F-35, o caça mais furtivo do mundo

Pensado inicialmente como um caça 5G com furtividade focada no baixo custo e facilidade de manutenção, o F-35 acabou superando os requisitos e tornando-se o caça mais furtivo do mundo.


Por: Ricardo N. Barbosa*


SUMÁRIO

  1. Conceito de RCS
  2. Estimativas de RCS
  3. Requisito RCS do JSF
  4. RCS do F-35
  5. F-35 vs F-22

1. Conceito de RCS

O RCS (Radar Cross Section / Seção Reta Radar) irá determinar o tamanho da assinatura radar da aeronave em relação ao radar. Quanto maior o RCS, mais longe uma aeronave pode ser detectada por um radar. Uma variação de 16 vezes no RCS irá impactar em duas vezes o alcance do radar, para mais ou para menos, ou seja, uma grande variação de RCS é necessária para impactar de fato o alcance do radar.

Essa métrica de detectabilidade (RCS) normatiza a refletividade de um alvo em relação ao radar comparando-o a uma esfera de metal, ou seja, o RCS é o tamanho aparente de um alvo ao radar tendo uma esfera de metal como referência. Os seres humanos têm um RCS de cerca de 1m², ou seja, retornam tanta energia de radar quanto uma esfera de metal com uma secção geométrica de 1m². O RCS é medido em metros quadrados (m²) ou em decibéis por m² (dBsm ou dB), na qual 100m² equivale a 20dB, 1m² a 0 dB e 0,1m² a -10dB…

O RCS varia com o ângulo de visão da aeronave e a frequência do sinal de radar, normalmente quanto menor a frequência do radar maior o RCS. A banda de frequência de maior preocupação é a banda de atuação dos radares de controle de tiro (radares capazes de oferecer uma solução de tiro para os mísseis), principalmente a banda-X (8-12GHz) que é a banda mais utilizada em SAMs e aeronaves de caça. O quadrante de maior interesse é o RCS frontal da aeronave. Via de regra, quando fala-se de RCS de uma aeronave refere-se ao RCS na banda-X do seu quadrante frontal. O RCS traseiro é o segundo mais importante e normalmente um pouco maior do que o RCS frontal. Uma visão lateral, superior ou inferior da aeronave normalmente irá apresentar um RCS muito maior do que o quadrante frontal.

2. Estimativas de RCS

Existem fórmulas para calcular o RCS de formas simples e programas de computador para estimar aqueles de estruturas mais complexas, mas devido à dificuldade em contabilizar mecanismos não-especulares, interação entre estruturas e RAM (Material Absorvente de Radar), é melhor confiar em RCS determinados por testes práticos de campo. Esses números, às vezes envoltos em terminologia de objetos, são muitas vezes discutidos publicamente.

As aeronaves convencionais de geometrias e tamanhos semelhantes tendem a ter RCS semelhante. O Boeing F-15 e o Sukhoi Su-27 estão na faixa de 10-15m², o Tornado provavelmente esteja nessa faixa também. Acredita-se que o RCS inicial do Boeing F/A-18A/B esteja no reino entre 5-10m², mas o F/A-18C/D começou a incorporar RAM em 1989. O RCS do Lockheed Martin F-16A é de cerca de 1-5m², o modelo C posterior é ligeiramente mais furtivo do que o F-16A, com um RCS entre 1-3m². De um modo geral, caças médios da “Geração 4G” possuem um RCS entre 1-10m² e os pesados entre 10-20m².

Mais tarde, os caças da “Geração 4.5” empregaram uma redução de RCS até certo ponto. Os programas Eurofighter Typhoon, Dassault Rafale, Boeing F/A-18E/F Super Hornet e Sukhoi Su-35S procuraram reduzir seus RCS em relação aos seus 4G atencessores: Tornado, Mirage 2000, F/A-18 Hornet e Su-27 respectivamente. De modo que Typhoon, Rafale e Super Hornet reduziram seus RCS para algo entre 0,1-1m², enquanto o Su-35S ficou em algum lugar entre 1-5m². Em comparação aos modelos da “Geração 4G” a “Geração 4.5G” será detectada em um intervalo 25-50% menor.

Embora a furtividade seja um espectro e não uma qualidade binária, “aviões verdadeiramente furtivos” (Stealth) geralmente implicam um RCS de menos de 0,01m² em configuração de combate. Normalmente uma aeronave com RCS entre 0,01-1m² será classificada como LO (low-observable), enquanto um VLO (very low-observable) terá um RCS inferior a 0,01m² (-20dB). Acredita-se que o novo Su-57 da Rússia esteja na faixa de 0,1-1m², sendo assim classificado como um sistema LO. Os mísseis de cruzeiro chegam a 0,1-0,2m². O F-117 foi dito ter um RCS igual a um pássaro pequeno (0,01-0,001m²) ou a uma bola de golfe. O RCS do F-22 é comparado a “uma bola de gude” com RCS de aproximadamente 0,0001m² (na verdade algum lugar entre 0,0001-0,001m²), que é suficiente para diminuir em até 10 vezes o alcance de um radar.

3. Requisito RCS do JSF

Ainda em 1996, no início do programa Joint Strike Fighter (JSF) – que visava desenvolver 3 variantes de um mesmo caça para a USAF, US Navy, USMC e aliados dos EUA – já era possível observar um certo dilema quanto à furtividade da futura aeronave, que poderia entrar em conflito com os baixos custos planejados. Às vezes, a necessidade de acessibilidade da USAF parecia em desacordo com a demanda de capacidade da US Navy. O primeiro era o maior cliente (com 1700 aeronaves), mas o segundo – que queria apenas 300 aeronaves – tinha a missão mais exigente. A USAF tinha a preocupação de que a necessidade da Marinha de mais furtividade, alcance e carga útil tornariam o JSF inacessível.

O JSF seria a aeronave de ataque do ‘Primeiro Dia’ da US Navy a partir de 2010. A Marinha via o JSF como destinado a atacar alvos de alto valor e abrir caminho para o F/A-18E/F Super Hornet dentro das defesas aéreas integradas do inimigo. Os planos exigem que cada ala aérea de 36 F/A-18Cs e 14 Grumman F-14s fosse reequipada com 36 F-18E/Fs e 14 JSFs até 2020. A capacidade de sobrevivência era uma das principais preocupações da US Navy e para isso a sua variante JSF receberia tratamento furtivo de superfície adicional durante a fabricação. Já a USAF, que via o JSF operando ao lado dos furtivos Lockheed Martin F-117 e Lockheed Martin/Boeing F-22, se contentava com “… um grau acessível de furtividade decidido por negociações de custo”. O JSF da USAF não seria necessariamente uma aeronave do primeiro dia de guerra … [mas] precisava ser sobrevivente.

Mas a primeira referência mais clara quanto ao nível de furtividade do JSF, que ainda seria decidido entre o X-35 da Lockheed Martin (futuro F-35) e o X-32 da Boeing, veio em 1999. Segundo declarações de oficiais da USAF e da indústria aeroesoacial para a revista Aviation Week: “O objetivo geral do programa JSF era produzir uma aeronave com uma assinatura de radar ligeiramente maior do que a do novo F-22 Raptor, mas por uma fração do custo.  Sua seção transversal de radar (RCS) deveria ser de apenas -30dB (0,001m²) ao olhar para a parte frontal da aeronave”. Este RCS de -30dB é mais ou menos equivalente ao de uma bola de metal do tamanho de uma bola de golfe.

Além disso, foi declarado também que o futuro JSF seria mais furtivo em baixas frequências do que seus antecessores (provavelmente uma referência ao F-117 e F-22): “Os engenheiros também estão tornando o JSF mais furtivo do que as aeronaves baixo observáveis (LO) anteriores contra radares de baixa frequência, particularmente aqueles no espectro VHF.”

4. RCS do F-35

Originalmente previsto para ter um RCS um pouco maior do que o do F-22, já em 2011, porém, algumas declarações apontavam que o F-35 iria superar seu requisito de furtividade, ou seja, ele teria uma assinatura radar significativamente menor do que o originalmente previsto. Em 31 de maio, disse o tenente-coronel Hank “Hog” Griffiths, um piloto de testes do F-35 e diretor da Força de Teste Integrada do Joint Strike Fighter (JSF): “os F-35 de Edwards haviam voado um total de 2.513 pontos de teste contra um plano de 1.995. A partir dessa data, o F-35A estava atingindo todos os seus principais parâmetros de desempenho, e os testes de seção transversal do radar estavam excedendo as especificações”.

Em 2014, o General Hostage, chefe do Comando de Combate Aéreo, disse: “a seção transversal do radar do F-35 é muito menor que a do F-22, mas isso não significa que o F-35 seja necessariamente superior ao F-22 quando vamos para a guerra”. Para aqueles que se perguntam sobre o valor da opinião de um general sentado atrás de uma mesa, saiba que Hostage voou o F-22, assim como a maioria dos modelos do F-15 e do F-16. As declarações de Hostage causaram um certo rebuliço, acabaram contrariando análises independentes e o conhecimento convencional sobre técnicas de baixa observabilidade que apontavam o F-22 como sendo uma aeronave mais furtiva. Mas segundo o Tenente-General Christopher C. Bogdan: Eu diria que o general Hostage foi preciso em sua declaração sobre o nível de furtividade do F-35“. Ele ainda zombou da noção de que qualquer um pode dizer o quão furtivo é uma aeronave apenas olhando para ela.

Em 2015, durante um debriefing de voo, o coronel Chris Niemi e o major Nash Vickers disseram que uma comparação da furtividade do F-35 com seu primo ágil bimotor F-22, mas menos furtivo, poderia não revelar toda a história. Niemi tinha oito anos na cabine de um F-22 e era um dos poucos pilotos da Força Aérea qualificados tanto no Raptor quanto no F-35 Lightning II. Segundo Niemi: “Muitos compararam o F-22 com o F-35, mas essa comparação era injusta. O F-35 Lightning enxerga melhor, tem mais alcance e é mais furtivo do que qualquer um de seus antecessores.”

Em 2017, segundo Robert Wallace, gerente sênior de operações de voo do F-35: “no radar, um 747 possui uma assinatura equivalente a um balão de ar quente e um F-16 a uma bola de praia. Aeronaves furtivas como o Lockheed F-117 Nighthawk equivale a uma bola de golfe enquanto um F-22 Raptor teria um RCS equivalente a uma ervilha. Com o F-35, a Lockheed chegou ao tamanho de um cascalho“.

Um cascalho menor do que uma ervilha ou bola de gude (RCS do F-22) é mais ou menos equivalente a uma pequena esfera de rolamento, provavelmente atingindo assim um RCS inferior a 0,0001m².

5. F-35 vs F-22

5.1 Vantagens do F-22

O F-22 possui uma superfície mais disciplinada do que a do F-35, ou seja, possui menos saliências ao longo da fuselagem, principalmente no aspecto inferior. O atenuante é que as saliências do F-35 seguem a regra de forma para furtividade (uma curvatura suave) e afetam muito pouco o RCS no aspecto frontal, já que as saliências representam uma fração da seção reta da fuselagem em relação ao aspecto frontal.

O bocal de exaustão do F-22 também utiliza um design mais furtivo. Duas “pétalas” angulares em forma de cunha formam um bocal 2D com apenas duas grandes bordas cada. Enquanto isso, o F-35 utiliza um bocal axissimétrico com várias pequenas “pétalas” com bordas angulares que controlam um pouco menos a direção de reflexão, além de utilizarem bordas menores com maior potencial de interação com as ondas. Assim como nas saliências da fuselagem, o atenuante é que o bocal afeta pouco o RCS frontal.

5.2 Vantagens do F-35

O F-22 utiliza uma tradicional entrada de ar com placa divisora (splitter plate) para desviar a camada limite para longe da entrada do motor, formando assim um espaço inapropriado em termos furtivos entre a tomada de ar e a fuselagem; já o F-35 utiliza uma entrada supersônica sem desvio (DSI ou diverterless-supersonic inlets), que em essência é mais furtiva e elimina sistemas mecânicos complexos e pesados.

A entrada DSI possui uma grande saliência na fuselagem com curvatura suave que consegue desviar o ar turbulento da camada limite. A saliência também desvia as ondas de radar ao obedecer critérios bem definidos de forma, diminui ainda mais o campo de visão para o motor e absorve as ondas de radar com uma grossa camada de RAM.

No aspecto traseiro a grande inovação no F-35 foi a adoção de um sistema de pós-combustão que atua como um verdadeiro bloqueador no duto de exaustão para mascarar a turbina, que assim como o fan do motor no aspecto frontal, é uma grande fonte de reflexão radar, além de emissão IR. O F-22 também possui um sistema de pós-combustão “furtivo”, mas sem a capacidade de mascaramento do sistema do F-35.

A tolerância de fabricação (o limite de inexatidão admissível para uma peça) é um dos fatores-chave na construção de uma aeronave furtiva. O F-22, por exemplo, tinha tolerâncias de fabricação de 1/10.000 de polegada. A linha de produção do F-35 é ordens de magnitude mais precisa que a do F-22 que foi construído usando técnicas de fabricação comparativamente datadas. A equipe do F-35 está empregando avançados métodos de montagem e máquinas de fabricação de alta precisão, novas fresadoras com precisão menor que a largura de um cabelo humano garantem que a forma externa do F-35 seja exata e atenda aos requisitos de furtividade.

A redução ou a quase eliminação das lacunas entre as peças estruturais é altamente desejável para alcançar características furtivas em uma aeronave. De fato, uma das razões pelas quais o F-35 faz uso de menos revestimentos furtivos e preenchedores de folgas é devido à tolerância de fabricação extremamente reduzida. Quanto mais precisa a montagem da fuselagem, mais facilmente a corrente induzida por um radar iluminante vai percorrer a pele da aeronave. Essa corrente induzida, quando encontra qualquer descontinuidade, irradia ondas de radar de volta para o radar iluminante.

Outro ponto onde o F-35 avançou em relação ao F-22 foi no material furtivo. Tudo o que foi observado durante as operações do F-22 serviu para o aprimoramento dos materiais para o F-35. O F-35 é formado por material composto em aproximadamente de 42% do seu peso, contra 22% no F-22 e 2% no F-16. O F-35, contém uma camada de esteira de fibra (fibermat) curada diretamente na fuselagem que dispensa a camada de “pintura condutiva” encontrada no F-22, “eliminando completamente” está substância perigosa e de difícil aplicação. A pintura condutiva utiliza prata em sua composição para dar condutividade na fuselagem e torna-la opaca às ondas de radar para que elas não penetrem a fuselagem e reflitam nos componentes internos da aeronave. Enquanto a pintura condutiva é relativamente sensível à pressão e a substâncias químicas, como combustível e óleo, o tapete de fibra do F-35 só é afetado se a fuselagem for de fato danificada.

Depois de obter as medições de RCS de linha de base, a equipe do Supportable LO infligiu intencionalmente danos extensos a muitas áreas do modelo SigMA (Signature Measurement Aircraft ou Aeronave de Medição de Assinatura) do F-35. Os danos infligidos – mais de três dúzias de defeitos significativos – representaram em tipo e frequência o efeito cumulativo de mais de 600 horas de voo de operações de aeronaves militares. Engenheiros furtivos da Lockheed Martin e Northrop Grumman caracterizaram os resultados dos testes como “espetaculares”. Quando os membros da equipe sobrepuseram as curvas RCS das configurações não danificadas, danificadas e reparadas, eles acharam difícil determinar qual curva representava qual configuração.

Enquanto que no F-22 3% das manutenções exigem retoque na cobertura furtiva, no F-35 apenas 1% exige retoque, ou seja, 3 vezes menos. O intervalo entre os eventos de manutenção para o revestimento furtivo do F-35 é de 19h – melhor do que as 9h previstas. Além disso, 97% dos eventos de danos na furtividade do F-35 que ocorrem em um ambiente operacional são reparáveis em nível de unidade. Isso é sem precedentes e claramente reduz a dependência do depósito. Mais importante, o revestimento é facilmente aplicado em campo e não requer instalações de controle ambiental como nas versões anteriores de aeronaves furtivas.

O resultado, claramente, é que o sistema de furtividade do F-35 é uma redução de uma ordem de magnitude na manutenção em comparação com todos os outros sistemas furtivos. Não por acaso, no ano fiscal de 2020, o F-35A foi a aeronave de caça com a melhor capacidade de missão da USAF, alcançando 76,07% de disponibilidade contra 51,98% do F-22, superando inclusive aeronaves legado como F-16 e F-15.


*Ricardo N. Barbosa é Técnico do Seguro Social e 3º Sargento da Reserva não Remunerada da FAB. E-mail: rnbeear@hotmail.com


Facebook: https://www.facebook.com/tecnomilitar2/

Um comentário sobre “F-35, o caça mais furtivo do mundo

  1. Parabéns, ótimo artigo, ainda tem criatura que acha o F35 ruim, além de que nos testes contra os 4,5G deu surra neles.

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