Radares de Varredura Eletrônica de Aeronaves de Combate

Nos últimos 50 anos, o radar se tornou o sensor mais importante das aeronaves de combate. Tem vantagens contra outros sensores como alcance, capacidade todo tempo e vários modos de operação.

Um dos mais importantes desenvolvimentos na tecnologia de radar desde a década de 40 foram os radares AESA (Active Electronic Scanned Antenna - Antena com Varredura Eletrônica Ativa). Com disponibilidade e desempenho incomparáveis e por  volta de mil vezes mais rápidos na varredura, transformaram muitos aspectos do combate aéreo e operações de ataque.

O radar chega a valer 10-20% do custo de um caça e 1% do peso sendo que estes custos aumentam a cada geração. A primeira geração, segundo os russos, eram os radares de varredura mecânica. A segunda usa varredura eletrônica. A primeira geração tem duas subclasse, uma com antena parabólica, simples e barato mas alcance limitado que na década de 70 passou a usar antenas "slotted array" (ShchAR).

Para entender a importância dos radares AESA, é necessário entender as limitações de um radar de varredura mecânica e a primeira geração de varredura eletrônica passiva.

O principio básico das antenas de radares de microondas dos caças ou bombardeiros é focar a energia em um feixe estreito, para receber a energia refletida do alvo (ou terreno), também com um foco estreito. Os alvos são encontrados ao apontar a antena repetitivamente em um padrão programado. A antena transmite a energia, que atinge o alvo, reflete e é recebida pela antena. Para uma antena ser útil ela deve ser capaz de emitir e receber a energia, mas também ser apontada precisamente e de preferência bem rápido.

Idealmente um radar produz um feixe preciso (cônico por exemplo) e detecta toda energia deste cone. Na realidade o padrão foge do lobo principal do feixe, criando lóbulos laterais. Para medir a qualidade da antena é usado uma medida do tamanho dos lóbulos laterais: 10 decibéis (10 dB) para dez vezes, ou 20 dB para cem vezes ou 30dB para mil vezes menor que a magnitude do lobo principal.

A primeira geração de radares de caça eram apontados mecanicamente com refletores côncavos tipo prato. Alguns ainda estão em serviço no F-4 Phantom, F-104 Starfighter e F-111. Estas antenas tem várias limitações com o custo de fabricação para serem precisos, tem grandes lóbulos laterais e uma grande assinatura quando iluminados por um radar adversário, como toda cavidade côncava.


Antena tipo prato do radar AN/APQ-126V
do A-7P Corsair II.

Na década de 70 apareceram os radares de "planar array" ou "sloted" como AN/APG-65/73 do F/A-18, o AN/APG-66/68 do F-16 e o AN/APG-63/70 do F-15. As antenas de "sloted" focam a energia manipulando o atraso entre um grande número de antenas menores em um painel plano (arranjo plano). O arranjo permite produzir um feixe de forma fixa com poucos lóbulos laterais. A antena plana tem menor RCS que um antena côncava. Ouve um aumento de 5% no alcance e 50% no custo.


Antena "sloted" do radar APG-66 do caça F-16.

Estas antenas, também chamadas Cassegraim. A parte difícil é a fabricação da rede de arranjos na traseira da antena.

Apesar do desempenho melhor, ainda era preciso apontar a antena com precisão e continuava a ser um processo lento e com problemas de disponibilidade nesta função. O mecanismo de movimento e servos eram sujeitos a desgastes e falhas relativamente frequêntes.

O AN/AWG-9 foi o primeiro radar com antena "slotted" que equipou o F-14 Tomcat em 1974. O APG-63 foi baseado nestes radar. Os radares "slotted" foi introduzido na URSS na década de 90 em modelos de modernização e exportação pela Fazotron-NIRR.

Estes radares não podem combinar modos de guiagem de mísseis e vigilância ao mesmo tempo. Fazem acompanhamento enquanto varrem (TWS) que é bom para alvos não manobráveis e baixa velocidade. No caso de caça contra caça é diferente pois manobram muito e violentamente o que atrapalha a varredura. É necessário detectar a aeronave manobrando rápido 5-10 vezes por segundo para acompanhar.

Em combate real o piloto irá mudar para modo de busca continua para dar direção constante e perde a capacidade de vigilância podendo ser derrotado pelo grupo de caças inimigo. A solução é a varredura eletrônica. A tecnologia passou a focar na tecnologia de varredura eletrônica dos radares terrestre da década de 80.

A idéia de um AESA não é nova. Os radares de alerta antecipado para detectar mísseis balísticos tem esta tecnologia desde a década de 60.

O Rockwell B-1B Lancer voa desde a década de 80 com o AN/APQ-164 com uma antena de varredura eletrônica e o Northrop Grumman B-2A Spirit também tem esta tecnologia com o AN/APQ-181. Estes radares são usados para acompanhamento do terreno e modos de ataque.

O Zaslon do MiG-31 foi introduzido na década 70 e entrou em serviço na década 80. Foi o primeiro caça do mundo com este tipo de radar. O Zaslon fazia varredura passiva sendo uma subclasse dos radares de varredura eletrônica. Uma fonte irradia chamada phase shifter e determina a forma do feixe. Estes radares são relativamente baratos ou 50-100 mais caros que os radares com antena parabólica.

Nos radares de varredura eletrônica a mudança do feixe é obtida sem varredura mecânica e no mínimo 1.000 vezes mais rápido. O radar muda a direção do feixe de radar em mili-segundos, diferentemente dos sistemas anteriores, que tinham um atraso de 2,5 segundos em média, o suficiente para o alvo viajar mais de 1 quilômetro.

O alcance aumenta por ganho de dB. O alcance de acompanhamento é que aumenta por manter o acompanhamento estável, e por fator de dois por não perder tempo movendo antena.

Para comparação, uma antena "slotted " é como uma tocha. Você aponta para o lugar escuro, a luz reflete e volta para os olhos. Uma luz fosforescente é o transmissor e seus olhos são o receptor. A capacidade depende dos olhos e da tocha. Um objeto escuro é mais difícil de ver (furtivo) e um fosforescente mais fácil. O cérebro é o computador.

Em um radar de varredura eletrônica é usado um conjunto de tochas. Ao invés de apontar a tocha você direciona a luz onde quer. É possível apontar parte das tochas para cada lugar (alto, esquerda ou direita) ao mesmo tempo.

O conceito AESA é fazer um radar de centenas ou milhares (depende da missão e espaço), de TRM separados. Isto é possível atualmente devido aos computadores poderosos. Os TR atuais são chamados de "tijolos" devido a forma. O do JSF será chamado "telha".


O mais importante desenvolvimento tecnológico que permite esta tecnologia são os com chips de Arsenido de galium da banda X (5,2 e 10,9 GHz) com 4 a 20 Watts de potência cada. Esta tecnologia está sendo introduzida nos caças atuais e futuras modernizações.

A primeira geração dos radares de varredura eletrônica usava controle da fase dos sinais com mecanismos a base de ferrite. Esta geração tinha grande agilidade para apontar o feixe e grande diminuição da assinatura da antena. O tempo para varredura foi trocado com o tempo para usar vários modos dando a impressão de ter vários modos ao mesmo tempo.

Mas ainda não ouve melhoras na disponibilidade ou eficiência do radar. O TWT (Travelling WAve Tube) de alta potência ainda estava sendo usado e era sujeito a defeitos relativamente frequêntes.

A próxima tecnologia foi usar transmissores e receptores em cada elemento da antena ou o conceito AESA. A tecnologia que viabiliza estes radares são os Circuito Integrado Monolítico de Microondas (Monolithic Microwave Integrated Circuits) a base de Arsenido de galium (MMIC GaAs), ou circuitos de microondas ou chip único. Esta tecnologia permite a produção em massa de radares AESA de baixo custo e com grande disponibilidade.

Em 1984 cada transmissor custava cerca de US$100 mil para serem usados em equipamentos de comunicações. Com o uso militar passou a dominar o mercado, mas agora já é quase todo comercial.

Os módulos básicos de um radar AESA são os módulos transmissores/recetores (TRM). É um conjunto autocontido de cada elemento radar da antena AESA, com um receptor de baixo ruído, amplificador de potência e elementos de controle de fase/atraso e elemento de ganho. O controle digital dos TRM permite o projeto de uma antena com grande agilidade para apontar o feixe e com pouquíssimos lóbulos laterais comparados com os radares de varredura eletrônica.

A melhoria da disponibilidade vem da capacidade do radar poder perder entre 5-10% dos módulos antes de ter seu desempenho degrado. O sistema de alimentação de energia de cada módulo também tem baixa voltagem e é individual, bem menos sujeito a problemas que um sistema único de alta voltagem.

A varredura eletrônica é mais resistente às interferências devido a diminuição dos lóbulos laterais. Dividindo o tempo entre modos, podem realizar varias tarefas simultaneamente como busca de alvos no ar, terra e guiar mísseis. Um radar AESA pode gerar um feixe estreito e focado para discriminar alvos pouco espaçados, ou acompanhar o alvo que esteja interferindo, ou produzir um feixe largo para mapeamento de terreno. Operando no modo passivo eles podem detectar ameaças e acompanhar a longa distância. O modo SAR de tempo real pode ser usado para designar alvos para armas guiadas por GPS.


Um radar de varredura eletrônica pode realizar várias funções simultaneamente.

O tempo médio entre falhas (MTBF) passou de 60-300 horas, para cerca de 1.000 horas para um radar AESA. Ao invés de vários reparos por ano, serão necessário esperar vários anos até precisar de algum reparo. Voando 200 horas por ano, será uma falha a cada 5 anos.

O controle da energia ou gerenciamento de energia emitida passou a ser mais fácil com o controle digital diminuindo a possibilidade de interceptação (LPI). A agilidade de apontar o feixe também diminuiu  a probabilidade de interceptar o padrão de varredura. O salto de frequência esconde emissão com ruído de fundo e tornando difícil de ser detectado e interferido. Outra técnica LPI é trocar o pico de potência por resolução.

Nos radares convencionais, caso um par de caça inimigo se separa, com um caça para direita e alto e outro para esquerda para baixo, não são capazes de acompanhar. Os radares AESA não tem este problema.

Um radar AESA tem capacidade de formar um feixe de interferência. Quando o inimigo perde o trancamento, o radar para de interferir até o radar estar próximo de trancar novamente.

A modernização pode vir por meios de software e não de hardware para controlar as formas do feixe, padrões de varredura ou comportamento dos lóbulos laterais. O futuro será dos radares AESA. Os caça de 2010 sem esta capacidade não será competitivo.

Os radares AESA também tem defeitos.  Um é a dissipação de energia. Os módulos TRM tem baixa eficiência e produzem muito calor e a eficiência vai depender do sistema de refrigeração. São geralmente refrigerados a líquido.

Outro problema são os custos dos TRM. Usando centenas ou milhares de módulos, se cada um custa cerca de US$ 10 mil como o inicio da década de 90, o radar chega a custar mais caro que caça. Estes radares só são viáveis com os módulos custando US$ 1000-400. Em 2006 serão introduzidos novos materiais e serão mais baratos. Deverão custar cerca de US$ 200. Abaixo deste valor o custo de desenvolvimento deve ser maior que o que se economiza.

Outra desvantagem são o campo de visão de apenas 120-140 graus da antena fixa, além da menor potência e menor abertura em angulos extremos. Com tecnologia "Smart Skin", moldando a antena na superfície da aeronave, é possível cobrir 360 graus. Está tecnologia é viável em projetos novos. Outra opção é aumentar o setor de vigilância com uma antena móvel.

O primeiro radar americano de varredura eletrônica passiva foi o Westinghouse (agora Northrop Grumman) AN/APQ-164 do B-1B que é o principal elemento do "Offensive Avionics System (OAS)". O radar é baseado no AN/APG-66 do F-16. O radar é montado no nariz da aeronave e tem capacidade LPI. Os modos são onze incluindo acompanhamento do terreno, navegação e SAR.

O segundo a entrar em operação foi o
AN/APQ-181 do do bombardeiro B-2A Spirit, também de de varredura eletrônica passiva. A Raytheon recebeu um contrato e, 2003 para modernizar o radar de varredura eletrônica passiva da banda Ku AN/APQ-181

A FAB opera radares AESA na forma do radar Erieye que equipar o R-99A AEW.

Em 2002 a BAE Systems apresentou o Seaspray 7000E com tecnologia AESA para equipar helicópteros, UAV e aeronaves de patrulha marítima leves. Funciona contra alvos em terra, mar e ar com maior resolução e modos como mapeamento, GMTI, ESM e capacidade IFF.

O caça F-2 japonês está equipado com um radar AESA da Mitsubishi Electric (Melco).  O radar foi testado no Kawasaki C-1 e tem 800 TRM com 3W de potência cada.


A Elta Electronic Industries desenvolveu o radar Green Pine de alerta antecipado e controle de tiro dos mísseis anti-balístico Arrow 2. O radar é designado EL/M-2090. Opera na banda L (500-1000MHz) e foi desenvolvido do radar Music da Elta. O radar opera em modos de busca, detecção, acompanhamento e controle de mísseis simultaneamente. Pode detectar alvos a cerca de 500km. O Green Pine serviu de base para a primeira geração de radares aéreos tipo AESA são da banda L como o radar de alerta antecipado aerotransportado Phalcon.


O Northrop Grumman Multirole Electronically Scanned Array (MESA) com 200 TRM é capaz de varrer 360 graus em menos de 10s. Irá equipar os Boeing 737 AEW australianos (foto). O MESA poderá equipar outras aeronaves americanos como o MC2A, RC-135, E-3 AWACS e E-8 JSTARS.

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