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TECNOLOGIA FURTIVA NA GUERRA AÉREA
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História

A capacidade de sobrevivência de uma aeronave pode ser considerada tão importante quanto a letalidade. Uma aeronave que retorna de uma missão irá atacar novamente. Isto foi observado já na Primeira Guerra Mundial. Nesta época as aeronaves eram frágeis, mal projetadas e mantidas, operavam de pistas sujas e esburacadas e com pilotos mal treinados. O resultado era perdas altas mesmo fora dos combates.

Logo no inicio dos combates foi percebido que o engajamento tinha três fases subseqüentes: detecção, engajamento e probabilidade de destruição (Pk). Estas fases formam a cadeia de destruição (kill Chain).

Na fase de detecção o observador faz a detecção quando o sinal do alvo é suficientemente grande para destoar do ruído de fundo. Para evitar detecção não é necessário ser invisível, mas ter assinatura pequena para esconder no ruído de fundo. A história da contra-detecção aérea iniciou com as aeronaves se escondendo nas nuvens e com o uso de camuflagem.

A detecção na Primeira Guerra era visual. O alcance de detecção era de 18-27km no máximo. Era possível ouvir as aeronaves ou eram avisados pelos disparos inimigos. Não havia nem rádios para os pilotos reportar a presença inimiga. A surpresa era o principal fator no sucesso. Quem via primeiro geralmente ganhava. As táticas eram usar nuvens, sol e aproximar por trás e por baixo do inimigo. A camuflagem foi usada para esconder no terreno voando mais baixo que a ameaça. A melhor tática da época era voar a noite.

O engajamento é a fase de pontaria das armas. O atacante deve detectar, identificar e localizar o alvo. Ele pode ser confundido ou distraído com alvos falsos e guerra eletrônica. A baixa assinatura diminui o alcance do ataque expondo o inimigo ao contra-ataque.

A mobilidade e controle de assinatura dificultam a localização. Os dados podem ser imprecisos e aparecerem intermitentemente. Deve ter certeza que não é neutro, amigo, alvo falso, aeronave comercial ou civil ou um alvo sem importância militar. A identificação pode ser atrasada com modificação da assinatura parecendo ser pequeno ou menos ameaçador.

Durante o engajamento, caças como o Spad  XIII usavam a velocidade e a manobrabilidade para sobreviver e vencer. Os bombardeiros como os Gotha e Handley Page tinham perfil de missão diferente para sobreviver. Usavam metralhadoras defensivas e blindagem. Voavam em formação para proteção mútua.

O Pk ocorre quando a aeronave é atingida. Se o ataque teve sucesso, deve ter seu resultado limitado com redundância, distribuição de sistemas, seleção de materiais e blindagem. O Pk depende de onde os projeteis acertam. A maior parte das aeronaves da época era de lona. Cabos de comando, sistemas hidráulicos, piloto e motor eram os pontos fracos e recebiam blindagem. As características do projeto prevalecem no Pk.

Os estágios são consecutivos e o defensor deve tentar atrapalhar cada um. Se detectado deve fugir, se engajado deve manobrar para atrapalhar a pontaria e se atingido deve resistir. A distinção das fases é artificial e usada mais para ilustrar o problema.

Na Primeira Guerra Mundial não havia defesas organizadas para interceptar as aeronaves inimigas a tempo. Logo foram iniciados estudos para criar mecanismos para ouvir caças inimigos. Depois da guerra os investimentos foram na melhoria do desempenho das aeronaves.

Na década de 30 a história começou a mudar quando em 1937 cientistas britânicos inventaram meio para detectar aeronaves a longa distância. Em 1938 a Telefunken mostrou o mesmo meio de detecção eletrônico aos alemães. Em 1935 Watt detectou uma aeronave a 70km. Começava a história do radar.

Durante a Segunda Guerra Mundial a superioridade aérea passou a ser parte de qualquer plano de ações combinadas.

A defesa da Inglaterra era considerada muito difícil. Os bombardeiros tinham a iniciativa e levavam 20 minutos para atingir qualquer alvo após cruzar canal da Mancha. Os caça da época levavam 10 minutos para subir a altitude necessária. Para manter um patrulha de caças contínua em camadas seria necessário uma força gigantesca.

A Luftwaffe achava que a RAF dividiria suas defesas em setores e poderia atacar de dia em um único setor para saturar a defesa local com uma grande formação de bombardeiros. A RAF patrulharia todos setores com seus caças divididos e só seria eficaz se os alemães atacassem com forças divididas em uma frente ampla.

Porém, os britânicos colocaram em ação a rede de radares “Chain Home” que detectava aeronaves a até 180km. Os dados eram passados para centrais de comando que direcionava forças em quantidade ótima de acordo com a ameaça. A RAF sabia o número e direção do ataque em tempo útil. A direção de missão vetorava forças em patrulha ou mandava decolar. No inicio da guerra em 1939 já havia 20 estações operando.

A RAF conseguiu equiparar forças durante todo o conflito com o radar compensando a inferioridade numérica total e conseguindo superioridade local. A invasão alemã da Inglaterra, operação anfíbia Sea Lion, não poderia ser realizada sem superioridade aérea e foi cancelada. Os britânicos já tinham superioridade no mar.

O radar permitiu que uma força pequena porem bem coordenada, a RAF,  enfrentar uma força numericamente superior. Quando os ataques aéreos inimigos eram detectados os meios apropriados podiam ser colocados no lugar certo e na hora certa. Os pilotos de caças recebiam a designação de alvo após levantarem vôo para não perderem tempo e os bombardeiros inimigos eram interceptados bem antes de atingirem o objetivo.

Assim, os ataques aéreos alemães eram detectados rapidamente e os defensores não tinham que depender da imprecisa e lenta vigilância visual. Os pilotos podiam subir rapidamente nos aviões sem correr risco de serem bombardeados, podendo atacar o inimigo antes de chegaram ao objetivo

A Oitava Força Aérea Americana, que atuava na Europa, tinha como missão atacar a Luftwaffe. As outras funções eram secundarias. Em 1943 os alvos eram as fabricas de aviões e bases aéreas. Os alemães também tinham uma rede de radares como o radar Freya. Os bombardeiros aliados eram atacados varias vezes em rota de ingresso e regresso do alvo ao invés de só sobre o alvo.

O ataque contra fabrica de Me109 em Rogensburg em 17 de agosto de 1943 resultou em ataques contínuos por 3 horas contra caças de 14 bases alemãs. Este tempo é chamado de tempo em comprometimento. Os caças sabiam o tempo todo onde estavam as formações graças aos controladores de caças que recebiam dados da rede de radares alemães. No mesmo dia a formação que atacaria Schweinfurt ficou sobre ameaça por 4 horas. No alvo havia artilharia antiaérea que usavam radares para determinar a altitude e direção do alvo. A primeira força voltou pelo mesmo caminho com mais 3 horas sobre ataques contínuos. O segundo ataque foi para o norte da África para evitar defesas na volta. No total perderam 16% das aeronaves para as defesas. Esta taxa de perdas resultaria em perdas de 50% da força em 5 dias de saídas diárias. Em duas semanas a força cairia para 20% do número de aeronaves originais. Com esta taxa de atrito a Oitava Força Aérea perderia duas forças e meia completa de aeronaves por ano considerando substituição.

As táticas de formação para autodefesa não eram suficientes. Era necessário escoltas de caças. Primeiro foi iniciado o uso de tanques ejetáveis nas asas em 1944. Adolf Galland citou que quando a escolta apareceu foi quando a Alemanha começou a perder a guerra. O alemães é que passaram a contar perdas e o problema principal passou a ser a perda de pilotos treinados que eram mais difíceis de conseguir que as aeronaves.

Em maio de 1940 a RAF iniciou o bombardeio noturno da Alemanha. Os alemães podiam detectar e acompanhar as aeronaves, mas não tinham como atacar. Achar alvos no solo também era difícil à noite para a RAF. Apenas 1 de 5 bombardeiros lançava suas bombas pelo menos a 8km do alvo. Os meios de navegação eletronica melhoraram a precisão em 1942 como o aparecimento do sistema H2S. Os alemães responderam com instalação de radar em caças noturnos. Tinham alcance de 7km, mas não serviam para controle de tiro.

As contramedidas eletrônicas (ECM) logo apareceram como medida para negar o uso do radar. Foi iniciado com a geração de ruído de fundo, jamming (interferência) e fazer o objeto parece maior do que é.

Uma técnica era o Window (agora chamado de chaff) para confundir. O cientista britânico R. V. Jones percebeu em 1937 que tiras de metal produziam um blip no radar. Duas mil destas tiras criavam um RCS similar a de um bombardeiro.

Em 1941, um bombardeiro Wellington com antenas especiais foi atacado sistematicamente enquanto voava junto de outras aeronaves. Deduziu-se que as antenas criavam um eco maior que atraia o fogo. No próximo ataque, este bombardeiro usou pacotes com barras de alumínio com tamanho das antenas, mas sem observar mudança.

Um ano depois notado que pacote com 240 tiras de alumínio produzia um blip do tamanho de um bombardeiro Blenheim. Se lançado por uma milha dificultava a aquisição do eco pelos radares.
Os britânicos levaram 18 meses para decidir sobre o uso devido ao medo dos alemães também usarem. Foi usado pela primeira vez na incursão de 2 de agosto de 1943. Foram lançados 2 milhões de tiras de 30x1,5cm por 746 bombardeiros da RAF. No primeiro ataque perderam 12 aeronaves contra as esperadas 50 perdas. As defesas ficaram cegas segundo os alemães. A 8a Força Aérea Americana iniciou o usou em dezembro de 1943.

Os operadores de radar logo começaram a aprender a diferença das laminas e dos alvos voando rápido. Os radares começaram a usar técnicas para separar alvos moveis dos chaff caindo lento (projeto Wurzlaus). Outras técnicas detectavam modulação das hélices. Os radares de caça passaram a operar na banda de 90MHz que não era afetado pelo chaff que era cortado para onda de 50cm.

Os britânicos usavam sensores para detectar radares de alerta traseiro Monica nos bombardeiros que serviu de fonte de detecção e outros caças alemães se guiavam pelas ondas dos sensores de navegação. A RAF reagiu com novos chaff, não usou mais o Monica e só usava o H2S se necessário.

Foram iniciados vários projetos de contramedidas eletrônicas como o carpet, dina, rug e lighthouse. O Carpet era um ECM contra radares. O mandrel era contra o radar Freya, o Piperack contra o Lichtenstein, o Perfectos ativava o IFF dos caças para revelar posição e o Moonshine era para imitar grande força fazendo a aeronave parecer uma grande formação.

No Dia D o aliados colocaram 325 mil tropas em poucos dias, mas ainda era uma força muito inferior as tropas de Rommel na região. Os aliados tinham que usar a superioridade aérea para evitar que se movimentassem. O objetivo era balancear as força em terra com superioridade no ar. As aeronaves atacaram pontes, estradas, ferrovias e assim os alemães não podiam reforçar suas tropas. Usavam as estradas a noite e mesmo assim sob ataque.


O Pós-Guerra

As pesquisas sobre mísseis superfície-ar (SAM) iniciaram com os alemães ainda na Segunda Guerra. Os EUA e URSS seguiram as pesquisas com mísseis guiados por IR e radar. O SA-2 russo (V-75 Dvina) apareceu em 1953. O Bomarc americano usava um radar em terra e era radio-controlado. Depois recebeu um radar interno. O radar agora estava sendo usado na fase de engajamento e Pk.

A reação foi o uso de aeronaves a jato cada vez mais rápidas, mas que ainda eram fáceis de detectar pelo radar. O projeto de caça-parasita para escolta de bombardeiros mostrou ser inviável. Os bombardeiros a jato teriam que atacar a URSS sem escoltas. O tamanho do B-52 permitiria levar um grande interferidor. Só realizaria uma missão com bomba atômica e não operações sustentada e por isso não era esperado atritos de longa duração. Os mísseis balísticos passaram a ser a resposta adequada as defesas aéreas que poderiam tornar os bombardeiros obsoletos.

A principal de sobrevivência técnica nesta época ainda era o desempenho, principalmente a velocidade e altitude, como na Primeira Guerra. Os melhores exemplos era o U-2 de 1955 que voaria acima do teto operacional dos caças da época. Em 1960, um U-2 foi derrubado por um ataque de 14 mísseis SA-2 enquanto espionava sobre a URSS. Logo apareceu o SR-71 que combinaria teto de 27 mil metros com velocidade acima de Mach 3 para penetração em profundidade. A aeronave também usava alguns conceitos furtivos. Os SA-2 não manobravam bem a grande altitude e era muito impreciso. O XB-70 Valkyrie seria equivalente ao SR-71 com capacidade de bombardeio mas falhou nos testes por só poder operar muito alto e muito rápido.

Com os radares operando em todas as fases do engajamento, as ECM se tornaria ainda mais importante. Os interferidores da Segunda Guerra forçaram os canhões 88mm alemães a usar pontaria visual que era muito imprecisa a 8-10 mil metros. Foi estimado que as ECM reduziu o atrito dos aliados em 25%.

Cinco anos apos o U-2 ser derrubado, um F-4C Phantom II foi derrubado no Vietnam do Norte. O problema para os caças era muito pior pois eram otimizados para velocidade, alcance e carga de bombas e eram bons refletores radar. Os pilotos sempre consideravam que seriam detectados mais cedo ou mais tarde. A velocidade, táticas e manobrabilidade não garantiam a sobrevivência contra mísseis voando a mais de Mach 2.

Durante as operações Rolling Thunder entre 1965-1968, os SAM ofereceram novos desafios para os caças. Os SA-2 reagiam lento quando voavam e os pilotos desenvolveram táticas para manobrar agressivamente. Os pilotos geralmente apontavam para o míssil e faziam manobra evasivas de alto desempenho que o míssil não conseguia anular. Primeiro tinham que saber que eram atacados e usavam detectores radar (RWR) que indicavam a direção do ataque. O míssil tinha que ser detectado visualmente para as manobras funcionarem.

Se os pilotos voassem a media altitude eram atacados por mísseis SAM e se voavam baixo para se proteger dos SAM eram atacados por artilharia antiaérea. Havia 4.400 peças de artilharia antiaérea na região. O Vietnã do Norte tinha a terceira melhor defesa aérea da época, ficando atrás da URSS e EUA.

Os interferidores de apoio (Stand-off Jammers - SOJ) conseguiam atrapalhar a detecção por algum tempo. Os interferidores de autodefesa tinham que cobrir muita banda e os caças não tinha potencia suficiente tendo que voar em formação para funcionar. Logo apareceu os caças otimizado para supressão de defesas.

Todos os recursos disponíveis eram reunidos em um pacote para proteção mútua e saturar as defesas. Os pacotes na  Linebaker I consistiam de 20-40% de atacantes e 80-60% de escolta como supressão de defesas, MiG-CAP, Escort-CAP, lançadores de chaff e interferidores SOJ. Eram camadas múltiplas de defesas contra todas as ameaças.

Na Linebaker II era esperado perdas de 5% devido as defesas dos alvos. Os ataque foram iniciados com caças F-111 atacando baixo as bases de mísseis SAM e de caças. Os F-4 lançavam cortinas de chaff para mascarar as rotas dos B-52 e os F-105 escoltavam o pacote realizando supressão de defesas. Um total de 67 B-52 atacaram junto com pacotes de 20-61 aeronaves em varias ondas. Doze aeronaves foram perdidas sendo 9 B-52. Os corredores chaff dispersavam rápido e passaram a ser lançados continuamente. No final foram 27 perdas em 729 saídas sendo 15 B-52 e todos para os SAM. A taxa de atrito dos B-52 foi de 2% que seria difícil de sustentar em vários meses. Cerca de 900 SAM foram disparados e Hanói ficou sem reposição. As operações Linebaker passaram a ser o exemplo de conflito futuro esperado.

Os interferidores de longo alcance se tornaram importantes e a USAF logo incorporou o EF-111 para escoltas dos seus pacotes. Interferia nos radares nas bandas de VHF até J a uma distância de até 200km. Cinco EF-111 poderiam cobrir uma região equivalente ao mar Báltico ou mar Adriático.

Em 1973 Israel perdeu 40 aeronaves para mísseis SAM e artilharia antiaérea guiada por radar nas colinas de Golan em um dia. Esta taxa de atrito de 10% forçaria parar as operações mesmo sem perder todas as aeronaves. No total foram 109 aeronaves pedidas em 18 dias. O conflito mostrou a necessidade de desabilitar as IADS. Em 1982, na batalha do Vale de Bekka no sul do Líbano, Israel usou aeronaves AWACS, de inteligência eletrônicas, aeronaves não tripuladas, drones despistadores, mísseis anti-radar, todos coodernados e com pilotos treinados para destruir as defesas aéreas no local.

Em março de 1986 dois caças F/A-18 da US Navy que patrulhavam a linha da morte na Líbia foram atacados por mísseis SA-5. Os mísseis erraram. Em abril a US Navy contra atacou contra bases terroristas. Os interferidores de longo alcance (SOJ) seriam a chave para cegar as defesas aéreas integradas líbias que foram fornecida pelos russos. Os líbios usavam defesas aéreas de cobertura densa e redundante com varias freqüências. O objetivo era dificultar a tarefa de jamear e atrapalhas os ataques com mísseis anti-radar. As linha de comunicações entre os sistemas eram blindadas. Os vietnamitas tinha dificuldade de alertar as baterias de mísseis SAM, mas a líbia não.

A tática principal da operação Eldorado Canyon era um ataque rápido, à noite e voando baixo. Os radares teriam menos de 3 minutos para detectar, identificar, localizar e designar armas antes do caça voar sobre o site (considerando que não haveria cobertura do terreno). O jammer das aeronaves SOJ (EF-111 e EA-6B) diminuiria o tempo de comprometimento.

As ameaças futuras esperadas são os sistemas russos S-300 bem mais sofisticados. As contramedidas eletrônicas podem não ser eficientes como ocorreu no inicio do conflito de 1973 em Israel. Outro tipo de resposta passou a ser necessária.

Furtividade entra em Cena
 
Em 1938, Robert Watson-Watt, inventor do radar, antecipou que os bombardeiros (e por extensão os caças) deveriam ser projetados de forma a reduzir o eco de radar.

No fim da década de 50, material absorvente de radar (RAM) foi incorporado no projeto de aeronaves convencionais. Ele tinha dois propósitos: reduzir o RCS contra ameaças específicas e isolar antenas múltiplas pare prevenir comunicação cruzada. O Lockheed U-2 é um exemplo de aeronave nesta categoria.

Em 1960, já havia conhecimento suficiente que formas e componentes influenciavam no RCS. Já era fato concreto que um plano liso em ângulos retos atingida por uma onda de radar tinha um sinal de radar bem grande, e uma cavidade, com localização similar, também tinha um grande retorno. Então, a entrada de ar e o exaustor de uma aeronave a jato devia ser os principais contribuidores para o RCS no nariz e na cauda nas direções observadas, e a deriva vertical dominava a assinatura lateral. Uma aeronave podia ser projetada com forma e materiais apropriados, e a não ser que um projeto completamente balanceado, sempre haveria um componente que  dominava o retorno em alguma direção particular. Esta era a era do Lockheed SR-71 Blackbird.

Dez anos depois, foram desenvolvidos métodos numéricos que permitiram projetar uma aeronave com RCS balanceado para diminuir o retorno de refletores dominante. Isto levou ao desenvolvimento do Lockheed F-117A e Northrop B-2.

Desenvolvimento furtividade contemporânea iniciou em 1975 para contrapor a complexa e sofisticada IADS Soviética. Até a década de 70 não foi dada muita atenção para diminuir o RCS ou retorno radar. A guerra do Yom Kippur em 1973 e as perdas israelenses para a IADS árabe levou a DARPA a desenvolver o programa Have Blue que resultou no F-117. A tecnologia furtiva pode ser considerada a tecnologia mais importante depois do motor a jato para a guerra aérea. Com um RCS 1000 vezes que uma  aeronave convencional, o F-117 é capaz de passar através pelas defesas russas, tornando inúteis um investimento de US$100 bilhões gastos em 20 anos Soviéticos.

Nos últimos 25 anos tem havido melhoras nos métodos analíticos e experimentais, particularmente com respeito a integração de formas e materiais. Ao mesmo tempo, a facção anti-furtiva está desenvolvendo um grande conhecimento destes requerimento, forçando a comunidade furtiva em outras melhorias.

Próxima parte: Fundamentos do Projeto Furtivo

Atualizado em 10 de Outubro de 2005


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