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Stealth – Agora você vê – Agora não vê mais

Um conceito que já é padrão para projetos de aviões de combate americanos e outros países já estão empregando em seus projetos para caças de combate, UAVs, embarcações e até mísseis.

 

Aeronaves de combate ou de ataque que podem sobrevoar espaço aéreo inimigo, reduzir seu aspecto no radar do adversário e voltar impunes a sua base são denominadas Stealth ou em português, furtivas e popularmente chamadas de invisíveis.

Este conceito de furtividade no projeto de um avião vem sendo desenvolvido desde o início da Segunda Guerra Mundial quando os radares foram inventados.
De início como não era possível e não havia tecnologia computacional suficiente para implementar o conceito de furtividade, trabalhou-se com a tecnologia de guerra eletrônica ativa. Aeronaves com equipamento embaralhador de sinal radar, despistadores, alteradores de frequência de IR (infravermelho), mísseis de ataque a baterias de radar, faziam o serviço pré-ataque. Também os radares inimigos eram despistados com drones (aviões rádios-controlados) que eram projetados de forma que parecessem maiores nas telas dos radares o que confundia o inimigo em potencial.
Hoje as táticas de ataque ao solo são outras numa guerra moderna, deve-se sobrevoar território inimigo sem ser notado e de preferência à noite para evitar baterias antiaéreas miradas no olho, a missão deve ser solitária, com radiocomunicação desligada e todas as luzes internas e externas da aeronave apagadas.

Como era no caso do F-117 Night Hawk (retirado) o piloto deveria ter no mínimo a graduação de capitão e centenas de horas de voo de operações noturnas com aeronaves de ataque ao solo. Aviões de combate como os F/A-22 Raptor, o F-35 e o B-2 têm suas particularidades para as missões em que foram projetados.

Normalmente o F/A-22 cumpre missões de voo em pares, um à frente do outro a alguns quilômetros de distância um do outro, aquele que voa mais atrás voa com o radar de busca ligado em datalink com o seu companheiro a dianteira e com um AWACS (Airborne Warning And Control System ou Sistema de Controle e Alarme Aerotransportado) conjuntamente na missão. Caso uma aeronave hostil detecte o F/A-22 com o radar ligado via RWR (Receptor Alerta de Radar) não notará que há outro F/A-22 bem no seu nariz e pronto para atirar, e que na teoria nem saberá o que o acertou.
O bombardeiro B-2 Spirit além do formato de linhas calculadas por computador e utilizar materiais absorventes ao sinal de radar, também tem a vantagem de não possuir leme de direção nem estabilizadores o que proporciona uma assinatura visual ínfima a longas distâncias.

Quando se estuda uma missão para o B-2 Spirit não é mais a altitude a maior preocupação já que o manto da furtividade é sua garantia. De início nas últimas guerras se pensava que a altitude elevada seria uma zona de segurança para aeronaves de espionagem e ataque quando foi projetado e construído o bombardeiro XB-70 Valkyrie.

Quando nos idos da guerra fria um U-2 americano (aeronave de reconhecimento) foi abatido na URSS em grande altitude e todo este conceito foi posto em dúvida e o XB-70 (“A Lenda”) foi cancelado com um protótipo perdido em vôo de testes e o outro transladado ao museu.
Pensou-se então em altas velocidades a baixa altitude com os bombardeiros XB-58 voando a mach 2, mas os mísseis terra-ar evoluíram e estes foram aposentados.
Nos anos 40 um projetista e então recém proprietário de uma indústria aeronáutica tinha planos de construir uma aeronave estranha para a época, a asa voadora XB-49, seu nome era Jack Northrop que tentou vender esta ideia de um bombardeiro pesado sem deriva ou estabilizadores. Northrop inclusive fez propaganda a empresas aéreas deste conceito que levaria uma quantidade bastante grande de passageiros a bordo dessa asa voadora.

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Em meados dos anos de 1970, finalmente a USAF aprovou o conceito e o aplicou como base de um bombardeiro furtivo. Em 1988 o avião foi apresentado à imprensa, mas Jack Northrop não pôde presenciar a cerimônia por conta de seu falecimento alguns anos antes.

Com a família de caças de combate F-35 (-A, -C e -B) que está sendo testado e entregue pela Lockheed Martin para as forças armadas americanas, europeias, além de outros países como Israel e Japão o conceito de Stealth é estendido pela primeira vez a um veículo de pouso e decolagem vertical que voa a velocidade supersônica.

Aeronaves do tipo UAVs, UCAVs dentre outras não tripuladas também já empregam a tecnologia de projeto de furtividade.

 

DA TEORIA À PRÁTICA

A lei da física que se aplica aos raios de luz, radar e bolas de bilhar ou qualquer coisa que sofra mesmo efeito, ou seja, que reflita energia de ação e reação diz que o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.

Essa teoria tem o maior peso quando se pensa em projetar uma aeronave de combate americana nos últimos anos. Ângulos de bordas, chanfros, bordos de ataque, portas, são calculados por computadores no projeto, os materiais empregados em toda a superfície chamados pela sigla RAM (Radar Absorving Material ou Material Aborvente de Radar) com composição de resinas ferromagnéticas fazem o invólucro no avião que absorve o sinal do pulso do radar inimigo.

Outra preocupação é minimizar assinatura infravermelha da aeronave de combate, fazer com que os motores exalem o mínimo possível de calor, o que dificulta o rastreio quando o inimigo tentar localizá-lo com um IRST (Infra-Red Sensor Track ou Sensor de Rastreio por infravermelho) embarcado ou de solo como fazem os sistemas russos e europeus.

As três áreas que envolvem a assinatura em voo de uma aeronave.

- Audiofônica – atualmente são empregados eficientes sensores de ruídos que podem detectar objetos ruidosos a 9 km de distância. Outros fatores podem favorecer a eficiência do abafamento dos ruídos dos motores da aeronave furtiva como variação da atmosfera, alto nível de umidade relativa ou uma chuva ocasional que confundem os microfones inimigos.

- Ultravioleta – não é mais usado, mede-se por comprimento de ondas milimétricas.

Ótico-micro-ondas, métricas e acentimétricas (radares).

- Infravermelho – a todos os comprimentos de ondas.

 

Uma maneira de se prevenir da emissão buscadora dos radares inimigos, é absorver essas emissões eletromagnéticas e também refleti-las de maneira a retornar em diferentes direções. Cantos e junções são excelentes refletores e podem ser evitados num projeto de aeronave militar. Motores, tomadas de ar, escapes das tubeiras, junções da fuselagem, derivas e lemes, compartimentos e comportas de trem de pouso, materiais estruturais e revestimento são ótimos refletivos de sinal de radar o que aumenta a visibilidade da aeronave no radar.

Quando os aviões são projetados para voar a grandes velocidades e não necessitar de grande agilidade, as tomadas de ar podem ser locadas por sobre sua superfície estrutural. A despeito disso as tomadas devem se localizar numa distância razoável do bordo de ataque, abrigando-se da reflexão do radar inimigo, como por exemplo, o B-2. As tomadas de ar além de terem essa localização, são chanfradas em forma de dentes. Estes chanfros são angulares para dificultar o eco do pulso do radar.

As portas dos compartimentos de armas, de trem de pouso, de acesso a compartimentos eletro-eletrônicos, de reabastecimento, contornos do canopy, e outras junções, devem usar o conceito "saw thooted" ou “borda dentada”.

Em alguns aviões de conceito furtivo, é necessária também a tecnologia de pintura/camuflagem de absorção de sinal em grande abrangência de espectro. O B-2 mostra uma evidente distribuição de pinturas diferentes em áreas específicas. Na parte inferior da aeronave, a pintura e os materiais devem ser mais eficientes por ser uma área mais voltada aos sistemas de radares.

Estas disposições de materiais e pinturas colaboraram até nos tipos das missões, permitindo diferentes ângulos de vôo ou até cruzar em altas velocidades. Outro fator que deve ser considerado é a disposição ou o formato da empenagem e da deriva que deve ter sua área reduzida ao máximo ou quantidade de partes móveis.

No F-117 ao partir de um ângulo de ataque de 7 graus o conjunto da deriva desaparece do campo de visão e do ângulo de busca do radar inimigo.

Comparando os supersônicos e ágeis F/A-22 e F-35 com os subsônicos F-117 e B-2, estes 2 primeiros caças têm um dutos de admissão de ar para a turbina curvo para evitar o retorno do sinal do radar já que têm estes caminhos até os motores muito expostos.

Os dutos e bordas das tomadas de ar são um dos pontos delicados no projeto já que o fluxo de ar que chega aos motores não deve sofrer ou ser muito alterado e as bordas das tomadas de ar devem de preferência obedecer aos ângulos verticais e horizontais de ataque dos outros bordos.
Todos os ângulos dos bordos de ataque e fuga (vistos frontalmente e em planta), seguindo-se o conceito furtivo americano, são em princípio paralelos. Estes ângulos são calculados em função da adaptação do desenho da aeronave as necessidades de furtividade.

Sempre que um destes aviões que possui compartimento de bombas ou mísseis abre a comporta para liberação da arma a assinatura RCS (Secção Cruzada de Radar) é aumentada drasticamente e fechada imediatamente após esta operação.

As formas estruturais das asas também são calculadas, as disposições das superfícies móveis e junções, são desenhadas para resultar em baixo aspecto radático, compilado a uma capacidade volumétrica que vai de uma razoável extensão de corda até secções de aerofólio aerodinamicamente acomodada a eficiência furtiva. Os formatos das aeronaves em planta são geometricamente coerentes (em paralelismo) produzindo o efeito de desvio do sinal de radar em azimute.

 

Redução do Sinal infravermelho

O calor é liberado ou produzido em ondas de infravermelho em que os maiores emissores são os bocais de exaustão dos motores, secundariamente o bico do avião e os bordos de ataque das partes dinâmicas. A assinatura infravermelha não pode (atualmente) ser eliminada por completo, mas sim reduzida a níveis mais discretos. Todos os modelos "conhecidos" de aeronaves furtivas têm a capacidade de resfriamento do calor produzido pelas turbinas e seus bocais são projetados em localização ou material que propicia este aspecto.

No caso do F-117, seus bocais de exaustão são de formato singular, grande em largura e pouca altura, subdivididos em tiras resfriadas para abafar o calor até o nível de 66º C dos seus 2 motores GE F-404 F1-D2 de 4.536 Kg de empuxo cada.

Para os outros três modelos furtivos: B-2, F/A-22 e F-35, escape de gases dos motores com ângulo coerente ao projeto de maneira a reduzir sua visibilidade, melhorar sua manobrabilidade ou dirigir o escape do motor entre 20º e 90º (vetoração) .

Nos casos do F/A-22 e F-35 suas motores têm de produzir potência para alcançar mach 1 sem pós-combustão o que torna o conceito furtivo específico para cada tipo de aeronave e particular a cada tipo de missão. Voar a mach 1 sem acionar os pós-combustores dos motores denomina-se voo em supercruzeiro.

 

Adaptação à missão para a sobrevivência

Os requerimentos militares definem dois aspectos básicos em missões furtivas ou low observable / baixa observação (L.O.) são:

Desempenho em ponto e Desempenho de missão.

A performance de ponto especifica o número máximo em velocidade mach e altitude operacional, especifica o excesso de força por unidade de peso, manobrabilidade e habilidade em diferentes ângulos de voo.

Os requerimentos de ponto de desempenho podem ser especificados pela capacidade total de transporte de armamento e pela capacidade de transporte de combustível ampliável para eventuais necessidades de reserva. A reserva é especificada pelo percentual da necessidade media definidas, levando-se também em consideração a uma provável extensão de tempo por sobre território inimigo.

Desempenho de missão: a missão depende do que o avião foi projetado para cumpri-la.

Superioridade aérea supersônica, carga de armamento, número mach, retorno à base em regime de vôo subsônico e tempo de patrulha.

A capacidade de missão subsônica, com a carga de armamentos, raio de alcance da base ao alvo (sem reabastecimento), maximização do aproveitamento da potência do(s) motor(es) pela definição de altitude – energia, regresso a base na melhor velocidade, levando-se em consideração condições definidas.

Os armamentos podem ser mistos com a definição do tipo de missão, tipo de capacidade da aeronave a cruzar o alvo inimigo, fase de aceleração e ataque adequado a altitude, para melhor percentual de acerto, retornando a base o mais rápido possível.

 

Qualidades furtivas

Essas qualidades abrangem:

Efetivo poder de fogo, qualidades furtivas, grandes ângulos de visão para o piloto se possível, agilidade e potência do grupo propulsor e velocidade para rápida ascensão, manobrabilidade e rápida mudança de atitude de ângulo de ataque (AOA), raio de alcance considerável e robustez, fuselagem robusta e resistente a danos em combate, variação climática, rápida manutenção.

Algumas destas qualidades são conflitantes, em relação ao tipo de aeronave a preenchê-las. A questão é, se o formato está ligado a função o que deve ser incrementado a razão ativa ou defensiva da missão (a sua capacidade de ataque ou sobrevivência em detrimento da primeira)?

A eficácia das defesas e seus sistemas é um produto da melhoria de 3 elementos fundamentais: a detecção, o controle de fogo e a letalidade das armas de defesa disponíveis inimigas. Destes os elementos humanos estão diretamente ligados à detecção e o controle de fogo.

Um bom exemplo disso foi o conflito no Golfo Pérsico onde as investidas com maiores êxitos com caças-bombardeiro F-117 ocorreram à noite onde as defesas aéreas perdiam 50% de sua eficiência de fogo, e o ataque tem ainda um maior índice de acerto ao alvo e consequentemente uma maior certeza de sobrevivência.

Projeto Harvey

Em 1974 o DARPA (US Defense Advance Research Projects Agency ou Agência de Projetos de Pesquisa de Defesa Avançados dos Estados Unidos) iniciou as pesquisas com o conceito stealth denominado Projeto Harvey. Nesta época a sigla RCS (Radar Cross Section) foi criada e a diretriz era reduzir ao máximo a assinatura de uma aeronave de combate na tela do radar inimigo.
Denys Overholser era o encarregado na Skunk Works da Lockheed-Martin para desenvolver a tecnologia de baixa observação que iniciou seus trabalhos com autorização do governo americano em classificação altamente secreta.

Foi colocado em prática o estudo da defração do pulso eletromagnético sobre um corpo depois de 50 anos do livro de um cientista russo obscuro, Pyotr Ufimtsev intitulado “Método do Comportamento das Ondas Eletromagnéticas na Teoria da Física da Defração”. Estes estudos do comportamento eletromagnético sobre superfícies tridimensionais facilitaram as coisas para Overholser que criou uma tabela de cálculo chamada EHCO 1, que chega a conclusão que corpos com formatos prismados e ângulos paralelos são os ideais para a fabricação de uma aeronave de baixa observação no radar.

Enquanto isso outra companhia americana também estudava o conceito de baixa observação em uma aeronave, era a Northrop que estudava uma aeronave que foi denominada XST (Experimental Survivable Testbed ou Plataforma Experimental de Sobrevivência) e que futuramente se incumbiria do projeto do bombardeiro B-2.

Foram construídos 2 protótipos na Lockheed em tempo recorde com baixo RCS que tinha a secção cruzada de radar reduzidíssima.

A aeronave furtiva da Lockheed tinha o codinome secreto de Have Blue que já se parecia com um F-117 que conhecemos hoje a um custo de 32 milhões de dólares da época para ambos. A aeronave era um misto de sistemas, os motores eram dois General Electric J85 sem pós-combustão, o conjunto de trem de pouso do bombardeiro A-10, os sistemas de fly-by-wire eram de um F-16, o assento ejetor e painel de instrumentos do F-5 e sistemas de refrigeração da cabine de um jato executivo Gulfstream.

O Have Blue diferia externamente do F-117 por ter aspecto menor, as derivas mistas anguladas internamente, o ângulo principal dos bordos de ataque das asas em 72,5 graus, não possuía bordas dentadas nos painéis móveis. Foi empregado no projeto superfícies móveis de controle computadorizado, pois o voo em uma aeronave furtiva não é possível sem o gerenciamento digital.

Nenhum dos aviões Have Blue teve designações do DOD ou número de série da USAF, apenas números de série do fabricante 1001 e 1002

 

Armas furtivas e os russos

Não só os aviões estão recebendo atenção dos projetistas que projetam sob o conceito furtivo, mas também aeronaves não-tripuladas ou UAVs, mísseis, tanques de guerra, navios e o que estiver exposto ao alcance dos radares inimigos.

Os russos já estão projetando aeronaves não tripuladas com o conceito furtivo, além do caça de quinta geração PAK-FA que emprega materiais compostos em sua fuselagem aviônica moderníssima e data links encriptografados que terá sua produção iniciada em 2015.

 

Hercules de Araujo

 

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