NGAD e mais: Como seria e realizaria o futuro caça da Força Aérea e da Marinha dos EUA? Se você fosse encarregado de desenvolver o próximo caça de superioridade aérea da América - uma aeronave construída especificamente para dominar os céus até mesmo nas zonas de guerra mais disputadas do século 21 - como você faria isso? Com quais sistemas, recursos e tecnologias de ponta você construiria seu novo caça?
Essa é uma pergunta que foi feita aos principais fornecedores de defesa dos Estados Unidos nos últimos anos, sob programas de desenvolvimento secretos, como o Next Generation Air Dominance (NGAD) da Força Aérea e o esforço F/A-XX da Marinha.
Ao contrário do F-35 Joint Strike Fighter, que foi amplamente criticado por tentar atender às necessidades de muitos serviços díspares em seu design de baixo orçamento, esses novos caças estão sendo desenvolvidos sob um guarda-chuva de cooperação independente e um processo de aquisição muito diferente. Para começar, espera-se que tanto a Força Aérea quanto a Marinha usem aeronaves diferentes, embora quase certamente compartilhem alguns subsistemas desenvolvidos em cooperação entre si sob a bandeira NGAD. Portanto, qualquer que seja a plataforma que surja como o próximo caça de superioridade aérea da rainha da pista da América, quase certamente não também deverá voar em serviço de porta-aviões.
Nota do editor: o artigo a seguir é estritamente hipotético, mas todos os programas e tecnologias discutidos são divulgados publicamente.
NGAD e F/A-XX são verdadeiros programas de combate em desenvolvimento
Tem havido muitas conjecturas em torno das capacidades e tecnologias que encontraremos nos próximos caças da América, mas embora algumas dessas conjecturas pareçam ser substanciadas por declarações oficiais, a maioria dos detalhes concretos permanecem indefinidos. Você pode ler mais sobre o programa NGAD em nossa cobertura anterior aqui.
Então, como um exercício de pensamento, decidi começar a projetar meu próprio caça de superioridade aérea que poderia substituir o lendário F-22 Raptor como o novo rei reinante dos céus, reunindo as últimas e mais sistemas avançados que estão atualmente sendo implantados ou estão em desenvolvimento e podem potencialmente encontrar seu caminho para a fuselagem de um caça em um prazo razoável. Em outras palavras, como este novo jato precisará começar a voar nos próximos 5 a 10 anos, esperar por fusão a frio em contêineres ou um sistema de propulsão scramjet de ciclo totalmente duplo para vôo hipersônico não é tão razoável… mas motores a jato avançados como o XA100 da GE, que ainda não chegou a um caça, mas está sendo testado no momento, é um jogo justo.
Imagem do caça F-35 Stealth. Crédito da imagem: Lockheed Martin.
Também estarei puxando de alguns conceitos um pouco mais hipotéticos que certamente poderiam encontrar seu caminho para um novo lutador tecnologicamente falando, apesar de não ser o assunto de programas divulgados publicamente atualmente (como o Active Flow Control… que abordaremos mais adiante ).
Os sistemas que eu escolher serão baseados na capacidade potencial em vez da interoperabilidade comprovada - em outras palavras, sistemas que nunca voaram juntos na mesma aeronave podem encontrar seu lugar na minha lista, operando sob a suposição de que fazê-los funcionar juntos seria viável através do ciclo de desenvolvimento do NGAD.
Esse esforço dependerá fortemente de programas reais, ciência real e pesquisa real, mas o resultado, é claro, não é real. Este não é um detalhamento do que virá no próximo caça da Força Aérea, mas será muito interessante ver quantos (se houver) novos recursos eu acerto quando o NGAD for finalmente revelado.
Renderização do artista NGAD (Nota: não é uma imagem do governo dos EUA).
Imagem da Força Aérea dos EUA do possível conceito NGAD. Crédito da imagem: Força Aérea dos EUA.
Então, sem mais delongas… como eu construiria o próximo caça da Força Aérea usando a melhor tecnologia disponível? Assim…
Design geral: uma asa em forma de delta sem superfícies de cauda verticais
Este novo caça precisará ser capaz de dominar totalmente os céus, mas isso não significa necessariamente que deva fazê-lo da maneira que esperamos de caças de alto desempenho . Acredita-se que os dias de combates aéreos acrobáticos de curta distância acabaram graças ao advento de sensores além do alcance visual e armas ar-ar de longo alcance muito capazes. Em outras palavras, este novo caça não precisa ser tão capaz de perto quanto o Su-35 ou o F-22 Raptor para fazer o trabalho, mas precisa ser altamente sobrevivente em espaço aéreo disputado enquanto ganha lutas contra os caças mais capazes que o mundo tem a oferecer.
Variações da asa delta tiveram uso bem-sucedido em vários caças europeus modernos, bem como uso experimental em esforços para aumentar as capacidades do F-16 (no F-16XL) e do F-22 Raptor (no o FB-22). A área adicional da asa delta aumenta drasticamente a sustentação da aeronave, melhorando as capacidades de carga e o alcance, além de oferecer mais espaço para armazenamento de combustível, aumentando ainda mais o alcance ou o tempo de espera. Como todas as aeronaves furtivas, as armas seriam transportadas internamente ao priorizar a baixa observabilidade, mas eu esperaria uma fuselagem um pouco maior do que o F-22 para permitir maior armazenamento interno, embora esta aeronave também se beneficie do uso de drones para entregar munições. .
Alavancar o controle de fluxo ativo com o sistema de propulsão da aeronave pode eliminar a necessidade de muitas (se não todas) as superfícies de controle tradicionais nas quais os caças dependem - em particular, isso permitiria que a aeronave eliminasse as caudas verticais que geralmente podem comprometer o perfil de um jato furtivo. Enquanto caças furtivos como o F-22 e o F-35 são visíveis em matrizes de radar de espectro inferior que servem como sistemas de alerta precoce eficazes, um projeto que se inclina para as asas voadoras do B-2 Spirit e do B-21 Raider pode ajudar a atrasar detecção até mesmo desses sistemas.
Propulsão: motores de ciclo adaptativo como o XA100 da GE
Os novos e avançados Adaptive Cycle Engines estão sendo testados com sucesso tanto pela GE quanto pela Pratt & Os banners Whitney (o XA100 e o XA101, respectivamente) são os favoritos para atender às necessidades do próximo caça de superioridade aérea da América. Esses motores produzem mais impulso e potência do que os motores anteriores, ao mesmo tempo em que oferecem um salto significativo na economia de combustível e no gerenciamento de calor, permitindo maior produção elétrica.
O XA100 é classificado para 45.000 libras de empuxo sob pós-combustor, o que poderia dar a um projeto de dois motores incríveis 90.000 libras de empuxo na torneira (20.000 a mais do que os dois Pratt & Whitney F119-PW-100 do F-22 Raptor motores turbofan). Mas isso é apenas o começo do que torna esses motores especiais.
O XA100 interpreta a entrada do piloto para operar em diferentes "modos". Quando o piloto precisa do desempenho máximo do motor em combate, ele pode se apoiar fortemente no acelerador e o sistema de gerenciamento do motor seguirá a sugestão para mudar para o modo de alto empuxo de queima pesada. Por outro lado, durante uma patrulha, o motor permaneceria em seu modo de alta eficiência e baixo consumo para aumentar sua quilometragem ou tempo de espera. Os últimos testes de motor da GE ofereceram 20% a mais de empuxo na maior parte do perfil de voo e até 50% a mais de economia de combustível em relação ao Pratt & Whitney F135-PW-100s. E tão importante quanto, oferece o dobro da capacidade de gerenciamento térmico dos motores anteriores.
O calor produzido pelos motores a jato modernos é, na verdade, o fator limitante em sua capacidade de produzir energia para os sistemas de bordo. À medida que esses motores ficam mais quentes, eles correm o risco de danificar a própria aeronave, mas os motores de ciclo adaptativo, como o XA100 da GE, gerenciam melhor o calor, permitindo os excedentes de produção elétrica que seriam necessários para alimentar contramedidas avançadas e armas de energia direcionada.
Fluxo ativo e controle vetorial de empuxo para manobrabilidade com furtividade aprimorada
Talvez a maior mudança que meu projeto de caça faria dos caças no céu hoje é um esforço concentrado para incorporar o controle de fluxo ativo ao lado da vetorização de empuxo para reduzir drasticamente a necessidade de superfícies de controle refletoras de radar e estabilizadores verticais sem sacrificar a capacidade de manobra. Com efeito, esses sistemas permitem que a aeronave mude de direção sem partes móveis tradicionais, como flaps e ailerons (em casos extremos).
Uma abordagem para essa tecnologia discutida no Instituto Americano de Aeronáutica e Astronáutica é direcionar sopros de ar dos motores a jato da aeronave através de orifícios específicos na fuselagem para alterar a trajetória da aeronave em voo. É basicamente uma aproximação extremamente avançada e de alta velocidade de como você pode ver uma espaçonave ajustar o posicionamento em órbita. Porém, o uso em uma aeronave exigiria uma execução muito mais precisa e poderosa. Outra abordagem publicada no Journal of Applied Physics exige o uso de uma série de eletrodos na pele da fuselagem e das asas da aeronave. Esses eletrodos produziriam uma descarga elétrica em intervalos e locais específicos para aquecer rapidamente o ar próximo, alterando a densidade do ar e, por sua vez, como isso afeta o vôo da aeronave ao passar por cima, por baixo ou através dela.
Alguns conceitos de AFC literalmente existem há décadas. Jumpjets como o AV-8B Harrier há muito usam um Sistema de Controle de Reação que funciona sob um princípio semelhante durante decolagens e pousos verticais, mas não foi até recentemente que a tecnologia tornou a abordagem viável para esse tipo de aplicação sem desenhar muito energia longe dos meios primários de propulsão de uma aeronave. O excesso de energia permitido pelo gerenciamento térmico aprimorado do XA100 também ajudaria a tornar esses sistemas possíveis.
O controle vetorial de empuxo (TVC) permite que o piloto mire literalmente a saída de empuxo dos motores de sua aeronave (independente da própria fuselagem) usando bocais. O F-22 tem TVC de 180 graus (para cima e para baixo), enquanto alguns jatos, como o Su-35, têm TVC de 360 graus. Dependendo da eficácia do sistema AFC, os bicos TVC de 360 graus podem complementar o controle da aeronave ao lado de um número mínimo de superfícies de controle convencionais.
Como os sistemas AFC usam menos peças móveis, isso significaria uma redução nos custos de manutenção e no número de costuras e lacunas no corpo da aeronave que podem comprometer sua assinatura furtiva. Se uma cauda for necessária, uma cauda angular furtiva semelhante à do YF-23 pode ser incorporada.
Materiais absorventes de radar de cerâmica para melhor desempenho furtivo e supersônico
Aeronaves furtivas modernas utilizam projetos de reflexão de radar destinados a desviar ondas eletromagnéticas para longe da aeronave, em vez de diretamente de volta para o receptor. Mas esses designs por si só não são suficientes para tornar um jato moderno verdadeiramente “furtivo”. Eles também são cobertos por camadas de materiais de absorção de radar (RAM) que reduzem drasticamente seus retornos de radar.
O RAM usado pelos caças americanos modernos foi classificado para absorver mais de 70-80% da energia eletromagnética de entrada (ou ondas de radar). Mas também é caro e demorado para manter (parte da imensa despesa associada à operação do F-22 e F-35). Os materiais absorventes de radar atuais também são muito suscetíveis a danos causados pelo calor, o que é um problema em velocidades supersônicas. De fato, o risco de danificar o material de absorção de radar na cauda do F-35C limitou as capacidades supersônicas da aeronave a sprints curtos de apenas 60 segundos.
No ano passado, uma equipe de pesquisa da North Carolina State University liderada por Chengying “Cheryl” Xu anunciou o desenvolvimento de um novo material de absorção de radar baseado em cerâmica que poderia ser usado para aplicações táticas de caça. Diz-se que esta nova forma de RAM absorve ainda mais energia eletromagnética (mais de 90%), além de ser resistente à água, mais dura que a areia e capaz de suportar temperaturas de até 3.200 graus Fahrenheit. Materiais absorventes de radar modernos começam a quebrar em cerca de 480 graus. Partes do SR-71 veriam temperaturas de até 950 graus enquanto voavam a velocidades superiores a Mach 3.
O uso deste material permitiria manter altas velocidades supersônicas por longos períodos de tempo, reduzindo drasticamente os requisitos de manutenção para cada caça. Em conjunto com os outros elementos de design mais furtivos do caça, este novo jato pode oferecer melhor desempenho furtivo e do que os caças da geração anterior.
Radar do sistema de radiofrequência multifuncional (MFRFS)
hoje, é comumente aceito que o sistema de radar de controle de fogo AN/APG-81 Active Electronically Scanner (AESA) da Northrop Grumman, encontrado no F-35 Joint Strike Fighter, é o mais capaz do mundo. Este sistema fornece ao F-35 uma consciência situacional inigualável, mas também carrega o poder necessário para ser aproveitado como parte do conjunto de guerra eletrônica do jato, tornando o F-35 a única aeronave de ataque no arsenal americano que pode suportar seu próprio operações EW.
No entanto, por mais capaz que seja o radar AESA do F-35, um novo sistema sendo desenvolvido em cooperação entre o Reino Unido e o Japão para os respectivos programas de caça de 6ª geração de cada nação promete explodir até mesmo suas capacidades fora da água.
Como os radares AESA existentes que substituíram as antenas de radar montadas no nariz por centenas de pequenos módulos de radar, espera-se que este novo sistema (desenvolvido sob o nome de Jaguar) aumente o número de processadores por módulo e, ao mesmo tempo, reduza a degradação do sinal convertendo a entrada sinais em dados mais próximos do ponto de recepção. Essa frase pode ser um bocado, mas também é um grande negócio.
O que isso significa é que esse sistema será capaz de absorver e processar até 10.000 vezes mais dados do que os sistemas de radar existentes. De acordo com as alegações feitas pela Royal Air Force em 2020, esse sistema processaria tantos dados por segundo que poderia gerenciar o uso da Internet de uma cidade inteira.
Um Sistema de Abertura Distribuída (DAS) aprimorado para uma consciência situacional ainda melhor
Em 2018, a Raytheon assumiu a produção do sistema AN/AAQ-37 DAS da Northrop Grumman, fornecendo fidelidade de imagem aprimorada e união de diferentes feeds, e o caça de próxima geração precisaria ir ainda mais longe nessa direção. Não há programas atualmente divulgados publicamente para desenvolver um sistema DAS aprimorado, mas como já se passaram quatro anos desde a última atualização do DAS, é lógico que o poder de computação aprimorado e a construção do sensor poderiam fornecer um novo caça com consciência situacional ainda melhor do que o atual. “zagueiro do céu” F-35.
Software modular e arquitetura de hardware
O emparelhamento do drone permitirá mudanças fáceis no hardware da missão (mais sobre isso mais tarde), mas tanto a aeronave tripulada quanto a aeronave envolvida em nosso novo programa de caça precisarão adotar uma abordagem modular para o hardware e Programas. A construção modular permitirá uma variedade de projetos de fuselagem para compartilhar sistemas, reduzindo os custos de desenvolvimento e teste em geral, bem como os custos de manutenção uma vez em serviço.
A arquitetura de design modular permite atualizações mais frequentes a preços mais baixos do que os designs de caça atuais. Mas o mais importante é que o software da aeronave precisa ser projetado para acomodar essas mudanças, a fim de se beneficiar totalmente de uma abordagem de construção modular.
Esta questão foi abordada pelo chefe do Estado-Maior da Força Aérea, general CQ Brown, na semana passada, quando destacou como os sistemas de missão do NGAD serão completamente independentes do software de controle de voo da aeronave. Nos caças da geração anterior, os controles de voo e os sistemas de missão estavam interligados, o que significava que qualquer alteração nos sistemas de missão exigiria testes caros e demorados dos sistemas de voo para garantir que as mudanças não comprometessem a segurança da aeronave ou as capacidades de combate. Ao separar esses dois sistemas, alterações podem ser feitas nos sistemas de missão da aeronave sem afetar as funções básicas da aeronave.
Essa abordagem modular para hardware e software permitirá o rápido desenvolvimento de novas tecnologias desenvolvidas por uma ampla variedade de empresas, desde que atendam aos requisitos padrão de adequação.
Uma variedade de alas de drones intercambiáveis e altamente capazes
Há muito se entende que o programa NGAD não está trabalhando para colocar em campo uma única aeronave, mas sim uma "família de sistemas" que incluirá UAVs (veículos aéreos não tripulados) de apoio. Embora drones de baixo custo (atribuíveis) como o XQ-58A Valkyrie possam ser muito eficazes nessa função, eu estaria mais inclinado a me apoiar nas declarações feitas pelo secretário da Força Aérea Frank Kendall no início deste ano, onde ele reivindicou o alvo o ponto de preço para o NGAD e os alas dos drones do B-21 seria cerca de metade do custo da aeronave tripulada. Com estimativas de custo atualmente em torno de US$ 200 milhões por caça para o NGAD, isso define o custo da unidade de drones em cerca de US$ 100 milhões.
US$ 100 milhões é, notavelmente, mais do que o custo de um único F-35A hoje, o que significa que essas aeronaves de apoio devem ser capazes de oferecer capacidades furtivas semelhantes aos caças existentes nos Estados Unidos sem ultrapassar o orçamento. Esses drones devem compartilhar o máximo possível de pontos em comum em termos de sistemas de controle e componentes da carroceria, no interesse de manter baixos os custos de produção e manutenção, enquanto ainda oferecem cargas úteis muito diferentes.
Devem ser desenvolvidas pelo menos três iterações desses alas drones, com um design para cada uma dessas especialidades:
O drone de combate aéreo levaria uma combinação do míssil ar-ar de longo alcance AIM-260 JATM em desenvolvimento da Lockheed Martin ou o Raytheon Long-Range Engagement Weapon (LREW), ao lado de vários mísseis Raytheon Peregrine . Peregrines são de baixo custo e ocupam muito menos espaço do que os AIM-9Xs atualmente em serviço, apesar de oferecerem capacidades semelhantes. O drone de combate de superfície precisaria ser capaz de transportar uma ampla variedade de munições ar-terra e anti-navio, incluindo o AGM-179 JAGM, o novo míssil caça-radar AARGM-ER e o AGM-158C LRASM. (Long Range Anti-Ship Missile).
O sensor e a aeronave EW levariam o radar de controle de tiro AN/APG-81 Active Electronically Scanned Array (AESA) atualmente encontrado no F-35, bem como hardware dos pods Jammer de próxima geração sendo desenvolvidos para a EA -18G Growler para funções de guerra eletrônica. Se for muito caro ou pesado equipar os drones de combate aéreo e de superfície com o AN/APG-81, o AESA baseado em nitreto de gálio, muito mais leve e barato da Raytheon, seria um substituto adequado. Incluir radar de controle de tiro em cada drone seria viável a um preço alto e garantiria o cumprimento da missão mesmo quando os drones fossem perdidos em combate.
Diferentes designs especializados permitiriam que os pilotos mudassem os carregamentos para uma missão simplesmente trocando drones emparelhados, adicionando combate aéreo, combate terrestre ou capacidades EW conforme necessário com base nos parâmetros da missão. Esses drones seguiriam as dicas do piloto por meio do Skyborg ou de um sistema semelhante, aproveitando a inteligência artificial para executar comandos complexos recebidos por meio de um link de dados criptografado com o piloto.
Contramedidas de mísseis holográficos e de energia direcionada
Não está claro se os novos motores de ciclo adaptativo podem ou não fornecer a potência necessária para contramedidas avançadas de aeronaves como as discutidas abaixo. No entanto, parece quase certo que essas tecnologias serão destinadas a aplicações aerotransportadas em um futuro não muito distante.
Mesmo com a furtividade aprimorada, este novo caça ainda enfrentará ameaças de mísseis inimigos, sejam disparados de outras aeronaves ou lançadores terrestres, especialmente porque radares multiestáticos mais avançados e armas de busca por infravermelho continuam a ficar online. A fim de garantir a capacidade de sobrevivência no espaço aéreo contestado nas zonas de batalha do século 21, o novo caça da América precisará de contramedidas avançadas para reforçar os mais recentes sistemas de chaff e flare já em uso.
O primeiro desses sistemas pode muito bem ser armas de energia direcionada, ou lasers, que podem superaquecer mísseis de ataque até que detonem ou sejam muito danificados para se aproximar de seus alvos. Esses sistemas estão em desenvolvimento há décadas, com o programa Self-Protect High Energy Laser Demonstrator (SHiELD) do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea produzindo a opção mais provável. Ele derrubou com sucesso uma série de mísseis lançados do ar durante os testes no solo em 2019 e deve começar os testes de voo em 2024. O esforço da SHIELD se concentrou em sistemas de defesa a laser contidos em cápsulas, mas o próprio sistema seria integrado ao fuselagem do nosso novo caça.
Outro sistema menos conhecido que viria como padrão em nosso novo caça vem na forma de uma patente da Marinha de 2018 com o título notavelmente nada sexy, “Sistema e método para plasma induzido por laser para contramedida de mísseis teleguiados infravermelhos”. Essa tecnologia projeta “filamentos de plasma induzidos por laser”, que são basicamente hologramas de plasma que podem reproduzir a assinatura infravermelha de uma aeronave a centenas de metros de distância, confundindo mísseis de busca de calor.
Embora esta patente tenha sido registrada há quatro anos, não há esforços atualmente divulgados publicamente para desenvolver e colocar em campo este sistema para aplicações em aeronaves... serviço na próxima década.
NGAD e a corrida para o futuro
Se você passou por toda essa discussão massiva, provavelmente está bem ciente de pelo menos duas coisas: a primeira é que há uma quantidade incrível de trabalho envolvida no projeto e no uso de uma nova aeronave tática como NGAD, e a segunda é que é praticamente impossível resumir essa empreitada em um único artigo sem pintar com alguns traços muito amplos.
Os Estados Unidos lideram o mundo em tecnologia de aviação militar desde o início da própria aviação. A primeira aeronave militar do mundo, o Wright Military Flyer de 1909, pertencia ao Corpo de Sinalização do Exército dos EUA. Menos de quatro décadas depois, o Capitão da Força Aérea dos EUA, Charles “Chuck” Yeager, tornou-se o primeiro homem a pilotar uma aeronave além da barreira do som e, apenas 14 anos depois disso, o X-15 do Major da Força Aérea Robert White quebrou o hipersônico< /em> barreira, ultrapassando Mach 6. Em 1981, o F-117 Nighthawk inaugurou a revolução furtiva que mudou a própria abordagem da América para as operações de combate aéreo, com o B-2 Spirit, que abrange o mundo, seguindo atrás apenas oito anos na estrada .
Conceito artístico NGAD de Northrop Grumman.
Então, em 1997, o F-22 Raptor voou pela primeira vez, oferecendo novas capacidades tão incríveis que se tornou o arquétipo de uma geração inteiramente nova de caças que ainda, cerca de 24 anos depois, falham em viver de acordo com seu nível de capacidade.
E no final desta década, os programas NGAD e FA-XX da América têm o potencial real de mudar o jogo mais uma vez. Se eles conseguirem corresponder ao hype, é bem provável que incorporem algumas das tecnologias inovadoras listadas acima. Ou, pelo menos, fariam se eu estivesse no comando...
Alex Hollings é escritor, pai e veterano da Marinha especializado em política externa e análise de tecnologia de defesa. Ele possui mestrado em Comunicação pela Southern New Hampshire University, bem como bacharelado em Comunicação Corporativa e Organizacional pela Framingham State University. Isso apareceu pela primeira vez nas notícias do SandBoxx.
