ATF - Advanced Tactical Fighter

ATF - Advanced Tactical Fighter F-22A

Por volta de 1969-1970, antes do F-15, F-16 e A-10 entrarem em serviço, a USAF iniciou o estudo TAC-85 para saber como seriam seus sucessores. O resultado levou a um Conceito Operacional em 1971 chamado
ATF - Advanced Tactical Fighter. Nesta época o conceito era bem vago com alguns pequenos estudos no inicio da década. Em 1975, a USAF pretendia construir dois protótipos do ATF que voariam em 1977 e 1981, mas estava sem fundos.

Em 1976, a USAF começou a considerar a incorporação de tecnologia furtiva nos projetos, após o sucesso do Have Blue, que reanimou o projeto.

Os estudos que levaram aos requerimentos do ATF incluem o ATEI sobre supercruzeiro, ou voar supersônico sem usar o pós-combustor, o ATASMA sobre o efeito de ataque contra bases aéreas, aeronaves de pouso e decolagem curta (STOL) e aeronaves de longo alcance e o ACEMA sobre o efeito do alcance nas aeronaves de combate.Também foram feitos estudos comparando aeronaves pequenas de capacidade limitada contra aeronaves grandes e mais capazes.

A capacidade de supercruzeiro seria importante no cenário europeu pois pensava-se que apenas os caças estacionados no Reino Unido e Benelux poderiam sobreviver no solo e teriam que ser rápidos para cruzar a distância até a Alemanha. Também teriam que ter capacidade STOL. O alcance teria que ser maior que o F-15 para operar de bases mais distantes e seguras.

Já no Vietnam era notado a necessidade de um caça que pudesse decolar e operar no Vietnã do Norte sem precisar de reabastecimento em vôo. O raio de combate de 700km do F-4 era inadequado e o programa VFX (F-14) e FX (F-15) tinham requerimento de raio de ação de 1800km. Os F-104 de escoltam no Vietnã tinham que voltar quando o combustível acabava. As aeronaves de ataque continuavam e os MiGs estavam esperando longe do alcance dos F-104.

Os inimigos do futuro podem estudar outras guerra e saber que a vitória precisa da negação de bases regionais. A USAF terá que operar muito longe e o F-22A pode fazer isso. O F-22A será um viabilizador de teatro, protegendo bombardeiros e aeronaves de apoio e destruindo bases de mísseis SAM. Sua missão é manter os céus limpos para as forças aliadas. Se a regra de engajamento forçar um combate aproximado, o F-22 tem manobrabilidade e armas adequadas (canhão e mísseis AIM-9X). O F-15 atualmente tem que operar na zona sem escapatória dos mísseis e não é furtivo. O F-15 usa o desempenho e contramedidas eletrônicas para conseguir superioridade aérea em território inimigo.

Em 1978, a USAF iniciou dois projetos separados, o Enhanced Tactical Fighter (ETF) e o Advanced Tactical Attack System (ATAS). O ETF seria um projeto de curto prazo, enquanto o ATAS seria um projeto em longo prazo concentrado em novas armas e tecnologias avançadas. A ênfase foi na capacidade de ataque ao solo, assumindo que os novos F-15 e F-16 seriam capazes de superar os caças russos. Quando surgiu a ameaça do MiG-29, MiG-31 e Su-27, a capacidade ar-ar também passou a ser considerada. Em abril de 1980, o ETF foi parado e o ATAS se tornou o ATF com capacidade ar-ar e ar-solo e começou a ser considerado a capacidade STOL.

Um RFI (pedido de informações) foi lançado ainda em 1981 para um ATF com capacidade a ar-ar e ar-solo e desempenho para escapar das defesas dentro do território soviético para atacar caças e bases aéreas com objetivo de conquistar a superioridade aérea. Teria que ter furtividade e ter capacidade de voar em supercruzeiro. Com sensores furtivos e mísseis de longo alcance/BVR teria capacidade de ver primeiro e atirar primeiro. Foram chamadas a Boeing, Fairchild, General Dynamics, Grumman, Lockheed, McDonnell Douglas, Northrop, Rockwell e Vought. Destas sete responderam em 1982.

No inicio da década de 80 a capacidade ar-solo parecia menos urgente quando o F-117A estava sendo desenvolvido. O F-111 deveria ser efetivo até a década de 90 e o F-15 e F-16 poderiam ter papel ar-solo. O resultado foi otimizar o ATF na arena ar-ar.

Em 1982 a USAF tinha com prioridade anular a força soviética modificando caças atuais o que levou ao F-15E. O próximo passo era um caça mais avançado para substituir o F-15 e superar o MiG-29 e Su-27.

Em 1983, o programa ATF foi reorientado para a arena ar-ar e seria o substituto do F-15. Teria armamento similar, capacidade de supercruzeiro, STOVL com TVC e maior alcance. Em 1982, foi discutido com os concorrentes os requerimentos de supercruzeiro, raio de 600-800 milhas e operação em pista de 700m.

O RFP foi lançado em 1982 com entrada em serviço previsto para o meio da década de 1990. Em setembro de 1983, foram financiados estudos de conceitos de definição para a Boeing, General Dynamics, Lockheed, McDonnell Douglas, Northrop e Rockwell. Na mesma época foi iniciado o programa paralelo do motor do ATF chamado Joint Advanced Fighter Engine (JAFE).

ATF - Advanced Tactical Fighter
Estudos do ATF da General Dynamics.

Os requerimentos do ATF eram chamados de "três S´s" (Stealth, Supercruise e STOL). Com estes requerimentos seria possível estimar o tamanho do ATF e desenvolver os motores. O requerimento era um raio de combate de 1110-1480km ou  maior que o F-15 e capacidade de supercruzeiro de Mach 1.5. Em termos de manobrabilidade deveria puxar 5 g´s a Mach 1 e 6g a Mach 1.5 a 10 mil metros. A 3 mil metros deveria ter capacidade de giro instantâneo de 9gs a Mach 0,9 e sustentar 2g a Mach 1.5 a 15 mil metros.

O ATF deveria operar em uma pista de 610m e precisaria de um de reversor de empuxo. O limite foi depois aumentado para 915m para diminuir os custos. O custo seria de US$ 40 milhões com dólar de 1985 com custo de ciclo de vida menor que o F-15. O peso seria de 27t no modo ar-ar e 36 t na configuração de ataque ao solo. O campo de visão dos sensores era de 120 graus para cada lado do nariz. A supermanobrabilidade com o  uso do vetoramento de empuxo (TVC) e a fusão dos sensores também passaram a fazer parte dos requerimentos. 

Em 1985, foi lançado um RFP (pedido de propostas) para o ATF com entrada em serviço no meio da década de 90. O programa passou a ser chamado de Senior Sky. Em 1986, foi decidido realizar uma competição de dois protótipos para uma fase de demonstração e validação (DEM/VAL). As empresas se uniram em equipes lideradas pela Lockheed/Boeing/General Dynamics e Northrop/McDonnell Douglas. Seriam construídos dois protótipos, o YF-23A "Black Widow II e o YF-22A "Lightning II". Cada equipe recebeu um contrato de US$818 milhões para esta fase.

O YF-22 foi escolhido em abril de 1991. A Lockheed recebeu um contrato de desenvolvimento de US$10,9 bilhões que incluía o desenvolvimento do motor.

ATF - Advanced Tactical Fighter YF-23
Protótipo do YF-23.

F-22A
A foto mostra a diferença dos conceitos iniciais do ATF até chegar ao protótipo YF-22 e o F-22A operacional. Entre as diferenças mais notáveis entre o YF-22 e o F-22A estão a entrada de ar mais curta, a asa com enflexamento maior e estabilizadores horizontais e verticais menores.

Suspeitasse que a manobrabilidade YF-22 com TVC superou a furtividade do YF-23 como o principal fator na decisão final. O YF-23 atingiu supercruzeiro de Mach 1.43 e velocidade máxima de Mach 1.8. O YF-22 atingiu supercruzeiro de Mach 1,58 com a turbina GE.

As discussões iniciais com as empresas logo mostraram que a Lockheed tinha muita vantagem no controle de assinatura. Seus estudos de analise operacional também mostrou como a furtividade era relevante e foram decisivos na vitória.

Quando a Lockheed começo a criar as formas curvas do ATF teve que deixar de usar os software analíticos. A manobrabilidade e velocidade supersônica melhorou e passaram a testar as formas no estande de radar da compania e o desempenho foi bom.

A configuração passou rapidamente de facetado para curvas suaves. A configuração da fase de avaliação tinha formas curvas e apenas o nariz era facetado. Antes de 1985 eles não sabiam como fazer um radome furtivo curvo. A Lockheed tinha que conciliar furtividade, supercruzeiro e agilidade. A furtividade influencia a forma e ângulos de todas as superfícies externas, armas e combustível internos. A fuselagem teria um grande volume comparado com uma aeronave convencional. A capacidade de supercruzeiro exigia pouco arrasto, ou uma fuselagem mais fina e asas e cauda pequenas, sendo incompatível com grande volumes. A agilidade tem que ter asa grande e grandes superfícies de controles que são ruins para o supercruzeiro e furtividade. A melhor cauda para uma aeronave furtiva é nenhuma, mas para o combate aéreo não há nada melhor do que uma boa cauda.

Melhores técnicas de modelagem e testes permitiu incorporar superfícies curvas no projeto. As superfícies e bordas são alinhadas, com fendas cerradas, alinhadas com asa e cauda. Todas as aberturas têm formas rombóides. As falhas são esculpidas para evitar ângulos de 90graus ao se moverem. O objetivo é concentrar as reflexões em poucos lobos.

O principal problema no projeto foram as aberturas e falhas. Painéis e buracos de drenagem foram eliminados ou combinados, e os cerrados passaram a ter menos dentes.

Material RAM aplicar em poucos pontos como cavidades e descontinuidades. As bordas das asas e corpo tem RAM de banda larga. O radome é seletivo a freqüência e otimizado para modos ar-ar. Deverá ser substituído por outro quando o radar passar a ter modos ar-solo.

As entradas de ar têm geometria fixa para diminuir tempo de projeto, peso e custos. Raramente o caça atinge alto Mach. O canopi é de peça única. Tinha que ter formas perfeitas não apenas no campo frontal mas em todo para usar o JHMCS. É coberto de duas folhas de policarbonato de 9,5mm cada, entre um sanduíche de duas folhas de vidro ótico, fundidos em autoclave em uma forma a 400 graus C. A proteção é contra pássaros a uma velocidade de 800km/h com o HUD protegendo um pouco mais.

A furtividade do F-22A é conseguida com 85% pelas técnicas de forma e 15% com cobertura RAM. O RCS é citado como do tamanho de uma bola de gude. O F-35 tem um RCS do tamanho de uma bola de golfe de metal que é melhor que o B-2  é metade do F-117.

O combustível é desviado para resfriar o calor dos sensores e as bordas das asas em velocidade supersônica. O controle de assinatura inclui o uso limitado dos sensores, potência dos motores e a abertura dos sensores.

ATF - Advanced Tactical Fighter F-22A
O F-22A iria permitir a USAF superar ameaças que não podiam ser derrotadas pelo F-15. O F-22 tem formas convencionais, mas com adaptações para diminuir o RCS. As laterais e a cauda são inclinadas e com alinhamento das superfícies e bordas. As antenas estão escondidas na borda de ataque das asas ou cauda. O combustível dos tanques principais são desviados para resfriar as bordas de ataque.

O F-22A não tinha requerimento de peso e sim de desempenho. O peso tinha relação com custos. O peso máximo de decolagem no modo ar-ar era previsto para ser 22,5t mas aumentou para 27t. Durante o projeto foi constatado que não seria possível preencher os requerimentos com este limite inicial.

A cauda de quatro superfícies foi escolhida por ser boa para estabilidade e controle em grandes ângulos de ataque. As superfícies estabilizadoras foram colocadas mais a frente para esconder dos vórtices do corpo. A horizontal está bem para atrás. A asa tem ângulo de 42 graus e as dimensões tinham que ser compatíveis com um abrigo reforçado da OTAN.

O F-22A tem capacidade de superagilidade com o uso de vetoramento de empuxo (TVC) e pode voar a baixa velocidade sem se preocupar em estolar.  A aeronave deve manter a capacidade de manobra mesmo se um motor falhar.

O TVC adiciona apenas 13-22kg a mais. Dá uma deflexão de +/- 20 graus. Foi projetado para ser bidimensional para diminuir a assinatura radar e IR com as bordas alinhadas com outras bordas da aeronave.

O motor F-119 tem o mesmo tamanho do F-100 do F-15, mas com um razão de by-pass de 0,2 contra 0,7 do F-100. A potência a seco é o dobro do F-100PW200. O pós-combustor é usado para acelerar e manobras supersônicas sendo usado pouco em rajadas de dezenas de segundos.

A USAF tinha um requerimento de voar 30 minutos em cada hora em supercruzeiro, ou 3-6 vezes mais que a maioria dos caças são capazes de fazer com o uso do pós-combustor. Geralmente isto será feito em território hostil e com uma velocidade que varia de Mach 1,1 a 1,5 de acordo com a situação tática. A capacidade de supercruzeiro do F-22A foi confirmado em Mach 1,7 a 60 mil pés, mas está limitado a 50 mil pés devido a roupa não pressurizada. A velocidade máxima é de Mach 2 devido a geometria fixa da entra de ar e calor no canopi.

As vantagens táticas do supercruzeiro são várias. Se o piloto quer lutar o adversário não pode fugir; se desengaja o inimigo não consegue perseguir. O F-22A poderá voar ao redor de um inimigo mais lento para engajar por trás, e entrar no engajamento com grande energia. Junto com a altitude a velocidade irá diminuir em muito o envelope dos mísseis SAM.

O F-22 tem o dobro do alcance do F-15C em velocidade subsônica. Provavelmente o calculo só considerou o combustível interno quando tem menor arrasto. O alcance de translado é de 3.330km. O combustível interno é de 8.323kg com fração de combustível de 0,28. O alcance pode ser estimado voando metade to tempo de um missão de uma hora em supercruzeiro (Mach 1,5) e o resto em Mach 0,9, o que daria um raio de ação de 700km sem reabastecimento em vôo.

As armas na arena ar-ar do F-22A será seis mísseis ar-ar de médio alcance AIM-120C AMRAAM, dois mísseis ar-ar de curto alcance AIM-9X Sidewinder e um canhão M-61A2 de 20mm com 480 tiros.

A capacidade ar-solo inicial será de duas JDAM de 450kg. Esta capacidade foi introduzida em 1994 com alteração no compartimento interno de armas. O F-22A em missões ar-solo terá maior capacidade de ataque e penetração profunda, com melhor capacidade de sobrevivência que o F-117, podendo operar de dia.

Futuramente o F-22A irá receber a GBU39/40 SDB na versão block 20 de 2007, junto com modos SAR, melhor capacidade de contramedidas eletrônicas e o Link 16. Será usado no Global Strike Task Force. O block 30 deve entrar em operação entre 2008-2011 com radar de arranjo lateral e capacidade de supressão de defesas e novo terminal de satélite. O block 40 deve estar disponível após 2011 com capacidade de ataque global definitiva. O JHMCS será substituído pelo modelo usado no F-35 JSF.

Se a capacidade furtiva não for critica na missão, o F-22A pode levar cargas externas em quatro cabides com capacidade de 2270kg cada um. Cada cabide pode levar um tanque extra de 2270 litros de combustível e um par de AMRAAM.

Algumas fontes citam que o F-22A já testou um casulo com duas JDAM de 450kg, podendo voar com seis JDAM, dois AMRAAM e dois AIM-9X em configuração de ataque.

O F-22A tem 30 aberturas de sensores para guerra eletrônica, comunicação, identificação e alerta de mísseis. A aeronave usa gerenciamento de emissões, controlando a potência dos sensores internos por computador para minimizar as emissões eletrônicas. A limitação automática da potência de transmissão do radar e comunicações está sempre no nível mínimo em qualquer estágio do transito até a área de combate. Em áreas de alta ameaça a transmissão de rádio é inibida automaticamente.

O radar APG-77 funciona com varredura eletrônica ativa. Cada módulo pesa 15g e tem 4W de potência. O sistema defensivos Sanders/General Electric AN/ALR-94 RF inclui quatro lançadores flare e chaff com cartuchos de contramedidas de radar ativos.

F-22A cockpit
Cabine do F-22A com os mostradores multifuncionais. A tela central mostra em azul o RCS em um gráfico polar de acordo com as ameaças. Assim o piloto pode saber se está expondo algum ângulo vulnerável da aeronave.

Uma das características das aeronaves furtivas de quarta geração como o F-22 e F-35 é a facilidade de manutenção da "bolha" furtiva. Em tempo de paz eles podem voar com estas capacidades degradadas para treinamento. Em tempo de paz o F-22 usa um aumentador de assinatura para controle de tráfego aérea que não é usado em operações ou testes. A capacidade de manutenção tinha que ser melhorada. O F-22A deve diminuir a manutenção entre as saídas para 30 minutos. O F-22 tem 300 pontos de acesso, alguns de acesso rápido e a maioria fica dentro do compartimento de armas, trem de pouco e cabina. Uma unidade de 24 aeronaves precisa de 8 vôos do C-141 para deslocamento de 30 dias, contra 18 do F-15.

O a
pelido do primeiro protótipo do F-22 passou de Lightning II para Raptor devido ao filme Jurrasic Park. A USAF colocou o prefixo "A" no nome em setembro de 2002, passando para F/A-22, para realçar a capacidade multimissão. No fim de 2005, quando entrou em operação, voltou atrás e se chamará F-22A. A USAF sempre chamou seus caças com o prefixo "F", mesmo os que lançam bombas. A adição do "A" era para servir como propaganda da capacidade da aeronave devido as ameaças de corte no orçamento. O problema é que o F-22 é muito mais flexível que a designação F/A e poderia ser chamado de bombardeiro FB-22, F/E-22 de vigilância eletrônica, F/EA-22 de ataque eletrônico e até RC-22 devido a capacidade de reconhecimento eletrônica.

A USAF estudou várias variantes do F-22. Uma foi para supressão de defesas para substituir os F-4G, uma de reconhecimento RF-22 para substituir o RF-4C e um F-22B biposto de treinamento (cancelado em 1995). O EF-22 susteria o EF-111 já retirado de serviço. Foi escolhido o F/A-18G Growler e o EB-52. As propostas atuais são o bombardeiro regional FB-22 e o X-44 de demonstrador de caça sem cauda.

Em 1986, a US Navy iniciou estudos de seu caça do futuro. Foi instruída do programa ATF e iniciado estudos de uma versão navalizada. Assim nasceu o programa Navy Advanced Tactical Fighter  (NATF) que substituiria o F-14. Na época foi estudado a compra de 550 unidades. O NATF teria trem de pouso reforçado e asas dobráveis. O programa terminou em 1990 com a USN desenvolvendo o F-14D Super Tomcat e o F/A-18E/F Super Hornet.

Durante a Guerra Fria foi planejado a aquisição de 750 F-22 por US$ 40 bilhões, depois US$70 bilhões, para substituir a frota de F-15 com entrada em operação em 1994. A diminuição da ameaça na Europa, o aumento da vida útil do F-15 e a diminuição do orçamento total diminui a encomendas e atrasou a entrada em operação. Este número foi logo reajustado para 648 por US$ 64 bilhões em 1991 e baixou para 442 também por US$ 64 bilhões em 1993.

O presidente Clinton diminuiu o número para 339 por US$ 64 bilhões em 1997 devido ao orçamento e não considerava as necessidades operacionais. Foi calculado um esquadrão de 24 caças F-22 para cada uma das 10 Forças Expedicionárias Aéreas. Com as aeronaves de treino, atrito e manutenção a USAF precisaria de 415 caças.
Em 2003, o programa F-22 foi reestruturado em 277 caças é o que poderia ser comprado com US$ 43 bilhões.

A USAF está estudando novas missões para a aeronave para evitar mais cortes e até aumentar as encomendas. O F-22A poderá ser usado para destruir alvos móveis. A USAF considera o mínimo necessário como sendo pelo menos 381 F-22. Em 2006, o planejamento quadrienal deve recomendar a compra de 180 F-22A além de 2.500 F-35 JSF. Um F-22A de US$113 milhões é considerado melhor do que comprar dois F-15 de US$ 75 milhões para cumprir a mesma missão.

Uma aeronave como o F-22 só será necessário se inimigo tiver caça no nível do F-15 como Su-27 e MiG-29 ou outros caças de quarta geração como o Gripen, Rafale e Eurofighter. O F-22A só é realmente necessário em apenas 5% dos cenários ou missões. Na maioria dos cenário poderá operar com armas e combustível externo como uma aeronave convencional.

O F-22A é considerado uma arma revolucionara do arsenal americano junto com o programa ABL (Airborne Laser).

Próxima parte: Programa Joint Strike Fighter


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