Superioridade Aérea

A superioridade aérea é uma necessidade primária em qualquer conflito. Desde 1939 nenhum país ganhou uma guerra sem obtê-la, nenhuma ofensiva teve sucesso e nenhuma defesa se sustentou contra um inimigo que tinha superioridade aérea. Conseqüentemente, nenhum estado perdeu um guerra enquanto manteve a superioridade aérea, e obter superioridade aérea é o prelúdio para uma vitória militar.

Sem superioridade aérea as perdas podem ser menores que os danos causados ao inimigo. No conflito do Golfo em 1991, os aliados conseguiram superioridade aérea imediata. A superioridade aérea de teatro foi conseguida em alguns dias e depois supremacia aérea total apos uma semana.

Um estudo da General Dynamics na década de 80 identificou a furtividade como a principal característica para conseguir superioridade aérea. Os caças sempre usaram camuflagem e os pilotos de caça sempre usaram táticas furtivas.

No Estudo "Red Baron", a USAF observou que no Vietnã metade das tripulações derrubadas e cerca de 82% dos pilotos atingidos não sabiam que estavam sendo atacados por outra aeronave. A mesma experiência aconteceu nas duas Grandes Guerras e na Coréia. A bibliografia de ases da aviação de caça está cheia de referência do seu sucesso devido a habilidade de ver o oponente antes de ser visto, atacar com o sol nas costa e atacar o adversário nos seus lados cegos.

Furtividade, neste sentido, significa detectar o adversário antes que seja detectado. O termo correto se aplica aos várias materiais e técnicas que diminuem a susceptibilidade de uma aeronave de ser detectada. Tecnologia furtiva inclui tudo que minimiza a assinatura e a emissão de sinais, com o objetivo de aumentar a eficiência das contramedidas e sensores da plataforma e atrapalhar ou atrasar a sua detecção e identificação pelo inimigo. O objetivo é evitar ou retardar a detecção, identificação e aquisição de alvo pelo inimigo e aumentar a capacidade de atirar primeiro da plataforma e aumentar a capacidade de sobrevivência. O principio é o mesmo dos U-Boat alemães - disparar sem ser visto, desengajar e desaparecer. Evitar combate aproximado também é importante pois num combate a curta distância 1x1 depende muito da sorte e outro oponente pode aparecer de surpresa.

Outro fator crítico na superioridade aérea é a velocidade. A velocidade diminui o tempo de reação do inimigo e dá liberdade para engajar e desengajar se necessário. A iniciativa é sempre do combatente mais rápido. No caso das aeronaves furtivas de superioridade aérea como o F-22, a velocidade que interessa é o supercruzeiro.

Velocidade supersônica pode ser considerada uma contramedida pois reduzem a susceptibilidade a mísseis SAM e outros caças. Quando um SAM detecta uma aeronave supersônica, com o F-22 voando alto em supercruzeiro em território inimigo (>Mach 1.4 a 15 mil metros), ele sobrevoa o lançador antes que o míssil possa atingir sua altitude e o engajamento se transforma em uma perseguição por trás onde o F-22 poderá facilmente se afastar do míssil ou desaparecer do radar de controle de fogo. Passar 50% do tempo em supercruzeiro de Mach 1.5 equivale a penetrar 400 km no território inimigo em meia hora.

stealth SR-71
Gráfico mostrando com o SR-71 usava a velocidade e altitude para sobreviver aos mísseis SA-2. Deve ser considerado que a aeronave alvo não irá usar contramedidas eletrônicas e nem mudar de direção. A grande velocidade do SR-71 diminuía em muito o envelope dos mísseis SAM. Esta combinação é usado até hoje no F-22. As táticas de reconhecimento de fronteira na Europa do RF-101 era ingresso baixo, subida rápida até 10-15 mil para fotografar além da fronteira, voava 3 minutos, tempo de resposta do SA-2 até serem engajados, e desciam também rápido.

stealth F/A-22
Diminuindo o alcance de detecção é possível multiplicar a área de atuação. Se diminuir em 10 a distancia detecção a área em que uma aeronave pode operar livremente aumenta em 100 vezes. A área onde o caça está sob perigo é chamado de anel de ameaça O gráfico mostra como isto funciona comparando um caça convencional contra outro caça furtivo voando em direção a uma bateria de mísseis SAM de longo alcance. O caça convencional voando a Mach 0,9 a 40 mil pés é detectado no ponto A e acompanhado pela bateria de mísseis SAM que dispara um míssil para interceptar no ponto B. O míssil tem energia suficiente para conter manobras evasivas. O F-22 voando a Mach 1,4 a 60 mil pés só é detectado no ponto C. O míssil demora para atingir sua altitude. Com menos energia o alcance de perseguição facilita manobra evasivas em D. O resultado é que a furtividade atrasa a oportunidade do inimigo de disparar que acontece mais para o final do engajamento enquanto a velocidade, contra uma ameaça no solo, reduz o tempo de reação da detecção até o lançamento e reduz o alcance cinemático de mísseis antiaéreos ou artilharia antiaérea. 

Em combates aéreos a velocidade supersônica permite controlar o engajamento, facilita surpreender o inimigo por trás, evita ser pego de surpresa na posição 6 horas/por trás e fica mais fácil surpreender aeronaves lentas.

Testes da USAF em 1962 entre o interceptador F-102 Dagger e o bombardeiro supersônico B-58 ensinou aos dois táticas para atacar e evadir. Também mostrou que um bombardeiro supersônico é bem difícil de interceptar.

O bombardeiro Mach 3 XB-70 poderia ser aeronave que salvaria muitas vidas de tripulantes do B-52 que atacavam alvos na bem defendida Hanói. A aeronave levaria uma carga de 22t com alcance de 14 mil quilômetros sem reabastecimento, mas nunca atingiu os requisitos.

A velocidade significa resposta rápida o que é crucial para um interceptador e pode aumentar a razão de saída com a aeronave ficando pouco tempo no ar.

As armas lançadas, ar-terra ou ar-ar, tem mais energia e o alcance é aumentado. Está vantagem permitiu cortar gastos no projeto do F-22 pois o AMRAAM tem seu alcance aumentado e também é ajudado pela furtividade que permite que o Raptor se aproxime com segurança de um caça inimigo armado com mísseis de longo alcance. O alcance do AIM-120C AMRAAM aumenta em 50% se a velocidade aumenta de Mach 0,8 para 1,5 a grande altitude. Um míssil ar-solo pode planar até 170 km se lançado em alta velocidade e grande altitude.

stealth missile engajament zone
Gráfico mostra o engajamento além do alcance visual entre uma aeronave uma aeronave convencional com RCS de 5m2 chamada de "vermelha", e a aeronave "azul", um caça furtivo avançado. O gráfico da esquerda assume que cada caça tem um míssil ar-ar de alcance de 50km. O gráfico da direita assume que estão armados com mísseis ar-ar de alcance de 100km. Se a aeronave "azul" tem um RCS de 0,1m2, ele irá detectar a aeronave "vermelha" primeiro e disparar 60-80 segundos antes se as duas aeronaves tiveram radares com a mesma potência. Mesmo se a aeronave "vermelha" tiver um radar mais potente (linha pontilhada no gráfico da direita), não conseguira vantagem.

Em 1982 a USAF simulou o uso de caças F-117 com mísseis ar-ar para atacar aeronaves AEW "Mainstay" russas. Os resultados mostraram que não seria efetivo por falta de velocidade. Num conflito leste-oeste, o "Mainstay" detectaria caças OTAN voando baixo. Um ATF (atual F-22) poderia realizar as tarefas anti-AWACS e manter a utilidade dos atuais caça-bombardeiros da OTAN.

Os caças precisam ligar o pós-combustor para aumentar a potencia aproveitam o combustível não queimado e já aquecido (20%) e injetam mais. A idéia é aumentar a potencia em até 50%. Com turbinas bem mais potentes o F-22 não precisa ligar o pós-combustor para atingir velocidades supersônicas. O consumo é bem menor assim como a assinatura térmica e visual.

A primeira aeronave com supercruzeiro não foi o ATF. O título é do B-58 Hustler que voava em supercruzeiro mas tinha que usar o pós-combustor ou mergulhar um pouco para acelerar do arrasto transônico até alcançar velocidade supersônica. O F-16XL, os novos modelos do F-16, o Eurofighter, o F-4 equipado com a turbina PW1120 e os novos caças de 5a geração russos MiG-1.44 e Su-47 também são capazes de atingir supercruzeiro sem pós-combustor. O protótipo do Rafale voou a Mach 1,4 sem usar o pós-combustor usando a turbina F-404, mas acelerava com o pós-combustor. O F-15C propulsado pela F100-PW-100 consegue manter supercruzeiro de Mach 1,04. O YF-23 também podia voar em supercruzeiro e a furtividade e velocidade era melhor que a do YF-22 mas era menos manobrável por não ter vetoramento de empuxo. 

A manobrabilidade é outra característica importante da superioridade aérea. Ao contrário da furtividade e supercruzeiro, a alta manobrabilidade é mais usada para táticas defensivas que ofensivas. Manobrar mais que o adversário para derrubá-lo não é uma boa tática. Um dogfight demora muito, o fator sorte é significativo e o torna susceptível a outro oponente que não o que está engajando.

Os melhores pilotos de caça geralmente evitam dogfight sempre que possível. Manfred von Richthofen, o famoso Barão Vermelho, foi derrubado ao violar este princípio. Os pilotos de caça geralmente operam na parte do envelope de vôo que favorece as características de manobra da sua aeronave e evitam o envelope onde o adversário leva vantagem. Ter boa manobrabilidade em todas os envelopes elimina estas considerações e aumenta a flexibilidade tática.

A manobrabilidade foi quantificada em 1960 por John Boyd na teoria energia-manobrabilidade e sua teoria foi usada no projeto do F-15 e F-16. As principais medidas de energia-manobrabilidade são a capacidade de g sustentada (habilidade de virar sem perder altitude e velocidade), cerca de 3-4 g´s nos caças atuais; g instantâneo (habilidade de virar o nariz sem afetar em muito a velocidade), a maioria dos caças atinge 9 g´s instantâneo; e excesso de potência específica (medida da capacidade da aeronave de subir, acelerar ou girar em qualquer condição de vôo). Outro parâmetro de interesse é o tempo de aceleração transônico, por exemplo o tempo necessário para ir de Mach 0,8 até Mach 1,2. Comparando estas características de dois caças é possível mostrar qual tem vantagem tática num dogfight.

O alcance é outro requisito que pode ser importante para se obter superioridade aérea. O F-15 tinha requisitos de operar em um cenário como Vietnã sem reabastecimento em vôo substituindo o F-4. O Vietnã sempre quis uma aeronave de longo alcance para perseguir os caças americanos até as zonas de reabastecimento. Acabou comprando o Flanker. Os F-104 foram usados como escoltas no Vietnã. Tinha curto alcance e os pilotos vietnamitas esperavam voltar para atacar as aeronaves de ataque. Foi retirado de ação rapidamente no final de 1967.

O F-22 é um caça grande por ter o mesmo requerimento de alcance do F-15 e para levar turbinas potentes para atingir supercruzeiro. O F-101 Vodoo era um caça grande, de longo alcance, para escoltar os B-36. Pesava 24 toneladas sendo 6,1 toneladas de combustível  interno. Tinha como requerimento um raio de ação de 1459km.

Outra característica que conta na capacidade de sobrevivência é a habilidade de operar de pistas curtas. O benefício é menos claro que furtividade, velocidade e manobrabilidade. Decolar com pouca distância em bases com pistas destruídas é outro fator que conta na capacidade de sobrevivência e num fator menor na furtividade enquanto no solo ao operar de pistas de dispersão em rodovias.

O preço da STOL é alto. Esta necessidade depende da capacidade de contra-ataque aéreo do inimigo (capacidade de destruir as aeronaves amigas antes que decolem). Depende do número de pistas de pouso a serem destruídas para afetar a capacidade de voar e a habilidade de reparo das forças amigas de traze-las de volta a operação. Depende ainda das forças de defesas aérea e antiaérea em parar as sortidas inimigas de atingirem as bases amigas em primeiro lugar. Outro fator é bombardear a aeronave ou as pistas. Vai depender da efetividade dos abrigos reforçados e da capacidade de saber onde estão as aeronaves. A melhora maneira de destruir uma aeronave é quando ainda está no chão. 

Um caça com capacidade de vôo supersônico e alta manobrabilidade tem razão peso-potência e carga alar que dá uma capacidade STOL inerente. Esta capacidade pode ser melhorada com trem de pouso reforçado para operar em pistas reparadas e reversores de empuxo. O peso destas melhorias diminuem a razão peso-potência.

O vetoramento de empuxo (TVC) pode ser usado em decolagens curtas para levantar o nariz em uma velocidade em que a cauda não conseguiria isso sozinha. O TVC permite ter uma cauda menor que permite atingir uma certa velocidade com menos arrasto e potência. O TVC também aumenta o controle em grandes ângulos de ataque durante manobras agressivas.

Conciliar estes requerimentos de superioridade aérea é muito custoso e difícil. A velocidade supersônica precisa de uma fuselagem longa e fina que vai contra a agilidade. A agilidade depende de grandes asas, que é difícil de conciliar com uma asa pequena e fina necessária para supercruzeiro. A melhor cauda é nenhuma para furtividade e velocidade, mas não para manobrabilidade. O armamento e o combustível interno precisa de grande volume interno que vai contra aerodinâmica de supercruzeiro.

Armas modernas também são um fator cruicial para conseguir superioridade aérea. Um piloto com mira no capacete apontando um míssil tipo "aponte-e-dispare" como o ASRAAM, AIM-9X, Python 5 ou IRIS-T não precisa se preocupar em manobrar a aeronave para se posicionar e disparar. Os mísseis de longo alcance tornaram o combate relativamente fácil lembrando um vídeo game tão fácil como apertar botões, apesar de ser complicado contra um inimigo com armas equivalentes.
 

Fusão Sensores

A historia mostra que poucos pilotos eram efetivos. Na Segunda Guerra Mundial apenas 21% dos pilotos de caça conseguiram vitórias aéreas e 3,6% desse total (1/6 dos que tiveram vitórias) se tornaram ases (5 ou mais vitórias). na Guerra da Coréia este valor foi de 38% e 4,8% respectivamente. A capacidade de um caça pode ser multiplicada se for possível aumentar o numero de ases ou pilotos que conseguem um "kill".

Um dos empecilhos é o tempo que os pilotos gastam pilotando, navegando e monitorando os sistemas da aeronave. Um caça como o MiG-21 precisa de 90% do tempo de um piloto apenas para realizar esta tarefa. Um caça atual como o JAS-39 Gripen tem esta relação invertida e o piloto tem mais tempo para gerenciar os sensores, pensar em táticas e atacar. O que tornou isto possível foram os computadores que permitiram a automação, diagnostico automático e meios de autotestes.Sistema de vôo "Fly-By-Wire" evitam que o piloto tenha que se preocupar em com o envelope de vôo da aeronave.

Para facilitar ainda mais é possível maximizar a informação e minimizar os dados mostrados ao piloto. O F-22 usa sensores e os mostra de três formas:

- Fusão de sensores, combinando dados de todos sensores e mostra o alvo na tela, aliviando piloto de monitorar e comparar vários monitores.
- Gerenciamento de sensores. O piloto não controla os sensores que muda de modo acordo com a situação tática.
- Controle de emissão, mantendo as emissões a menor possível automaticamente.

A cabine do F-22 tem três mostradores de 152x152mm, um de backup de instrumentos e um HUD. Nenhum funciona como mostrador de radar, guerra eletrônica, comunicações, navegação ou identificação dedicados. Estes sistemas são periféricos do sistema chamado Common Integrated Processor (CIP) controlado por um software de 1,7 milhões de linhas de código.

A tela central mostra o cenário além do alcance visual, o da esquerda a situação defensiva e o da direita é usado para ataque. O central é o mais detalhado e todos com símbolos comuns com forma e cor diferente, fácil de distinguir se o piloto usar óculo de proteção laser. Os F-22 na formação são círculos azuis e os caças amigos são verdes. Cada símbolo tem um vetor indicando a direção e velocidade aproximada, assim como símbolos de identificação. A aeronave recebe dados adicionais do AWACS e Rivet Joint e dos outro F-22 por datalink. Todos os pilotos da formação vêem o mesmo quadro de situação geral.

stealth F/A-22
O controle de emissões é muito importante nas aeronaves de superioridade aérea. O radar APG-77 do F-22A gerencia a potência de acordo com a posição do alvo. Nos mostradores da cabine do F-22A, o computador define a esfera de espaço aéreo ao redor dividida em camadas:
1 - Consciência situacional geral
2 - Priorização de alvos pela identificação e/ou potencial de ameaça
3 - Decisão de engajamento ou evitamento
4 - Detecção para permitir negação de vantagem para a ameaça
5 - Implementação de reações defensivas

Na zona mais externa os alvos não podem ser atacados. Um AWACS pode detectar um alvo na zona externa e passar os dados por datalink para o F-22A. Como não é ameaça o radar do caça não é ligado. Os dados também podem vir do sistema de guerra eletrônica, datalink, radar de outros caças e sistemas passivos EO/IR. Os sensores passivos são os mais importantes principalmente o datalink. No F-22A os sistemas de navegação, comunicação, navegação e identificação são periféricos de um computador central e os dados são fundidos num sistema único.
Se o alvo liga o radar o sistema MAGE Lockheed-Sanders ALR-94 é capaz de identificar a emissão e as vezes a localização. Quando o alvo entra na zona de engajamento/evitamento, o piloto marca o alvo. Os alvos podem ser divididos para ataque pela formação com datalink e um radar pode ser usado por toda formação. O piloto pode desconsiderar a lista e atacar manualmente. A automação só ajuda e não controla o piloto, facilitando a tomada de decisão ao invés de automatizar o processo de decisão. Como as zonas externas não têm ameças não são monitoradas. Se o alvo se aproxima são identificados com o radar. Na próxima zona o piloto deve atacar ou evitar a ameaça. Na zona mais interna o F-22A fica vulnerável aos mísseis inimigos. Quanto mais próximo maior quantidade de pulsos sobre o alvo. A tela defensiva mostra as contramedidas e opções de manobras contra ameaças iminentes. A tela mostra o alcance e envelope dos mísseis do F-22A. O piloto usa as informações para decidir se dispara e foge, ou espera para se aproximar e dar poucas chances do inimigo fugir. O HUD mostra avisos de disparo (SHOOT). Quando o piloto dispara o sistema passa para o próximo alvo.

Como já mostrado, a integração de aviônicos é importante para explorar a furtividade, velocidade e sensores internos e externos. A fusão de dados deve ser feita em uma tela que alivia trabalho de monitorar varias. Os símbolos devem ter forma diferente como triângulos, quadrados e círculos para o caso do piloto usar visor anti-laser que bloqueia certas cores. O mostrador multifuncional defensivo deve mostrar o envelope dos mísseis inimigos o alcance de detecção contra a aeronave.

Próxima parte: Armas Furtivas

Atualizado em 01 de Novembro de 2005


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