| IRST - Infrared Search and Track |
Quatro caças F-16 noruegueses estão atravessando o céu das Ilhas Lofoten, após decolarem para atenderem a um chamado de interceptação contra alvos indo em direção à Base Aérea de Andoya. Os F-16 foram equipados com um IRST AN/AAS-42.
Voando abaixo do nível de formação de trilhas de condensação (30 mil pés), os pilotos noruegueses logo detectaram os seis "alvos". Eram caças Su-27 aproximando-se de frente na mesma altitude, voando um padrão de varredura de caças tipo "parede de Flanker" e projetando seu grande envelope de busca radar à frente. Presumivelmente, um grupo de ataque viria logo atrás.
Os F-16 estavam com seus radares desligados e reduziram a potência do motor para não serem vistos pelos IRST dos Su-27, que suspeita-se operarem na banda 3-5 m, otimizados para detectar assinaturas de pós-combustores. Como o sensor AN/AAS-42, que funciona na banda 8-12 µm detecta a assinatura de fricção do ar na fuselagem, os F-16 foram capazes de detectar e classificar a aproximação dos Su-27 antes de serem detectados. Os noruegueses realizaram uma emboscada furtiva e derrotaram os Su-27 com disparos de AMRAAM no alcance máximo.
Esta demostração gráfica
do potencial oferecido por caças equipados com IRST foi feita pela
Lockheed Martin Tactical Aircraft Systems in Fort Worth, Texas, em cenários
ar-ar simulados. O desempenho cada vez maior dos sensores de imagem térmica
tem permitido que os IRST rivalizem com o radar como o sensor de escolha para
muitas aplicações ar-ar em caças e aeronaves de vigilância.
Ver o que não
pode ser visto é característico da guerra moderna. As armas
atuais conseguem destruir alvos facilmente, no ar ou terra, após detectados
e identificados. O ideal é detectar e localizar inimigo sem ser detectado
no processo. Embora radar seja um sensor efetivo, sua fraqueza fundamental
é precisar de iluminar o alvo com energia. Quando faz isso será
identificado e denunciará sua posição e ainda pode ser
jammeado. Sensores eletroóticos e por calor não tem estas deficientes
por serem passivos.
O primeiro FLIR foi usado em 1967 durante o a Guerra no Vietnã.
Mostrou ser um sucesso com o calor das tropas e equipamentos inimigos denunciando
sua posição com o calor emitido. O FLIR (Forward Looking InfraRed) virou termo
genérico para um grande conjunto de equipamentos de imagem de calor.
O primeiro FLIR apareceu em 1964 produzido pela Texas Instruments usando experiência
usada nos primeiros varredores IR lineares de casulos de reconhecimento.
O IRST, ou Sistemas de Busca e Rastreio Infra-Vermelho (Infrared Search and Track) é um sensor passivo, que usa a fonte de calor emitida pelo alvo para gerar dados para o sistema de armas de uma aeronave (ou outra plataforma como navio ou bateria antiaérea).
A operação passiva dos IRST
tem a vantagem da ocultação. A vantagem de formar imagem de
alta resolução também ajuda na identificação
visual (VID) a longa distância. A perda de precisão na informação
de alcance pode ser parcialmente superada com a integração
de um telêmetro laser ou com um radar laser (LADAR).
O uso de sensores que detectam calor para
busca de alvos por aeronaves de combate é tão
antigo quanto o uso desses sensores para
guiagem de mísseis. Os primeiros modelos tinham desempenho limitado,
pois não formavam imagem do alvo. Aeronaves da USAF da década
de 50 e 60 como o F-101B Voodoo, F-102
Dagger, F-104 Starfighter, F-106 Delta Dart, F-8 Crusader e F-4B Phantom
já eram equipadas com esses sensores, mas com pouca utilidade prática.
Os IRST eram instalados principalmente em
interceptadores cujos alvos eram bombardeiros Bear e Bison com grande assinatura
IR voando a grande altitude em céu claro e em um cenário frio
no norte do Cadaná. Também podiam ser usados para apontar mísseis
guiados por calor como o Sidewinder e Falcon. Por atuar de forma passiva o
IRST daria pouco alerta ao alvo e não poderia jammear o radar. Os bombardeiros
soviéticos tinham interferidores potentes na época.
Os IRST da USAF foram adotados pela US Navy nos F-4B como sensor AAA-4 IRST montado no nariz para apontar o AIM-9B. Foram retirados nas versões posteriores usadas para superioridade aérea e ataque.
O F-4C era equipado com um detetor IR Hughes S-71N (AN/AAR-4) sob o radome do radar, mas que foi subsituído por uma antena de alerta radar nos modelos F-4D. O JAS-35F Draken sueco também foi equipado com o AAR-4 na década de 60.
Um sensor IR AAS-15 foi
instalado na maioria dos F8U-2N Crusader a partir de 1960, aparecendo como
um chifre à frente do cockpit da aeronave.
Os russos tem uma história mais longa e consistente de uso de IRST. Os russos copiaram os IRST americanos e instalaram nos seus Mig-25 e Mig-23 de defesa aérea a partir da década de 60. O Mig-23 tinha um buscador de calor TP-23, TP-23-1 ou TP-23M (Mig-23ML) sob o nariz capaz de detectar um F-16 ou similar a 35-40 km ou um TP-26 apontado para trás com alcance de 60 km. Os dados são mostrados no HUD. O TP-26 é usado para apontar mísseis R-60 e R-23T. O Mig-23P com computador digital e datalink Lazur-23SML tinha capacidade de interceptação completamente autônoma no inicio da década de 80.
O primeiro IRST do J-35A do Draken era muito inefetivo e de curto alcance e difere bastante em formato nas versões posteriores usados no J-35F. O sensor era fabricado pela Hughes e tinha alcance de 25km. Era apropriado para as regiões geladas dos países nórdicos.
Os primeiros modelos do F-14 Tomcat eram equipados
com um detetor IR AN/ALR-23 móvel sob o nariz, que podia ser apontado
pelo radar ou usado independentemente para varrer áreas não
vigiadas pelo radar. O detetor de Antimoniato de índio era resfriado
por um sistema de criogênio de ciclo Stirling autônomo. Na prática,
o AN/ALR-23 era inefetivo, e foi substituído pelo Northrop AN/AXX-1
Television Camera Set (TCS).
Os primeiros IRST eram simplesmente câmeras
FLIR com um simples sistema de rastreio e pontaria. Os projetos recentes
têm maior capacidade, incluindo um grande volume de busca, aquisição
autônoma de alvos distântes, rastreio acurado de alvos múltiplos,
taxa de aviso de alvos falsos muito baixo em todas as condições,
estimação de distância passiva, qualidade de imagem
similar às câmeras de TV de alta definição, e
integração com outros sensores e armas de bordo.
A capacidade do IRST varia de acordo com a freqüência de operação. Por exemplo, operando na banda de 2 microns o sensor só detectará exatores de foguete, pós-combustor e a cavidade da turbina. Na banda de 4 microns detecta o já citado e partes quentes da fuselagem e na banda de 8 microns para todos os citados e até a turbulência.
A diferença entre um FLIR e um IRST
é que o último mostra dados de fontes de calor no mesmo formato
de uma tela de radar podendo informar a distância também se
estiver usando um telemetro laser ou por estimativa. O FLIR é um sensor
de calor que forma imagens a frente para serem mostradas ao piloto e com
uso em navegação e aquisição de alvos num FOV
estreito. Os IRST atuais são capazes de formar imagens de alta resolução
podendo ser usados para aquisição com um FOV estreito e para
identificação visual.
Imagens de um mostrador
de radar do F-8 Crusader mostrando as imagens do IRST.
O ASRAAM e AIM-9X foram os primeiros mísseis ar-ar a empregarem a tecnologia de FPA em um arranjo de 128 x 128 sensores. As imagens de onda longa com sensores de HgCdTe prometem aumentar o alcance de detecção. Para aplicações de ondas curtas, os arranjos de PtSi são outra alternativa. A cabeça de busca dos mísseis guiados por IIR atuais podem formar uma imagem do alvo. O míssil francês MICA pode ter seu sensor de busca usado como IRST sob comando da mira do capacete do piloto ou do radar.
Os principais requerimentos para os IRST de caças são:
- Busca e rastreio automático da
assinatura IR de aeronaves em vôo a longa distância em um grande
campo de visão e em todos os aspectos (olhando para cima, para baixo,
mesma altitude
e contra ruído de fundo).
- Capacidade e assistência no engajamento de alvos múltiplos simultâneos e no lançamento de armas em um ambiente de contramedidas eletrônicas pesado.
- Saída de dados para fusão de sensores, para aumentar a segurança e confiança, melhorar a detecção, reduzir ambiguidade, e melhorar o desempenho de radar, armas e sistemas de guerra eletrônica.
- Mostrar imagens de alta resolução para identificação visual (VID) de alvos ao piloto.
- Ter um modo de auxílio a pouso noturno e condições de tempo adversas.
- Ter um modo de navegação e evitamento de terreno.
- Ter um modo ar-terra para localização e designação de alvos olhando para baixo.
- Mostrar informações relevantes e vídeo para apresentação no HUD, HMD e HDD.
- Sensor auxiliar em caso do radar estar sofrendo interferência.
Um FLIR de Terceira Geração
mostrando um C-141 taxiando a 20 km de distância.
O desempenho de um IRST depende de uma combinação de fatores. O número máximo de alvos que podem ser rastreados, simultaneamente, está diretamente relacionado com a capacidade de processamento. Embora o número real de alvos verdadeiros no campo de visão do sensor possa ser bem pequeno, uma grande capacidade de processamento é necessária para assegurar que ela não será cancelada na presença de "clutter", como margens de nuvens. Em cada caso, a precisão do rastreio deve ser otimizada para apoiar funções como trancamento de cabeça de busca de mísseis ou fusão de sensores.
O alcance de detecção é a distância em que a assinatura do alvo excede um certo limiar, que é normalmente determinado como 90-95 % da probabilidade de detecção. Alguns IRST constroem uma história de rastreio, usando associações entre várias detecções, antes de declarar o resultado ao sistema de armas. Esta "declaração de alcance" deve ser a maior possível para preparar a resposta na forma de lançamento de armas, lançamento de contramedidas ou manobras de escape.
O campo de visão (Field Of Vision
- FOV) que o usuário selecionou no campo de visão total (Field
Of Regard - FOR) do IRST depende das circunstâncias. Para uma cobertura
máxima, o FOV deve ocupar todo o FOR. Com um valor menor pode-se
reduzir o tempo para completar uma varredura, com uma maior taxa de atualização.
Outra alternativa é permitir o uso de tempo de integração
maior no detetor, com um maior alcance contra um certo alvo. O objetivo
é ter uma taxa de alarme falso de menos de cinco por hora em um FOV
de 30 x 50 graus.
Os IRST são
passivos mas podem ser detectados com varredura laser que detectam o brilho
do filtro IR do sensor. Se o IRST tiver um telemetro laser suas emissões
podem ser detectado por um sistema de alerta laser (Laser Warning Receiver
- LWR). Os sensores infravermelhos são passivos mas podem ser jameados
com um laser potente que satura o sensor e pode até queimá-lo.
Os russos tem a tendência
de usar telêmetros laser como arma antipessoal, para danificar
o olhos humano e sensores óticos mais simples. A USAF testou esta capacidade
no programa Compass Hammer propondo um traqueador ótico capaz de detectar
o brilho do disparo de canhão e direcionar um potente laser verde
para a fonte para cegar o artilheiro e o sistema de controle de tiro. A Westinghouse
projetou o casulo Advanced Optical CounterMeasures testado no meio da década
de 80 para equipar os B-52 mas não entrou em serviço. A contramedida
contra os laser é usar óculos com várias camadas de
filtro de vários comprimentos de ondas especificas. O óculos
tem que ser usado de forma continua pois o laser visível e invisível
não dão alerta.
TISEO
Um sistema eletroótico usado no fim do conflito do Vietnã
foi as TV telescópicas estabilizadas. Um dos motivos foi a necessidade
de identificar aeronaves visualmente antes de disparar armas. As aeronaves
americanas eram grandes e ficavam em desvantagem contra pequenos migs vietnamitas
e ainda eram fumaçentos. A próxima geração era
ainda maior com o F-14 e F-15 sendo maior que o F-4. Os americanos ficaram
na situação ridícula de usarem sistemas de armas de longo
alcance e serem forçados a combater a curta distância. A TV
telescópica reverteu esta situação permitindo a identificação
visual além da visão humana.
A primeira câmera de TV telescópica estabilizada a entrar
em operação foi a AN/ASX-1 Target Identification Set Electro-Optical
(TISEO) da Northrop. O TISEO foi resultado do programa Rivet Haste durante
o conflito do Vietnã. O TISEO entrou serviço na década
de 70 na USAF, inicialmente no F-4E e depois seria instalado no F-15 mas foi
cancelado.
A instalação do TISEO no F-15 foi abandonado em 1972. Em
1987 foi iniciado um projeto semelhante chamado "Eagle Eye III" com um sensor
que seria montado na raiz da asa esquerda no mesmo local preparado para levar
o TISEO. O sensor teria 40cm de comprimento e 10cm de diâmetro. As
imagens de TV seriam mostradas na tela de radar. O sensor foi cancelado por
falta de fundos e alguns caças passaram a levar lunetas Leopold acoplada
na estrutura do HUD.
O TISEO foi instalado nos últimos F-4E de produção
e retrofitado nos modelos mais antigos. As imagens são mostradas na
tela de radar do WSO. O TISEO pode ser apontado pelo radar APQ-120 e com uma
modernização podia ser apontada pelo sistema de navegação
para apontar em pontos no solo. Foi empregado no fim do conflito do Vietnã
com sucesso. Os F-4E iranianos equipados com o TISEO usavam o Combate Tree
e o TISEO para detectar, identificar e atacar os Mig-21 iraquianos a longa
distância com mísseis Sparrow.
Em testes no deserto, as táticas de penetração dos
F-111 foram questionadas depois que estas aeronaves eram facilmente detectadas,
identificadas e “derrubadas” a longa distância por migs simulados por
caças F-4E equipados com o TISEO.
O TISEO é instalado
na raiz da asa esquerda do F-4E.
Foto de uma imagem de um TISEO
feita a partir de um F-4E iraniano mostrando um Mig-23 iraquiano no momento
em que um AIM-54 Phoenix detona ao seu lado. O combate ocorreu em 25 de setembro
de 1980 com o míssil sendo disparado pelo Major Naghdi. O F-14A estava
voando a 6.000 metros e a 8km do Mig-23 quando o Phoenix foi disparado com
o Mig se aproximando e manobrando violentamente. No mesmo combate um Phantom
II derrubou um Mig-23 com um Sparrow disparado a 5km de distância. Os
pilotos iranianos gostavam do TISEO do F-4E com excelentes resultado e esperavam
receber o AN/AX-1 TCS nos seus F-14 mas a revolução impediu
a instalação que seria feita após as aeronaves serem
recebidas.
AN/AXX-1 Television Camera
Set (TCS)
O TISEO foi modificado pela US Navy como TVSU (Television Sight Unit) e
testado entre 1977 a 1978 com grande sucesso. A Northrop foi contratada
para adapta-lo para uso naval e virou o AN/AXX-1 Television Camera Set (TCS).
O TVSU foi usado
na segunda fase dos exercícios ACEVAL e mostrou a importância
do TVSU que equipava os F-14 em 185 mísseis disparados eletronicamente.
O TVSU permitiu a identificação visual a longa distancia em
175 destes disparos. Os primeiro TCS foram incorporados nos F-14 Block 125
no início da década de 80.
O TCS consiste de uma câmera
de TV estabilizada de alta resolução de campo de visão
(FOV) largo de 1,42 graus para busca e outro com zoom de 0,44 graus para
identificação de alvos. As imagens aparecem logo acima da tela
de radar do piloto e no painel do WSO. O TCS varre uma área 15 graus
para cada lado do eixo da aeronave podendo ser apontado pelo radar (AWG-9
ou APG-71), pelo IRST do F-14D, de forma independente ou manualmente
pelo WSO. Os eletrônicos têm algoritmo para acompanhamento automático
do alvo o que aumenta a capacidade de contra contramedidas eletrônicas
do radar que não vai se desviar do alvo. Aeronaves fazendo manobras
"bemaning" são acompanhados facilmente.
O TCS é usado para localizar
um inimigo visualmente a longa distância e identificá-lo, evitando
fogo amigo. O TCS permite inspecionar alvos a longa distância antes
de engajar, pelo menos de dia e com bom tempo. O TCS não tem o alcance
do radar, mas ajuda em muito na identificação o que é
importante quando as regras de engajamento especifica que é necessário
identificar visualmente o alvo antes de disparar. O TCS permite ganhar segundos
cruciais no combate. O TCS, e o TISEO, permite identificar um caça
F-5 a cerca de 18km, um C-130 a 60km, um F-111 a 70km, um DC-10 a 135km.
Um exemplo prático do uso do
TCS é o uso do radar AWG-9 para detectar um Tu-22 Backfire e aponta
o TCS com o radar. A aeronave é identificada a longa distância
e o F-14 inicia o ataque com mísseis Sparrow iluminando o alvo com
o radar. O Tu-22 reage com seus potentes interferidores e o radar do F-14
perde o traqueamento do alvo, mas o TCS ainda mantém o radar apontado
para alvo e continua iluminando o alvo corretamente com um feixe estreito
de radar.
O TCS também é usado
para avaliação de incursão, contra alvos voando muito
perto, e depois do ataque serve para avaliação dos danos de
batalha.
Dependendo das regras
de engajamento o TCS permite fazer identificação visual a uma
distância 3-7 vezes maior que o alcance visual. Ao acompanhar o alvo
o piloto pode observar se esta fazendo manobras ofensivas e defensivas, ou
se está disparando mísseis. As imagens são gravadas para
analise pós vôo.
O TCS
usa duas TV vindicon, uma com zoom estreito e outra com zoom largo.
O TCS é formado por dois Weapon Replaceable Assemblies (WRA), o
telescópico e a caixa preta com eletrônicos. As duas câmeras
ficam em uma montagem móvel com o campo de visão de 30 graus
centrado no eixo da aeronave. O sensor move a 30 graus por segundo e estabilizada
a 150 graus por segundos.
No F-14D o TCS foi instalado junto com o IRST. Originalmente o F-14A tinha o conjunto de detecção infravermelho AN/ALR-23 no local do TCS mas mostrou ser pouco confiável e foi substituído pelo TCS. O ALR-23 tinha alcance limitado, com dados de pouca qualidade e detectava fontes de calor falsas. A tecnologia dos IRST melhorou com aumento da confiabilidade e maior alcance.
Detalhes da imagem do TCS com um F-14 como alvo.
Imagem do TCS durante um combate contra um Mig-23 líbio no Golfo de Sidra em 4 de janeiro de 1989. O TCS é um sistema de aumento visual que permite identificar um caça pelo tipo a cerca de 24km.
PIRATE
Os projetos de IRST europeus, fora os sistemas russos, foram liderados pelo consórcio EUROFIRST liderado pela Thales Optronics do Reino Unido (ex Pilkington-Thorn Optronics), FIAR (Itália) e TECNOBIT (Espanha). A equipe está desenvolvendo o IRST PIRATE (Passive Infra-Red Airborne Track Equipment) como complemento do radar do Eurofighter Typhoon, através de um contrato assinado em 1992. A Thales é responsável pela autoridade técnica e software, a FIAR é responsável pelo gerenciamento do programa e contrados além da integração e qualificação e a Tecnobit é responsável pelo apoio logístico.
