes. Em 1940 o radar pôde localizar as aeronaves em aproximação a distâncias maiores que 200km. A detecção antecipada deu aos defensores muito mais tempo para organizar suas defesas e interceptar as aeronaves atacantes. Os radares discriminadores de altitude ajudavam a artilharia anti-aérea(AAA). Radares aerotransportados foram instalados em caças noturnos no fim da guerra.

 Os elementos do duelo de sobrevivência emergiu durante a 1GM, antes do aparecimento do radar e reapareceu na 2GM,Guerra da Coréia, Vietnã, Guerras Árabes-Israelenses, Malvinas e Tempestade do Deserto, entre outras. Ela tem 3 partes: Detecção, engajamento e probabilidade de destruição(Pk). A detecção refere-se a localização e rastreamento da aeronave inimiga. O engajamento significa que caças estão se aproximando da aeronave ou as defesas aéreas em terra(SAM ou AAA) estão rastreando e prontas para o disparo. O Pk significa aplicar poder de fogo suficiente não apenas para atingir a outra aeronave mas destruí-la se for desejável.

O defensor tenta completar cada estágio. Sem detecção, nenhum engajamento é possível. Sem o engajamento, não existe Pk. Por outro lado, a tarefa do atacante é frustar o defensor em cada estágio. Idealmente, o atacante deve conseguir surpresa total e chegar no alvo sem ser detectado. Se detectado, o piloto deve evadir ou se preparar para o engajamento. Se engajado, ele tenta destruir ou evitar as aeronaves de caça inimigas e/ou se esquivar do fogo de terra inimiga. Se a aeronave for atingida, o Pk depende da natureza e extensão dos danos.

Qual é a vantagem da redução da assinatura através de uma Seção Transversal de Radar( Radar Cross Section - RCS) menor? Conseguir um pequeno RCS diminui a habilidade do radar inimigo de detectar, rastrear e engajar uma aeronave. Pequeno RCS significa que uma aeronave é detectado com atraso. O RCS de uma aeronave varia com o aspecto e com a frequência do radar que esta tentando rastrea-lo. De acordo com princípios teóricos, radares de frequência muito baixa sempre são capazes de detectar estas aeronaves. Contudo, se a redução do RCS for otimizado para frequências maiores dos radares de controle de fogo, podem ser conseguidos benefícios significantes.

Diminuindo a assinatura de radar de uma aeronave  permite as tripulações completarem mais de uma missão antes de se tornar vulnerável as armas controladas por radar. Isto fornece aos atacantes a vantagem de evitar a ameaça e minimizar o tempo na "zona vermelha" quando a detecção leva a um disparo de um míssil SAM. Além disso, a furtividade permite a aeronave atacante chegar perto do seu alvo. Por exemplo, diminuindo o envelope do míssil SAM o tornará mais vulnerável assim como o alvo que esta defendendo.

Para o propósito da análise, os níveis de assinatura de radar de uma aeronave caem em 5 categorias. Começando com o menos avançado, elas são:

  • Assinatura convencional e grande RCS;
  • Nível LO1 e LO2 de redução de RCS na zona furtiva mas ainda não tão baixo quanto uma aeronave pode alcançar;
  • VLO1(very low observable) - Redução de RCS desejável e possível de se alcançar;
  • VLO2 - Extremo hipotético e que talvez não seja possível alcançar;
    • A História das Três Formas

    As aeronaves de combate atuais empregam várias técnicas de redução de RCS, que tem três formas diferentes. As formas Fuzzball, Pacman, e Bowtie são símbolos simplificados para padrões de assinatura. A assinatura real é considerada mais complexa, certamente, e informações sobre ela é restrita. As 3 formas são usadas para descrever com um padrão geral de redução de RCS da uma vantagem revolucionária a um atacante.

    Fuzzball . Uma aeronave convencional, não furtiva, tem essa assinatura, que é constante em todos os aspectos. É uma forma ideal para aeronaves furtivas, com redução uniforme em todos os ângulos. Ela pode conseguir resultados marcantes no nível inferior. Teoricamente, um Fuzzball perfeito com uma redução uniforme de RCS de -55 decibéis pode negar o retorno de radar. Contudo uma furtividade com RCS Fuzzball é puramente hipotético e é usado por motivos ilustrativo.


    Assinatura Fuzzball(LO)

    Pacman . Este tipo de assinatura  é uma aproximação simples do RCS de uma aeronave convencional reformada para reduzir a assinatura apenas no aspecto frontal. Em certos parâmetros, as modificações podem reduzir o RCS e melhorar a capacidade de sobrevivência. Por exemplo, o F/A-18EF, Gripen, Rafale e Typhoon enfatizarão a furtividade frontal. Aplicando RAM nas superfícies frontais, entradas de ar, ductos e canopi e minimizando a carga de armas e outra protusões são algumas das medidas para diminuir o RCS no ângulo frontal. O aspecto lateral e traseiro não deve ser reduzido. Então, uma aeronave retrofitada tem uma assinatura reminiscente da criatura do jogo de vídeo game da década de 80, o Pac Man.


    Assinatura Pacman

    Bowtie . Esta assinatura hipotética é menor  no aspecto frontal e traseiro em relação ao lateral. Isto forma algo como uma gravata borboleta(bow tie). De forma simplificada, a forma bowtie teórica tem uma redução de 15 dB no RCS no aspecto frontal e traseiro. O F-117, B-2, F-22 e JSF foram projetados para ser uma aeronave furtiva que é LO em todos os aspectos. Hipoteticamente, uma aeronave realmente furtiva pode conseguir seu menor nível de assinatura no aspecto frontal e traseiro.


    Assinatura Bowtie

    Operações de aeronaves furtivas deixaram a realidade dos simuladores de computador e testes de resistência do combate a quase uma década, em 1991. As operações aéreas na Tempestade de Deserto mostraram que uma reduzida RCS permitiu ao F-117 cumprir suas missões num ambiente de defesa aérea que deveria ser perigoso para aeronaves de assinatura convencional.

    O F-117 realizou as missões mais perigosas na primeira noite de guerra. Os radares de alerta aéreo iraquianos, que cobriam o sul da fronteira além da Arábia Saudita, foram designados para detectar aeronaves atacantes que se aproximavam do espaço aéreo do Iraque. O setor de operações central deveria coordenar o rastreio dos atacantes, alertar baterias SAMs e caças assim que seus perfis emergirem.

    Um sobrevivente descreveu que os F-117 "voavam através, entre e dentro do coração de uma defesa aérea totalmente operacional". Ao realizar isto, eles atacaram alvos que enfraqueceram as defesas aéreas do inimigo e o comando e controle inimigo, com efeitos importantes nas operações aéreas subsequentes.

    No todo, o F-117 realizou 1.297 sortidas sem nenhuma perda. Sem nenhum atrito, o comando estava livre para empregar o F-117 contra alvos de alto valor.

    Os Duelos do Futuro

    As operações do F-117 na operação Tempestade do Deserto demonstraram que um ataque direto em regiões altamente defendidas pode ser feita por aeronaves LO. O desempenho do F-117 demonstrou várias aplicações das aeronaves LO em uma campanha aérea conjunta.

    Cenários futuros não serão idênticos. Áreas altamente defendidas podem ter mais defesas aéreas que o Iraque em 1991. Vários cenários envolverão o que poderia ser descrito como ambientes de média intensidade, onde uma mistura de mísseis SAM móveis com vários tipos de desafios. No meio disso tudo, os objetivos do ataque também podem variar no futuro.

    A seguir serão ilustrados os resultados de simulação de três ambientes de ameaça no futuro. A simulação será mostrada para ilustrar como várias reduções de assinatura se tornam o fator limitante na capacidade de sobrevivência da aeronave e o planejamento da campanha aérea. Estes três cenários foram estudados usando uma versão simplificada de um modelo simplificado de defesa aérea. Cada ambiente espelha o tipo de ataque que o comandante da força conjunta pode ser a campanha aérea a ser realizada.


    Cenários de Ataque do Futuro

    - Ataque direto: simulando uma missão em uma região de defesa altamente defendida para atacar um alvo de alto valor como um centro de comando e controle ou sítio de armazenamento de armas de destruição em massa.

    - Ataque tático: simula um ataque de um alvo que é parte de uma força militar de campo.

    - Evitamento da Ameaça: caracteriza uma aeronave voando um rota cuidadosamente planejada ao redor dos sítios de defesa aéreo conhecido para atacar um alvo de oportunidade numa área isolada.

    A simulação em si emprega um modelo a nível de missão que foca nos eventos ocorrendo com as defesas aéreas integradas. O modelo captura variáveis como as decisões tomadas pelo sistema de comando e controle, a localização e operação de SAMs, e a habilidade de vários radares em cada componente do sistema para rastrear o atacante e disparar um míssil válido. Várias variáveis foram simplificadas no sentido de extrair os resultados não classificados mostrados aqui.

    Sortidas simuladas produzem um certo número de detecções válidas que podem levar ao disparo de um míssil SAM. Os gráficos mostram várias detecções com levando a um disparo válido. Uma vez disparado, a ação não pára. O modelo continua a correr e o número total de resultados de detecção que podem resultar em disparos de cada forma de assinatura no ingresso e volta. Nenhuma atenção foi feita para acessar como vários disparos serão necessários para destruir uma aeronave ou quantos mísseis a defesa aérea possui. Ao invés disso, a simulação deve acessar a mudança relativa em detecções válidas levando a um disparo de SAM em diferente níveis de assinatura, contramedidas e táticas.

    Um modo interessante de ver os dados é rastrear o "tempo de perigo" de cada forma como medida do tempo das unidades de controle de fogo iniciam o registro de disparos válidos. Cada um dos três cenários é executado em altitudes diferentes.

    Cenário 1. Ataque Direto

    O cenário de ataque direto fez um ataque a uma capital em 2010. Os alvos militares chaves são ligados com modernos mísseis SAM de curto e longo alcance distribuídos em camadas de um sistema de defesa aéreo integrado moderno(Integrated Air Defense System - IADS). As defesas aéreas são geralmente posicionadas para maximizar a cobertura. Apenas as regiões de maior importância militar valem o investimento de cobertura sobreposta. Onde a detecção de SAM se sobrepõem, a cobertura é muito densa para assegurar a destruição.

    Para atacar, a aeronave deve penetrar até o ponto de lançamento das armas mesmo com a ameaça de SAMs vindo de todos os lados. O ambiente de ataque direto expõe a aeronave a vários radares, como pode ser esperado nestes ataques. Nos ambientes mais perigosos, uma aeronave de assinatura convencional sofrerá o alerta antecipado e sustentado de vários lados na área do alvo.

    Na figura 1, a linha amarela corresponde a uma missão de ataque feita por aeronaves convencionais, não furtivas e numa altitude de 150m. Voando a missão a baixa altitude a capacidade é melhorada, mas não tanto.

    Na figura 1 pode se ver o desempenho da forma Pac Man num ambiente de ataque direto, em altitude baixa. Uma aeronave com assinatura Pacman, tendo furtividade apenas no aspecto frontal, passa um pouco melhor que a forma convencional. Num ponto 9 minutos depois, a detecção de radar do Pacman ainda é em torno de 10, enquanto a forma convencional tem sofrido 30 detecções. Contudo, a partir deste ponto, a razão de detecção dos dois aumenta dramaticamente, Pacman sofre mais de 50 detecções na área do alvo.
    Em grande altitude a história é essencialmente a mesma.


    Figura 1. Ataque Direto a Baixa Altitude

    A redução do tipo Pacman deve ser o valor limite do planejador de campanha. Mesmo quanto a redução frontal coloca esta parte da assinatura na categoria VLO, o número de engajamentos permanece quase a de uma aeronave não furtiva. A aeronave, quando se afasta do alvo, expõe grandes áreas onde a assinatura não é reduzida.

    Aeronaves que tem RCS tipo Pacman não tem uma boa chance de completar a missão. A taxa de atrito pode ser alta. Este fator torna difícil para o comandante das operações aérea conjuntas enviar estas aeronaves em centros altamente defendidos. O planejador quer uma campanha aérea que foca na resposta das defesas aéreas antes de lançar um ataque direto deste tipo.

    A figura 1, contudo, mostra que uma aeronave com a forma Bowtie, com redução significativa em todas as direções, mostra um aumento notável na capacidade de sobrevivência.  A forma Bowtie tem dois efeitos. Em primeiro lugar, o tempo e perigo da aeronave diminui. Segundo, a redução da assinatura causa uma queda no número de disparos válidos. A baixa altitude, a aeronave gasta apenas 7 minutos na zona de perigo, comparado com 23 minutos para a forma convencional no mesmo cenário. A grande altitude, o tempo é de 8 e 29 minutos respectivamente.
    A vantagem tática da RCS Bowtie é potencialmente enorme.

    A redução frontal e traseira, especialmente a baixos níveis, aumenta muito a capacidade de sobrevivência contra cobertura SAM sobreposta. A aeronave se atira contra as defesas aéreas, só entrando na região de vulnerabilidade quando está perto do alvo. Mesmo sobre o alvo, as defesas de radar gravam apenas 10 detecções a baixa altitude e 14 a alta altitude.
     

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