Técnicas da Forma
É possível mudar a forma de um navio, avião ou
míssil para que a maior parte da
reflexão do radar vá a uma direção
diferente do radar que emitiu. Estas
técnicas de forma são extremamente efetivas contra
radares monoestáticos, com o
transmissor e receptor na mesma antena, e com radares de comprimento de
onda
centimétricas (banda S a Ku).
Radares multiestáticos, de baixa freqüência (HF) e microonda (MW), são pouco usados, ou de curto alcance. A maioria dos radares de busca e guiamento usa banda centimétrica. Se usar um radar HF para detecção, vai precisar de um radar de banda centimetrica para atacar
Para que as
técnicas de
forma sejam efetivas, a configuração da plataforma deve
ser modificada de
acordo com os princípios da geometria ótica. Uma
reflexão deve ser desviada
para uma região sem importância do espaço (e
não de volta para o radar
emissor). O projeto de um navio deve evitar superfícies planas,
cilíndricas,
parabólicas ou cônicas em direção normal a
direção do radar iluminador. Estas
formas tendem a concentrar a energia e fornece um grande retorno de
radar. O
projeto deve incluir o uso de superfícies inclinadas duplamente
que resultam em
uma pequena seção transversal de radar.
O DD-51 tem um
conjunto de 200 mil polígonos básicos junto com 250
mil seqüências de
reflexos. Programa para analisar e calcular assinatura radar de formas
complexas. O
controle da forma precisa do uso de computadores poderosos capazes de
simular o
retorno de uma forma. A vantagem das técnicas de forma
é que o objeto de
forma furtiva não precisa ser feito de material especial. Ruído
nas partes
altas podem causar boa reflexão de radar e mesmo forma furtiva
simples pode não
ser adequada se bem planejada.
Pesquisas realizadas tem mostrado que
o
potencial de redução do retorno de radar será
linear acima de uma inclinação de
7 graus em relação a linha de visão do radar alvo,
com uma taxa de benefício
menor acumulada a inclinações maiores. Devido ao efeito
das ondas, a inclinação
deve também incluir uma margem para o balanço do casco.
O RCS de um ponto de vista de 10-30 graus não deve ser maior que
60-70m2 das
bochechas e 10-15m2 da proa. A maioria das fragatas da década de
80-90 tem RCS
de 500-700 m2.
O ângulo exterior do costado face à superfície
marítima que tem que ser
superior a 90º de forma a deflectir as ondas radar não
absorvidas para cima.
Reflexo na superfície pode aumentar a energia refletiva com
trilha múltipla.
O ângulo entre o
horizonte e a ângulo de inclinação da linha de
visada do radar a partir do navio depende do alcance e altitude do
radar em relação ao navio alvo. A grandes altitudes e
alcances relativamente curtos, o ângulo da linha de visada do
navio ao radar da aeronave ou míssil pode atingir 15-75 graus
acima do horizonte. Para comparação, para um radar AWACS
detectar um navio no alcance máximo ao horizonte radar, o
ângulo da linha de visão será de 1,5-3 graus.
Os estudos sobre
aplicação das técnicas de controle da forma em
navios mostraram que as superfícies externas de um navio
devem ser inclinadas em 9-10 graus no casco e 15 graus na
superestrutura. Assim, o
ângulo de
inclinação das faces do
navio pode ser de 12-15 graus para dar uma diminuição do
RCS adequada contra
radares de navios de superfície, mísseis ou aeronaves a
baixa altitude e
aeronaves a grande altitude e grandes distâncias, mais uma margem
para o
balanço do navio. Uma inclinação menor das faces
do navio produzirá uma
assinatura inadequada e pouca compensação a
movimentação do navio.
Outros estudos mostram que a forma da superestrutura que deve ter um ângulo similar ao do costado e deve ainda ser o mais baixa possível. Também deve ter a forma simplificada ao máximo como a classe La Fayette ou Sea Shadow.
O
balanço do mar pode atrapalhar as técnicas furtivas em
navios.
As vezes estrutura fica próximo da vertical e cria um refletor
de canto com
água. Os protótipos do DDX da Grumman tem casco para
dentro.
O Sea
Shadow da Lockheed é um catamarã com lados para dentro. A
inclinação é muito grande, mas a
conseqüência é ter pouco espaço no
convés para
usar. Grandes ângulos de facetamento são geralmente
impraticáveis para serem
usados nos navios militares, apesar de desejáveis.
Também é importante
evitar os cantos de
grande angulação, como os característicos das
superestruturas dos navios de
guerra atuais. A interseção entre as partes longitudinais
e transversais deve
ser plana para prevenir a interseção de ângulos
altos, mesmo nos navios com
formas facetadas e tombadas. As junções de 90 graus
formam um refletor potente
ao produzirem reflexos múltiplos.
Um
problema é que o RCS não pode ser reduzido em todas as
direções. O RCS depende
do aspecto apresentado ao radar, pois sempre existirá aspectos
onde a reflexão
é muito alta, com regiões de alta e baixa prioridade para
diminuir o RCS.
Uma
aeronave geralmente tem baixo RCS para frente e muito grande de baixo
ou de
cima. O navio deve se movimentar considerando estes pontos de grande
RCS que
devem ser escondidos dos radares inimigos. O ESM/MAGE fornece os dados
necessários. O radar ameaça nunca deve ver uma
superfície plana na direção
normal.
A La Fayette
emprega
uma antenas
de radar rotativo convencionais de grande assinatura (em
oposição aos mais
desejáveis radares planos multifuncionais) e
lança-mísseis de
defesa de ponto de
grande assinatura. O
radar principal tem lados com planos inclinados. O radar gira e aponta os
planos em
direção a ameaça quando
não está em uso para diminuir a assinatura. Outras
técnicas para diminuir o RCS
de radares são o uso de cobertura seletiva a
freqüência e radares de varredura
eletrônica. Quando o radar emite estes detalhes perdem a
importância pois
emitindo não é furtivo. A La
Fayette usa uma cortina de malha de metal na para diminuir o
RCS da baleeira. A estrutura é contínua e não
forma canto. Se possível, a
superestrutura deve ser dividida para evitar um só centro de
alvo (centróide).
Duas estruturas também é considerado melhor para
responder as forças de torção
no navio.
Detalhes
Os detalhes passam a ser importantes após se ter à forma
geral furtiva de uma
plataforma. Um RCS pode ser grande se a plataforma tiver muitas partes
não
furtivas. Assim, também será necessário reduzir a
reflexão de mastros, antenas,
estações, fios, escadas, cantos e cano de canhão.
As janelas devem ser cobertas
com malhas metálicas para evitar que ondas radar entrem e saiam.
Os principais
elementos radiantes que devem ser evitados são os cantos
quadrados, diedros e
triedos, e elementos múltiplos que se reforçam.
Algumas
protusões no convés são inevitáveis como o
cano do
canhão. O canhão
da Visby esconde o cano. Em outros navios ele deve ser coberto com RAM.
O
canhão AGS de 155mm do DDX pode ser escondido (foto).
A tripulação também reflete e evitam ficar no
convés com em um submarino. Em
combate não é problema pois estão em suas
estações de combate.
Os atuais mastros de tripé e treliça são
também inaceitáveis. A redução da
assinatura radar no arco frontal precisa do uso de um corta onda do
tipo proa
"cut-away". Contudo isto pode significar piora na
navegabilidade.
Como
ilustrado pelo projeto inicial do destróier da classe DDG
51, as formas das partes altas podem ser sem sentido se não
forem tomadas
precauções para controlar o efeito de outros refletores:
postes de amarras,
âncora, cercas, corrimões, fechaduras de compartimentos,
escadas, plataformas
de serviço, vigias e janelas de pilotagem, luzes de
navegação, antenas e armas,
qualquer uma pode comprometer o projeto de redução da
assinatura.
Banda
Outro problema
é o quanto se quer diminuir na assinatura radar e contra qual
banda. A furtividade tem limites nas extremidades do espectro radar.
Ondas longas dos radares de baixa freqüência (HF) são
difíceis de contrapor e todo objeto do tamanho adequado reflete
como uma antena. Por outro lado, os radares métricos são
pouco efetivos, principalmente para guiar mísseis.
Plataformas inclinadas
como o Sea Shadow não dá tanta redução do
RCS como esperado contra freqüências mais baixas (HF). O
casco é principal fonte. O tamanho das estruturas não
é tão pequeno
em relação ao comprimento de ondas do radar de busca.
Material absorvente de radar passa a ser a opção para
diminuir o RCS.
A banda de
freqüência de
3-10MHz não responde as técnicas de
diminuição do RCS com forma. Enquanto o RCS
de um navio auxiliar a 3GHZ pode chegar
a 10.000m2, na freqüência de 10MHz será de 100m2 e
não pode ser reduzido.
Na década de 80, a Marconi
testou um radar
HF Surface Wave no mar. O radar foi capaz de detectar navios
além do horizonte
a uma distância de 300km e aeronaves a 400km. Eram efetivos
contra aeronaves
furtivas, mas não teve sucesso comercial. Suspeita-se que tenha
sido usado nas
Malvinas para substituir aeronaves AEW, mas parece que não foram
efetivos.
Modelos semelhantes são usados para defesa costeira no
Canadá. A US Navy testou
em navios em 1998 e mostrou precisar de muito potencia dos
processadores.
A banda de freqüência
milimétrica também não
responde as técnicas de forma. Porém, está banda
tem curto alcance e seria mais
usada para radares de controle de tiro de mísseis.
Custos
Os princípios da tecnologia furtiva podem estar em conflito com
outros
requerimentos de engenharia importantes para o projeto da forma do
navio ou
aeronave, resultando num aumento do custo e desenvolvimento lento.
A fragata francesa da classe
LaFayette usa
um castelo fechado para fornecer uma área externa livre,
desprovida de
instalações geradoras de assinatura. Mas isto aumenta o
peso, aumenta o centro
de gravidade do navio e aumenta a área de perfil.
O
projeto dos navios do passado tem mostrado que a forma do casco e
superestruturas para terem uma redução moderada na
assinatura de radar tem
pouco impacto no tamanho e custo do navio. Contudo, o aumento do custo
dos
navios e redução da RCS está aumentando
consideravelmente em relação ao projeto
de similares convencionais, devido a necessidade de testes de
engenharia e
projeto e requerimentos de instalações de casco
não convencionais, RAM e
coberturas.
Um navio dura muito tempo e a furtividade não pode ser mudada
facilmente. O
desgaste provocado pelo ambiente deve diminuir as
características furtivas
progressivamente.
Um navio muito furtivo como o Sea Shadow
tem pouco flutuabilidade com
mais
coisas internas. A parte alta terá menor
flutuação. Se sofre danos debaixo
dagua terá pouca margem para parte que afunda.
As
ondas produzem deformações no casco, deixando o desenho
dos cavernames a vista. A futura fragata de defesa aérea Type 45
britânica já
virá com estas deformações feitas de forma
controlada.
O casco da Visby
é
extremamente plano para dar um bom controle dos reflexos de radar. Um
casco
convencional com cavername amassado resulta em reflexos descontrolados
que
facilitem a detecção.
Seção
frontal da fragata K-130 da Alemanha mostrando forma em X do casco.
Cálculos e
testes da Blohm+Voss mostrou que forma em X especificas diminuem o RCS
significativamente. Está técnica está em uso
na usada na fragata MEKO A-100
Meko da Africa do Sul. Os estudos espanhóis mostraram que o
desenho em X da
MEKO 200 não é bom para refletir eco do mar. O melhor
é o V invertido como o do
Sea Shadow.
A história da Visby iniciou em 1985 quando a FMV iniciou estudos de furtividade em navios. A Suécia já tinha
realizado estudos de diminuição da assinatura IR na década de 70. Os estudos posteriores incluem simulações,
jogos de guerra e testes em campo com o navio Smige.
Corveta israelense Saar 5 disparando um
torpedo. Os tubos de torpedos ficam escondidos, mas o tripulante no
convés está aumentando o RCS do navio.
Marterial Absorvente de
Radar
Basicamente existem 4 métodos de
redução da assinatura com material antiradar:
- Coberturas RAM (radar absorbent
material - material absorvente de radar)
- Estruturas RAS (radar absorbing
structure - estrutura absorvente de radar)
- Tintas RAP (radar absorbing paint -
tinta absorvente de radar)
- Compostos de carbono CFC (carbon fiber
composites - composto de fibras de carbono)
Os materiais absorventes de radar são usados para diminuir RCS de plataformas de forma não furtiva ou para freqüências que as técnicas da forma não cobrem (HF e microonda) em plataformas furtivas. As freqüências de 6-18 GHz cobrem os radares de mísseis. No futuro o material absorvente de radar deve cobrir a até a freqüência de 98GHz.
Os
materiais absorventes de radar cobrem freqüência
limitada. A cobertura do F-117 pode ser trocada e acordo com a
freqüência do radar
inimigo esperado, geralmente de vigilância ou
iluminação de alvo.
O uso
de material absorvente de radar para
uso naval é bem antigo. Os alemães usaram tinta
absorvente de radar nos
periscópios dos seus U-boat durante a Segunda Guerra Mundial.
Vários países da
OTAN aplicavam material absorvente de radar em fragatas na
década de 80 com ótimos
resultados. O programa Outlaw Bandit foi desenvolvido pela US Navy para
equipar
as escoltas Spruance e Perry diminuindo em muito o RCS em algumas
bandas de
radar. A URSS usava um RAM próprio. Em 1991, durante a Guerra do
Golfo, as
marinhas da Austrália e Reino Unido usaram RAM em seus navios
deslocados para o
golfo que tinham um RCS sensivelmente menor.
O uso de material absorvente pode ser feito em novas plataformas e em navios já existentes. O uso de material absorvente de radar é a escolha óbvia caso não seja possível modificar a estrutura de plataformas já existente.
Os RAM dividem-se em 2
grupos: os dielétricos e os magnéticos.
Os RAM
dielétricos são baseadas em plásticos de alta
constante dielétrica. Usam materiais como o carbono ou grafite
para alterar as propriedades elétricas do material. O RAM deste
material é muito espesso e pesado. Precisa de muita
manutenção.
Os RAM
magnéticos usam material ferromagnético como o ferro
carbônico e óxidos ferrosos (ferrites) e terras raras
ferromagnéticos (bem mais caros). O material é utilizado
em pequenas esferas revestidas embutidas em folhas de borracha. Estes
materiais produzem maior absorção, mas podem induzir
emissões parasitas. Também são mais pesadas.
Nos dois casos, uma camada do material resultante é associado a uma de material refletivo com pequenos sulcos de dimensão igual à metade do comprimento de onda da freqüência a absorver. Podem ser usados em várias camadas para cobrir várias freqüências.
A onda penetra na
1ª camada dielétrica onde uma parte dela é absorvida
pelo material RAM. A camada refletiva com os sulcos vai refletir a
radiação restante mas em oposição de fase
pelo que a onda refletida e a incidente se degradam mutuamente. A
radiação refletida residual é ainda absorvida
outra vez pelo material. Entre 95-99% da radiação pode
ser absorvida considerando que a onda corresponde ao tamanho dos sulcos
e das esferas e à espessura do material. A energia é
convertida em calor, mas como é muito pequena, não chega
a alterar a assinatura térmica.
O RAM pode ser usado
de várias formas:
. Painéis
absorventes de radar. São de fácil transporte e com
fixação temporária. Tem banda fixa e são
colocados antes do combate ou área de ameaça.
. Laminas absorventes
de radar. São igual as anterior mas para
instalação mais prolongada. São mais leves, mas
podem desestabilizar o navio se colocada no alto.
. Placas absorventes
de radar. laminas com melhor especificação. São
semelhantes a de aviação.
. RAS(radar absorbing
structure) ou Structural RAM(SRAM) são as coberturas RAM
melhoradas para uso em estruturas. São uma colméia de
fibra de vidro tratada de dentro para fora com material cada vez mais
resistivo. A fibra pode ser substituída por plásticos de
alta resistência dielétricas ou cerâmica para zonas
de alta temperatura. O RAS já são usados para evitar ecos
em torres altas onde podem ser confundidas com aviões
próximos de uma base aérea.
. RAP (radar absorbing
paint) são tintas à base de micro-esferas revestidas a
ferrite numa base de poliuretano tratado com alta constante
dielétrica. A RAP é muito vulnerável à
corrosão e para isto pode ser utilizado outras substancias
ferromagnéticos como terras raras (neodímio,
samário). Também pode ser usado outra variedade utiliza
micro-fibras com 1/4 do comprimento de onda (ou com vários
tamanhos para vários comprimentos de onda) orientadas em todos
os sentidos. O RAP também pode ser chamado de RAM de spray e
é usado em zonas de difícil acesso onde não
é possível usar outro material. Também costuma ser
mais pesado que outros materiais.
. CFC (carbon fiber
composites) podem ser utilizados em algumas estruturas e por não
serem metálicos refletem muito pouco. Uma técnica
é a utilização de sanduíches de CFC e
folhas metálicas espaçadas de forma a criar
reflexões múltiplas em oposição de fase
(armadilha triangular) até que a onda se degrade totalmente.
Outro tipo de
material furtivos são as espumas leves usadas em locais
transparentes ao radar como antenas e domos.
Outras técnicas não são consideradas como material absorvente como as películas refletoras de radar usadas em vidros e partes transparentes. Os navios furtivos precisam de aberturas eletrônicas, pois as antenas aumentam em muito o RCS. As antenas podem ser cobertas com material transparente a certas freqüências de radar para diminuir banda de radar visual. Obviamente esta transparência só cobre a freqüência que a antena opera.
O Exocet Block II irá usar cobertura do nariz otimizada e ficará com um RCS extremamente baixo. Estas coberturas não são necessárias em tempo de paz e é necessária para guardar segredo sobre o RCS verdadeiro da plataforma. Por outro lado, sistemas que usam técnicas de mudança na freqüência tem dificuldade de operar como no caso do uso de técnicas de salto de freqüência.
Existem
várias abordagem para o uso de RAM nos navios de
superfície, pode ser integral,
onde o RAM é usado no centro dos painéis compostos da
estrutura, ou modulares
como cobertura externa. O RAM de cobertura é facilmente
danificado pelo mar e
de manutenção difícil. Por outro lado, a cobertura
é inerentemente modular e é
relativamente rápida de instalar prestando-se para surpresa
técnica-tática e inovações.
O uso de RAM no recheio de fibra de vidro ou painéis estruturais
compostos
foram avaliadas como mais custo efetivos em curto prazo, mas
comprometem a
efetividade a longo prazo e limita significativamente as oportunidades
de
crescimento.
O Advanced Enclosed Mast/ Sensor (AEM/S) foi testado no USS Radford. O material permite passar freqüências desejadas.
O navio de assalto LPD-17 da US Navy foi projetado para operar em ambientes hostil tradicional e assimétrico próximo ao litoral. Recebeu técnicas furtivas para diminui RCS. A proteção inclui apoio aos danos de combate, isolamento contra fogo, estrutura resistente a explosão e ejeção de fumaça. Terá dois Advanced Enclosed Mast/ Sensor (AEM/S) com forma e material avançados.
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