ESCOLA DE GUERRA NAVAL
ANTONIO DA SILVA CASTRO SOBRINHO
Capitão-de-Mar-e-Guerra (EN)
CONFIGURAÇÃO DE SISTEMAS DE COMBATE NO PROCESSO DE OBTENÇÃO E
MODERNIZAÇÃO DE NAVIOS DE SUPERFÍCIE
Rio de Janeiro
2007
ANTONIO DA SILVA CASTRO SOBRINHO
Capitão-de-Mar-e-Guerra (EN)
CONFIGURAÇÃO DE SISTEMA DE COMBATE NO PROCESSO DE OBTENÇÃO E
MODERNIZAÇÃO DE NAVIOS DE SUPERFÍCIE
Monografia apresentada à Escola de Guerra
Naval, como requisito parcial para a conclusão
do Curso de Política e Estratégia Marítimas.
Orientador: João Paulo Moreira Brandão
Capitão-de-Mar-e-Guerra (Ref)
Professor Doutor de Jogos de Guerra
Rio de Janeiro
Escola de Guerra Naval
2007
RESUMO
Este trabalho propõe uma metodologia para ser empregada na seleção dos componentes de um
sistema de combate de navios de superfície, com o objetivo de avaliar, ainda na fase de
projeto, o desempenho do sistema e verificar a sua adequação para cumprir a sua missão de
combate, estabelecida por meio dos Requisitos de Alto Nível de Sistemas (RANS), dentro da
sistemática de obtenção e modernização contidas nas Normas para Logística de Material
(EMA-420). Inicialmente, são apresentados procedimentos para a seleção das armas e dos
sensores, compatíveis com as ameaças esperadas, propondo-se modelos matemáticos
adequados à simulação do funcionamento de cada um desses equipamentos separadamente.
Em seguida, aborda-se a definição da arquitetura do Sistema de Controle Tático e de Armas
(SICONTA) e descreve-se as etapas necessárias à simulação e verificação de seu
desempenho, integrado com as armas e sensores. A última etapa compreende uma análise do
desempenho do sistema de combate em um combate simulado contra uma ameaça aérea –
selecionada pela alta velocidade em que se processa a cinemática do seu ataque –
descrevendo-se cada um dos eventos que se sucedem, desde a busca e detecção até a
avaliação da destruição da ameaça ao final da seqüência de engajamento. Nessa etapa também
é feita a contabilidade dos intervalos de tempo despendido na execução de cada evento do
combate simulado, visando avaliar se o resultado calculado em termos de probabilidade de
destruição foi atingido antes que a ameaça se aproximasse do navio a uma distância mínima
de segurança. A apresentação da metodologia é antecedida de um breve histórico sobre a
evolução do projeto de sistemas de combate na Marinha do Brasil, no qual são descritos os
principais programas de obtenção e modernização executados desde a aquisição das Fragatas
Classe “NITERÓI”, iniciada em 1970. A retrospectiva busca traçar a trajetória das atividades
de projeto e construção militar naval relacionadas com esse sistema, enfatizando os
progressos atingidos durante a modernização daquelas fragatas, ou seja, durante o projeto
Modfrag.
Palavras-chaves: sistema de combate; e probabilidade de destruição
ABSTRACT
This work proposes a methodology to be employed in the selection of components for a
combat system of surface ships. Its objective is to evaluate, still in the project phase, the
performance of the system and to check his adequacy to carry out his mission of combat,
established in the High-Level Requirements of Systems (RANS), comprised in the
proceedings for obtainment and modernization contained in the Norms for Material Logistics
(EMA-420). Initially, proceedings are presented for the selection of the weapons and sensors,
compatible with the expected threats, proposing mathematical models to the appropriate
simulation of the functioning of each one of these equipments separately. Next, it is discussed
the definition of the architecture of the Tactic Control and Weapons System (SICONTA) and
described the necessary stages to the simulation and check of its performance, integrated with
the weapons and sensors. The last stage contains an analysis of the combat system
performance in a simulated combat against an air threat – selected due to the high-speed in
which the kinematics of the attack is proceeded – where it is described each one of the events
that are performed, from the search and detection up to the assessment of the threat
destruction at the end of the engagement sequence. In this stage it is also done the summing
up of time intervals spent in the execution of each event of the simulate combat, aiming to
evaluate whether the result calculated in terms of kill probability was reached before the
threat is brought near to the ship within a minimum safety distance. The presentation of the
methodology is preceded of a brief historical evolution of the combat system project activity
in the Brazilian Navy, in which are described the principal programs of obtainment and
modernization executed since the acquisition of the "NITERÓI” Class Frigates, which was
initiated in 1970. The retrospective seeks to outline the trajectory of the project activities of
the military shipbuilding related to that system, underscore the improvements reached during
the modernization of those frigates, that is, during the Modfrag project.
Key words: combat system; and kill probability
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Espiral de projeto para um navio de superfície (dados extraídos de
ANDREWS, 1998, p. 192-194 e de GATES, 1987, p. 13-14. Traduzido
do inglês pelo autor desta monografia). ................................................................. 14
Figura 2 - Representação esquemática dos sistemas componentes do sistema de
combate de um navio de superfície. A ligação com o helicóptero é feita
via radiofreqüência (dados extraídos de BAKER, 1990, p. 459. Traduzido
do inglês pelo autor desta monografia). ................................................................. 16
Figura 3 - Diagrama de cobertura radar típica para probabilidade de detecção de
80% de um helicóptero (RCS = 2 m2) parado sob mar 4. Comparação
entre as antenas cosec2(x) e sen(x)/x. (dados obtidos com o programa
“Radar WorkStation versão 2.2”. Traduzido do inglês pelo autor desta
monografia). ........................................................................................................... 25
Figura 4 - Pkillsalva de um canhão 35mm representativo, em função da distância
alvo-canhão, para um alvo cruzando o navio a 300 m/s, na mesma altura
do reparo do canhão. Salva de 10 tiros em cada engajamento (dados
extraídos de MACFADZEAN 1992 a, p. 124 e 132. Traduzido do inglês
pelo autor desta monografia). ................................................................................. 29
Figura 5 - Curvas cinemáticas de aceleração lateral (g = aceleração da gravidade) e
de tempo de vôo (s = segundos) constantes de um míssil antiaéreo, que
atinge a velocidade supersônica de Mach 3,0 em 22,7 segundos (fonte
traduzida do inglês pelo autor desta monografia: MACFADZEAN, 1992
a, p. 200 e 208). ...................................................................................................... 32
Figura 6 - Emprego tático das camadas por um submarino. Navio equipado com
sonar de casco e com sonar rebocado tipo VDS. As linhas representam os
feixes de propagação do som na água (fonte traduzida do inglês pelo
autor desta monografia: PAKENHAM, 1989, p. 65). ............................................ 38
Figura 7 - Diagrama em blocos de um sistema de combate com arquitetura
centralizada para o SICONTA (dados extraídos de PAKENHAM, 1989,
p. 97. Traduzido do inglês pelo autor desta monografia). ...................................... 43
Figura 8 - Diagrama em blocos de um sistema de combate com arquitetura
distribuída para o SICONTA (dados extraídos de PAKENHAM, 1989, p.
102 e BAKER, 1990, p. 493. Traduzido do inglês pelo autor desta
monografia). ........................................................................................................... 44
Figura 9 - Processo de combate contra uma ameaça aérea. Fase de detecção: busca,
detecção, aquisição, acompanhamento e identificação. Fase de designação
do alvo. Fase de engajamento: designação da arma e sensor, rastreamento,
solução de tiro, disparo, trajeto da munição e acionamento da espoleta de
proximidade (dados extraídos de GATES, 1987, p. 24-28 e de
MACFADZEAN, 1992 a, p. 298. Traduzido do inglês pelo autor desta
monografia). ........................................................................................................... 48
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO .................................................................................................................6
2
A EVOLUÇÃO DO PROJETO DE SISTEMAS DE COMBATE NA MARINHA ... 9
2.1
2.2
3
CRITÉRIOS PARA A SELEÇÃO DAS ARMAS E SENSORES ..............................19
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
4
Arquitetura do SICONTA........................................................................................ 42
4.1.1 Redundância e Modo de Operação Degradada .......................................... 44
ANÁLISE DO DESEMPENHO DE UM SISTEMA DE COMBATE ....................... 46
5.1
5.2
6
O Contrato de Aquisição como Garantia de Desempenho ...................................... 20
Os Estudos de Exeqüibilidade ................................................................................. 20
Sistema Tático (ST) ................................................................................................. 22
3.3.1 Radar de Vigilância.................................................................................... 23
3.3.2 Sonar .......................................................................................................... 26
Sistema de Armas Acima D’Água (SA-ADA) ........................................................ 27
3.4.1 Canhão........................................................................................................ 27
3.4.2 Míssil Superfície-Ar (MSA) ...................................................................... 30
3.4.3 Míssil Superfície-Superfície (MSS)........................................................... 33
3.4.4 Sistema Autônomo de Defesa de Ponto - Close-In Weapons System ........ 34
3.4.5 Radar de Direção de Tiro ........................................................................... 34
3.4.6 Alça Optrônica ........................................................................................... 35
3.4.7 Alça Óptica................................................................................................. 36
Sistema de Armas Anti-Submarino (SA-A/S) ......................................................... 37
Sistema de Guerra Eletrônica (SGE) ....................................................................... 39
SELEÇÃO DO SISTEMA DE CONTROLE TÁTICO E DE ARMAS.....................40
4.1
5
Projetos de sistemas de combate de destaque na MB................................................ 9
2.1.1 A obtenção das Fragatas Classe “NITERÓI”.............................................10
2.1.2 A construção das Corvetas Classe “INHAÚMA”......................................11
2.1.3 A modernização do NAeL “MINAS GERAIS”.........................................11
2.1.4 A modernização das Fragatas Classe “NITERÓI”.....................................12
2.1.5 A construção da Corveta “BARROSO”.....................................................13
2.1.6 O Projeto do Navio-Patrulha Oceânico...................................................... 13
Definição do conceito de sistema de combate ......................................................... 14
Simulação do Combate ............................................................................................ 47
Medida de Desempenho........................................................................................... 51
CONCLUSÃO.................................................................................................................. 52
REFERÊNCIAS .............................................................................................................. 54
6
1
INTRODUÇÃO
A proposta central deste trabalho é apresentar uma metodologia a ser seguida
durante o projeto e o desenvolvimento de sistemas de combate para navios de superfície na
Marinha do Brasil, tanto no processo de obtenção – seja por construção, conversão ou
aquisição – como no de modernização1.
A obtenção, ou modernização de um navio, é um projeto que envolve atividades
relacionadas com a plataforma e com o sistema de combate. Essa divisão refere-se a
separação que historicamente existe entre os sistemas de propulsão, de governo, de geração e
distribuição de energia, de ar-condicionado, de controle de avarias, etc., tradicionalmente
reunidos no grupo “plataforma”; e aqueles relacionados com a configuração do sistema de
combate do navio. Esse último envolve uma complexidade maior de funções de comando,
necessárias à implementação da própria capacidade de combate do navio. Além disso, ele
abrange uma variedade maior de áreas tecnológicas, por empregar armas e sensores que
operam em diferentes meios físicos, com princípios de funcionamento diversificados, que, na
maioria dos casos, executam funções complexas. O próprio Sistema de Controle Tático e de
Armas (SICONTA) – necessário à integração física e funcional das armas e dos sensores – é
revestido de um grau de complexidade destacável, pois auxilia as decisões de comando,
principalmente durante o combate.
Essa divisão histórica, entre o projeto da plataforma e do sistema de combate,
pode ser justificada, em parte, pela rapidez com que esse último tem evoluído
tecnologicamente, imprimindo maior velocidade e complexidade ao processo de tomada de
decisão operativa, bem como à dinâmica dos engajamentos durante o combate. A evolução
mais gradativa e a menor diversificação das tecnologias empregadas na plataforma de um
navio têm permitido um melhor acompanhamento tecnológico pela indústria militar naval e
pelos estabelecimentos de ensino e pesquisa.
O resultado prático dessa separação tem sido apontado por alguns autores como
uma simplificação dos processos de seleção das armas e sensores durante a execução da
atividade de configuração dos sistemas de combate, diferentemente do que ocorre com os
demais sistemas componentes da plataforma do navio de superfície (ARTHOU, 1997, p. 39).
Essa simplificação tem limitado a seleção dos equipamentos do sistema de combate a
informações qualitativas, motivadas, em parte, pelo marketing dos comerciantes
1
Essa matéria é uma parcela substancial do escopo abrangido pelo tema aprovado para essa monografia:
“Modelos-Modelagem e Especificação de Meios Navais”.
7
internacionais que apresentam as armas e sensores dentro de um invólucro de propaganda,
bem elaborado pelas empresas que atuam nesse mercado. Esses representantes comerciais
contribuíram mais ainda para mitigar as iniciativas de formar uma capacitação de projeto na
área de sistemas de combate, oferecendo soluções prontas, que inibem os investimentos em
pesquisa e formação de pessoal qualificado.
É importante ressaltar que o presente trabalho não se destina a apresentar
propostas que dependam de um conhecimento tecnológico de ponta, como o emprego de
fusão de dados dos sensores de um navio (Automatic Data Fusion), conforme a análise
prospectiva sobre os futuros sistemas de combate sugerida por Gates (1987, p. 178) e por
Senna (1998, p. 202-203). Igualmente, não se pretende propor conceitos e equipamentos de
última geração empregados nas Marinhas que lideram as inovações tecnológicas no cenário
internacional. Por outro lado, a metodologia apresentada inclui o emprego dos Sistemas
Digitais Operativos (SDO) como uma parte indispensável para o auxílio à tomada de decisão
de comando e à automação de funções do sistema de combate, em face aos cenários e
ameaças da guerra naval contemporânea.
Essa abordagem se justifica pela alta velocidade em que ocorrem as ações de
detecção, de designação do alvo e de engajamento, associadas ao número elevado de
informações disponibilizadas pelo sistema, que ainda são motivo de discussões acerca da
necessidade de aumentar a Inteligência Artificial dos SDO, de modo a que esses sejam
“attuned to the human decision making process”2, conforme afirma Zimm (1999, p. 31). O
caso da fragata americana Stark, atingida por um míssil Exocet em 1986 e o incidente com o
USS Vincennes, em 03 de julho de 1988 no Golfo Pérsico, que abateu o avião comercial
iraniano (vôo IR655) com um míssil Standard SM-2, ainda são casos que motivam os
desenvolvimentos de funcionalidades adequadas para os SICONTA - parte integrante dos
atuais sistemas de combate.
Nesse contexto, esta monografia apresenta uma metodologia de projeto em três
capítulos distintos, mas que se interligam por meio de uma seqüência lógica. Inicialmente são
discutidos os procedimentos de seleção das armas e dos sensores, que devem ter o seu
desempenho tecnicamente analisado, com o auxílio de modelos matemáticos que simulem a
operação em face às ameaças e cenários constantes dos Requisitos de Alto Nível de Sistemas
(RANS). O procedimento também incluiu certo grau de análise qualitativa, sempre que for
necessário complementar as limitações dos modelos propostos. Outro ponto fundamental na
2
“sintonizá-lo com o processo de tomada de decisão humana” (tradução do autor desta monografia).
8
análise é a credibilidade dos dados fornecidos pelos fabricantes para as simulações. Esses
dados devem ser objeto dos contratos de obtenção que são a fonte de cobrança
indiscutivelmente de maior eficácia à disposição da Marinha do Brasil.
O capítulo seguinte trata da arquitetura do SICONTA que integra as armas e os
sensores ao cenário tático de operação do navio, a fim de se obter a eficácia no combate às
ameaças previstas nos requisitos. A arquitetura selecionada também deve ser modelada,
visando assegurar que as funções críticas e auxiliares do sistema de combate são executadas,
mesmo em presença da máxima carga de utilização projetada para o sistema, isto é, sem
retardos de processamento que possam degradar o desempenho do sistema durante o
engajamento dos alvos, especialmente daqueles que necessitam do menor tempo possível de
resposta. É tratada ainda nesse capítulo, a análise das interfaces que fazem a interconexão
entre o SICONTA e as armas e sensores, pois são pontos indispensáveis do projeto, que
devem ser garantidos por acordos entre os fabricantes e incluídos como parte do objeto dos
contratos de aquisição dos diversos equipamentos.
No último capítulo, é proposta a simulação do engajamento do navio contra
ameaças previstas para os cenários de operação, especificados nos RANS. Nessa fase final da
metodologia de análise, os modelos anteriormente elaborados, para a seleção das armas e
sensores, são empregados para repetir a dinâmica real do combate, desde a detecção de uma
possível ameaça até o efetivo disparo das armas. O tempo total gasto no engajamento também
é computado, de modo a verificar se a velocidade de resposta do sistema é adequada para
destruir o alvo, dentro da distância mínima de segurança do navio.
Antes de iniciar os capítulos que descrevem o procedimento proposto, fulcro desta
monografia, é apresentado um breve histórico que aborda a evolução dessa área de projeto na
Marinha, destacando-se o projeto de modernização das Fragatas Classe “NITERÓI” como um
marco no desenvolvimento do conhecimento necessário à configuração dos sistemas de
combate de navios de superfície. Nessa trajetória histórica, é enfatizado o grau de utilização
dos modelos matemáticos e simulações nos demais projetos executados pela MB.
Em resumo, essa monografia visa contribuir para a realização das Diretrizes
Básicas contidas nas Normas para Logística de Material, EMA-420 (BRASIL, 2002, cap. 1,
p. 1), que estabelece:
“A capacitação do País em projeto e construção dos meios para a MB (grifo do
autor desta monografia) e a nacionalização progressiva do material são propósitos a
alcançar, mesmo que seja considerada a obtenção de meios de menor complexidade
ou sofisticação. [...]”
9
2
A EVOLUÇÃO DO PROJETO DE SISTEMAS DE COMBATE NA MARINHA
A noção de sistema de combate é relativamente nova. Tradicionalmente, esse
sistema tem sido associado apenas ao conjunto de armas e sensores que fazem parte da
configuração do navio. No entanto, o sistema de combate é a razão última da existência dos
navios de guerra, que utilizam todas as suas capacidades integradas para executar a missão de
combater. Segundo Baker (1990), um navio de guerra divide-se em duas grandes partes: a
plataforma e o sistema de combate, ou seja,
Navio de Guerra = Sistema de Combate + Plataforma
Outros autores, como Gates (1987, p. 1), argumentam que um navio de guerra é o
próprio sistema de combate3 e preferem conceituar o sistema pela expressão
Navio de Guerra = Sistema de Combate
Na Marinha do Brasil, o conceito que tem sido mais freqüentemente empregado é
o primeiro, talvez motivado pela própria divisão de jurisdição dos equipamentos entre a
Diretoria de Sistemas de Armas da Marinha, que trata das armas, sensores e SICONTA – o
sistema de combate – e a Diretoria de Engenharia Naval, que é responsável pelos demais
sistemas do navio, tais como o casco e a estrutura, a propulsão, o governo, o ar-condicionado,
a geração e distribuição de energia elétrica, etc. – a plataforma.
As tecnologias de projeto e de construção naval, que produzem a plataforma dos
navios de superfície, são de domínio da Marinha, desde o período colonial brasileiro
(BARBOZA, 2005 b). A evolução das técnicas empregadas no projeto e construção da
plataforma pelos estaleiros brasileiros acompanhou, com maior ou menor defasagem, os
avanços tecnológicos ocorridos nos países que tradicionalmente sempre investiram
intensamente no desenvolvimento de novas tecnologias, tais como os da comunidade européia
e os Estados Unidos, especialmente após o término da II Guerra Mundial.
O mesmo não pode ser dito a respeito do domínio tecnológico necessário ao
projeto e desenvolvimento de sistemas de combate dos navios da Marinha, mais
especificamente, dos navios de superfície que é o objeto do presente trabalho.
2.1
Projetos de sistemas de combate de destaque na MB
Os primeiros passos, na direção de capacitar a indústria nacional para a fabricação
desses equipamentos, foram dados com o projeto de modernização do NAeL “MINAS
3
Alguns autores referem-se ao sistema de combate pela denominação “sistema de armas”. Nesta monografia, a
nomenclatura “sistema de armas” é empregada para denominar alguns componentes do sistema de combate.
10
GERAIS”. Seu patamar mais elevado foi atingido com o projeto de modernização das
Fragatas Classe “NITERÓI”.
Antes desses projetos, a configuração dos sistemas de combate limitava-se a
estudos comparativos de arranjos, nos quais as armas e sensores eram selecionados sem o uso
de ferramentas de simulação. O Contra-Almirante (EN) Alan (ARTHOU, 1997, p. 39) já
havia identificado esse fato como uma dificuldade do processo de obtenção:
“Na MB, os Estudos de Exeqüibilidade se limitam a comparar diferentes arranjos de
sistemas de armas para um determinado navio e são poucos os estudos que
demonstram os efeitos de alterações em determinados sistemas de bordo, como é
feito nos EUA e na Grã-Bretanha. Esses estudos permitem ao setor operativo, dentro
de uma base factual, balancear os requisitos dos sistemas.”
Conforme abordaremos com mais detalhes na seção 2.2 desta monografia, o
sistema de combate de um navio é composto basicamente de dois grandes tipos de
equipamentos: as armas e sensores e o Sistema de Controle Tático e de Armas, cognominado
na Marinha do Brasil pela sigla SICONTA4. Esse conceito é necessário para se compreender
os estágios de capacitação alcançados durante os processos de aquisição, construção e
modernização, que serão abordados a seguir, visando ilustrar a evolução do projeto de
sistemas de combate na MB.
2.1.1
A obtenção das Fragatas Classe “NITERÓI”
Esse projeto foi iniciado em 1970, como parte do Programa de Renovação e
Ampliação de Meios Flutuantes da Marinha (F40, 2007), com a aquisição das 4 primeiras
fragatas no estaleiro inglês Vosper Thornycroft Ltd e a construção das 2 últimas no Arsenal
de Marinha do Rio de Janeiro (AMRJ), sob supervisão do mesmo estaleiro inglês.
Apesar de terem sido construídas 2 das 6 fragatas no Brasil, o sistema de combate
era totalmente importado (armas, sensores e SICONTA). Mesmo assim, houve um ganho
tecnológico com a assimilação de conhecimento operativo e de manutenção sobre um Sistema
Digital Operativo (SDO), que acabou por gerar uma escola de oficiais capazes de especificar
novas configurações para os futuros sistemas de combate projetados e desenvolvidos pela
MB, como ocorreu mais tarde no projeto de modernização das Fragatas Classe “NITERÓI”.
4
O termo SICONTA foi utilizado pela primeira vez no projeto de modernização do NAeL “MINAS GERAIS”
para denominar apenas o Sistema de Controle Tático, ou seja, sem o Controle de Armas. No projeto que se
seguiu – a modernização das Fragatas Classe “NITERÓI” – o termo SICONTA passou a incluir também o
Controle de Armas. No entanto, foi mantido o mesmo termo visando representar uma evolução desse tipo de
sistema: o SICONTA Mk-I, Mk-II, Mk-III e Mk-IV.
11
2.1.2
A construção das Corvetas Classe “INHAÚMA”
Essa construção representou um avanço da capacidade de projeto da plataforma
do navio no país, pois foi executada pela Diretoria de Engenharia Naval, com base nos
conhecimentos adquiridos durante a construção das Fragatas “Independência” e “União” no
AMRJ (F44 e F45, 2007).
Houve também um pequeno avanço na tentativa de nacionalização de alguns
hardwares complementares5 empregados na integração do sistema de controle tático CAAIS
450 e dos sistemas de controle de arma WSA-420 e WSA-421, com arquiteturas baseadas nos
computadores Ferranti FM-1600E, todos de fabricação estrangeira. Com exceção desses
hardwares complementares e de alguns outros equipamentos do sistema de comunicações do
navio, todas as armas e sensores foram adquiridos no exterior, sem a execução de uma
avaliação prévia do seu desempenho, similar à que está sendo proposta neste trabalho.
2.1.3
A modernização do NAeL “MINAS GERAIS”
A história do projeto e do desenvolvimento de sistemas de combate na Marinha
teve início com a modernização do Navio-Aeródromo Ligeiro “MINAS GERAIS” em 1991,
que incluiu a instalação do Sistema de Controle Tático denominado de SICONTA Mk-I (A11,
2007). O sistema foi desenvolvido pelo Instituto de Pesquisas da Marinha com o auxílio de
empresas nacionais contratadas, basicamente, para a fabricação dos consoles e do hardware
complementar necessário à integração entre o SICONTA e os demais equipamentos e
sistemas de bordo.
O ganho tecnológico desse projeto foi a capacitação em projeto e
desenvolvimento de Sistemas Digitais Operativos (SDO) e de software de controle tático, no
país. Apesar de todas as armas e sensores modernizados ou substituídos durante a
modernização serem de fabricação estrangeira, já houve uma preocupação mínima, por parte
da então Diretoria de Armas e Comunicações da Marinha (DACM), no sentido de comparar o
desempenho divulgado por alguns fabricantes de radares com valores obtidos através de
simulações baseadas em modelos matemáticos.
Essa preocupação em simular sensores-radar foi motivada pela influência do
projeto de modernização das Fragatas Classe “NITERÓI”, cujos Estudos de Exeqüibilidade
(EE) estavam sendo conduzidos naquela mesma época pela DACM.
5
“hardware complementar” é denominação utilizada na MB para genericamente designar unidades que
executam funções específicas, geralmente auxiliares da função principal do sistema.
12
2.1.4
A modernização das Fragatas Classe “NITERÓI”
Iniciada no princípio da década de 90, a modernização das Fragatas Classe
“NITERÓI”, cognominada de Modfrag, foi o primeiro projeto a fazer uso de ferramentas
matemáticas de modelagem para simular as armas e os sensores de um navio de superfície,
visando analisar o desempenho do seu sistema de combate como um todo, e permitir a
avaliação dos dados fornecidos pelos diversos fabricantes dos equipamentos, cogitados para
configurá-lo.
Na fase de seleção das principais armas e sensores que seriam substituídos na
configuração das fragatas, foram modelados os canhões 40 mm e os mísseis superfície-ar.
Dentre os sensores, foram modelados os radares de busca combinada e de busca de superfície
e a alça optrônica.
Todo modelo matemático necessita ser validado através da sua comparação com
resultados experimentais, ou seja, valores obtidos da experimentação física. Assim, como a
metodologia de análise que estava sendo empregada no projeto Modfrag ainda não havia sido
testada, foram utilizados resultados de três empresas de engenharia diferentes para que se
pudesse avaliar a precisão dos resultados obtidos com as modelagens6. Apesar das formas de
abordagem e dos níveis de profundidade terem sido diferentes entre os resultados
apresentados pelas três empresas, ficou evidente ser possível analisar o grau de consistência
dos dados cedidos pelos fabricantes e solicitar informações complementares, indispensáveis à
avaliação do desempenho das armas e sensores.
Em termos de configuração do sistema de combate, o projeto e o desenvolvimento
do SICONTA Mk-II foi executado por empresa nacional que produziu tanto o hardware, com
tecnologia Commercial Off-The-Shelf (COTS), como o software do sistema. Além disso, o
projeto incluiu a integração do sistema de combate, ou seja, a interconexão física e funcional
entre as armas, os sensores e o SICONTA Mk-II. É importante ressaltar que a atividade de
integração é distinta da tarefa de instalação desses equipamentos a bordo, pois aquela consiste
no desenvolvimento de um sistema que permita a execução das funções de comando, por
meio do emprego do SICONTA, das armas e dos sensores instalados a bordo.
Além de estabelecer uma base de conhecimento que permitiu a Marinha iniciar o
processo de capacitação em projeto e desenvolvimento de sistemas de combate, o projeto
6
Há ainda outras razões de caráter técnico e gerencial que motivaram o uso de três empresas, mas que não foram
incluídas no texto, por não serem afetas ao escopo desta monografia.
13
Modfrag consolidou conceitos, tais como a definição do próprio sistema de combate,
apresentada na seção 2.2 desta monografia.
2.1.5
A construção da Corveta “BARROSO”
Concebido inicialmente como um reprojeto das Corvetas Classe “INHAÚMA”, a
construção da Corveta “BARROSO teve o seu projeto, em parte, beneficiado pelos estudos
elaborados durante a fase de exeqüibilidade do projeto Modfrag. Além de ter empregado a
maior parte das mesmas armas e sensores utilizados na modernização das fragatas, o seu
SICONTA, identificado como Mk-III, é semelhante ao Mk-II daqueles navios. Desse modo,
não foi utilizada a metodologia de análise abordada no item 2.1.4 desta monografia, pois os
resultados já conhecidos do projeto Modfrag satisfaziam aos RANS estabelecidos para aquela
classe de navio.
Entretanto, o projeto do sistema de combate da Corveta “BARROSO” contribuiu
para a nacionalização de armas e sensores no país, através da fabricação de uma Alça Óptica
com Computador de Tiro de Emergência (CTE) e um Sistema Lançador de Torpedos (SLT),
além de incorporar equipamentos já nacionalizados por projetos anteriores, tais como o
Sistema Lançador de Despistadores de Mísseis (SLDM) e o MAGE Defensor.
2.1.6
O Projeto do Navio-Patrulha Oceânico
Desenvolvido pelo Centro de Projetos de Navios (CPN), esse foi o primeiro
projeto de navio de superfície da MB a empregar a mesma metodologia utilizada na
modernização das Fragatas Classe “NITERÓI” para definir a configuração do seu sistema de
combate, incluindo a modelagem dos canhões e dos radares de busca de superfície,
selecionados para os Estudos de Exeqüibilidade.
Esse foi também o primeiro navio cujos Estudos de Exeqüibilidade foram
elaborados, buscando-se integrar o projeto da plataforma ao do sistema de combate do navio.
Como resultados desse processo de projeto integrado, foi firmado um novo conceito de espiral
de projeto. Essa espiral, ilustrada na Figura 1, representa as várias atividades do ciclo de um
projeto que, iniciando pelos requisitos, é repetido até a sua conclusão (ANDREWS, 1997, p.
193). A repetição dos ciclos A, B e C é o que garante a integração das atividades, pois cada
vez que uma atividade de projeto é repetida, incorpora informações obtidas de outras
atividades executadas no ciclo anterior. A espiral de projeto é a aplicação do conceito de
“engenharia simultânea”, discutido por Arthou (1997, p. 2-4), na fase de projeto do navio.
Esse conceito de projeto do sistema de combate, integrado à plataforma,
contribuiu para aumentar o poder de combate do navio, por meio da maximização dos arcos
14
de fogo das armas e do posicionamento dos sensores de modo a reduzir as interferências com
a superestrutura do navio. Do ponto de vista sistêmico, o projeto integrado contribuiu ainda
para simplificar as interfaces elétricas, entre os equipamentos, e para otimizar a arquitetura
dos diversos sistemas do navio.
Figura 1 - Espiral de projeto para um navio de superfície (dados extraídos de ANDREWS,
1998, p. 192-194 e de GATES, 1987, p. 13-14. Traduzido do inglês pelo autor
desta monografia).
Apesar de ter sido projetado e desenvolvido para operações de vigilância marítima
(NAVIO PATRULHA OCEÂNICO, 2007), cujos requisitos são mais simples que os do
projeto Modfrag, o sistema de combate do Navio-Patrulha Oceânico foi também concebido
em uma versão equipada com SICONTA, de projeto nacional.
2.2
Definição do conceito de sistema de combate
Conforme abordado no item 2.1.4, o projeto Modfrag foi o primeiro a consolidar
uma definição para sistema de combate na MB. Essa definição seguiu a mesma evolução
histórica identificada por Baker (1990, p. 458-459). Segundo Baker, a antiga definição do
sistema era um mosaico de componentes interligados em torno de um sistema de Comando,
Controle e Comunicações (C3), mas com muito pouca integração funcional: “An assemblage
15
of equipment, computer programs and personnel elements into a single function unit to meet
specified warfare objectives”7
A definição consolidada durante o projeto Modfrag trata cada componente do
sistema de combate como um sistema individual que desempenha funções específicas, as
quais são executadas de forma integrada com os demais sistemas. Assim, adaptando a
definição apresentada por Baker, define-se um sistema de combate como um conjunto de
sistemas integrados por meio dos quais é executada a missão especificada para o navio. Essa
divisão é composta dos seguintes sistemas:
1) Sistema de Controle Tático e de Armas (SICONTA).
2) Sistema Tático (ST).
a. Sistema de Controle Tático (SCT)
b. Sensores
3) Sistema de Armas Acima D’Água (SA-ADA).
a. Sistema de Direção de Tiro de Armas Acima D’Água (SDT-AADA)
b. Armas
c. Sensores
4) Sistema de Armas Anti-Submarino (SA-A/S).
a. Sistema de Direção de Tiro Anti-Submarino (SDT-A/S)
b. Armas (sensores incluídos no ST)
5) Sistema de Guerra Eletrônica (SGE).
a. Armas
b. Sensores
6) Sistema de Navegação (SNAV).
7) Sistema Auxiliar (SAUX).
8) Sistema do Helicóptero.
9) Sistema de Comunicações.
A composição desses sistemas pode variar de acordo com as tarefas a serem
desempenhadas pelo navio. As características das macrofunções de cada sistema dependem da
complexidade das suas interfaces externas, as quais permitam, basicamente, captar dados do
meio físico (cenário) e, após processá-los (compilação do quadro tático), enviar comandos
para o engajamento das ameaças (alvos). Essas interfaces externas são representadas na
Figura 2 pela superposição física dos sistemas e pelas suas armas e sensores. Para o combate
de uma ameaça de superfície, por exemplo, o radar de busca do ST (sensor) detecta um
possível contato, cujos dados são enviados ao SCT (do ST) para processamento, que, após
compilar os dados e identificar o contato como uma ameaça, decide pela sua destruição, ou
seja, passa a tratá-lo como alvo. Essa decisão é enviada, na forma de um alvo, ao SA-ADA,
que executa as ações necessárias ao engajamento, em última análise, ao emprego de uma
7
“conjunto de equipamentos, programas computacionais e tripulação reunidos em uma única unidade funcional
para fazer frente aos objetivos de combate especificados” (tradução do autor desta monografia).
16
arma. Nesse exemplo, como em qualquer outro, os processos são constantemente
realimentados para que o comandante do navio possa avaliar o dano causado ao alvo após
cada engajamento.
SNAV
SA-ADA
SA-A/S
Armas
SDT-A/S
SDT-AADA
Armas
Sensores
SICONTA
ST
SGE
SCT
Armas
Sensores
Sensores
SAUX
SCOM
HE
Armas
Sensores
Figura 2 - Representação esquemática dos sistemas componentes do sistema de combate de
um navio de superfície. A ligação com o helicóptero é feita via radiofreqüência
(dados extraídos de BAKER, 1990, p. 459. Traduzido do inglês pelo autor desta
monografia).
É importante ressaltar que, na definição consagrada durante o projeto Modfrag,
existe uma incoerência na nomenclatura utilizada para denominar as partes do sistema de
combate. O termo “sistema” vem sendo utilizado indiscriminadamente, tanto para denominar
o todo como a parte. Essa imperfeição teve origem nas Especificações de Alto Nível dos
Sistemas (EANS), que especificou a configuração dos sistemas do sistema de combate, e será
mantida nesta monografia, por ser de uso corrente na MB8.
Essa noção de sistemas que desempenham funções específicas, porém integradas,
durante a execução das tarefas de combate do navio, é mais abrangente do que a antiga
concepção do sistema de combate, pois permite a descentralização do processamento das
informações, indispensável ao comando e controle das diversas armas e sensores do navio.
Por conseguinte, a descentralização do processamento das informações possibilita
a criação de certo grau de automação, auxiliando os operadores na melhor seleção de armas e
sensores de direção de tiro para executar o engajamento. Para a implementação dessa
8
A terminologia “sistema do sistema” também vem sendo utilizada pelo Ministério da Defesa de outros países
(DENAIS, 2007).
17
automação, no entanto, é necessário conhecer a capacidade de detecção dos sensores, a
probabilidade de destruição de cada arma, os tempos de reação e a velocidade de transmissão
de dados entre os sistemas componentes do sistema de combate.
Os tempos de reação e a velocidade de transmissão de dados são características de
desempenho dependentes não só do hardware e do software que constituem os sistemas, mas
também dos tempos envolvidos nas ações humanas da tripulação que opera o sistema, pois
aqueles, apesar de possuírem um certo grau de automação, ainda necessitam da intervenção
humana para executar as suas funções de combate.
Considerando um único engajamento, a performance dos atuais computadores que
compõem esses sistemas é extremamente elevada, se comparada com os tempos médios das
ações humanas. O mesmo pode ser afirmado em relação à velocidade de transmissão de dados
entre os sistemas. Desse modo, podemos considerá-los como desprezíveis em face dos
retardos introduzidos pela intervenção humana, necessária para completar o automatismo do
sistema de combate como um todo.
No entanto, no caso de um cenário real de combate, onde estão presentes vários
contatos e possivelmente mais de uma ameaça sendo engajadas simultaneamente, os tempos
de reação dos sistemas e as velocidades de transmissão de dados passam a assumir valores
relevantes para a eficácia da resposta dos sistemas (PAKENHAM, 1989, p. 101).
Na realidade, a eficácia de resposta dos sistemas é um requisito fundamental de
desempenho de todo sistema de combate de navios de superfície, pois os tempos envolvidos
nos deslocamentos das ameaças, presentes no cenário tático, são muito pequenos. Esse
requisito é essencial para a definição da arquitetura do sistema, conforme será abordado no
capítulo 4 desta monografia.
Conforme anteriormente mencionado, a automação no engajamento é uma
funcionalidade do SA-ADA que depende de informações sobre a capacidade de detecção dos
sensores e da probabilidade de destruição das armas. Durante o processo de seleção das armas
e sensores para executar o engajamento, conduzido após o recebimento da designação de um
alvo proveniente do ST, o sistema avalia qual a arma mais apropriada a ser empregada.
Basicamente, esse processo de seleção consiste na comparação das estimativas de
probabilidade de cada arma destruir a ameaça, antes que esta possa infringir algum dano ao
próprio navio, ou seja, antes que ela atinja uma distância mínima de segurança. O mesmo
ocorre para a seleção do sensor, onde se considera a precisão adequada para o
acompanhamento do alvo, além de outros fatores específicos de cada sensor.
18
Neste processo de seleção estão envolvidos quatro parâmetros: a cinemática
(velocidade e atitude) do alvo em relação ao navio, as características intrínsecas da arma, as
características intrínsecas do sensor e a distância que separa o alvo do navio. Da combinação
do primeiro com o segundo parâmetro deriva a probabilidade de destruição da arma para o
alvo em questão. Da combinação do primeiro com o terceiro parâmetro deriva a capacidade
de detecção do alvo pelo sensor. A combinação do primeiro com o último parâmetro permite
ao sistema avaliar a distância mínima aceitável para que a ameaça não infrinja danos ao navio.
Desses parâmetros, os únicos que são invariáveis são as características da arma e dos
sensores. Os demais são parâmetros que variam conforme o cenário tático.
A obtenção das características intrínsecas das armas e sensores é uma tarefa que
depende não só de informações dos seus fabricantes, mas também de simulações que
complementem ou mesmo confirmem as informações técnicas disponíveis. Na fase de projeto,
tais simulações podem ser utilizadas para avaliar o desempenho do sistema em presença das
ameaças esperadas para os cenários de operação do navio de superfície.
Assim, é possível estabelecer uma metodologia para a seleção das armas e dos
sensores, por meio da comparação dos desempenhos obtidos com as simulações, efetuadas
para diversas configurações do sistema de combate do navio, conforme será abordado no
capítulo 3 desta monografia.
Existe ainda um detalhe que precisa ser ressaltado a respeito da estrutura do
sistema de combate apresentada na Figura 2. Essa representação é sistêmica e visa ilustrar de
forma gráfica a integração entre os diversos sistemas. Por exemplo, o SDT-AADA executa
parte das funções do SA-ADA, entretanto as suas unidades de hardware e segmentos de
software pertencem ao SICONTA. Isso explica a representação do SDT-AADA na interseção
entre o SICONTA e o SA-ADA. Por outro lado, o Sistema de combate pode ser representado
por divisão apenas física, onde temos dois grupos de equipamentos distintos: o SICONTA e
as armas e sensores. Essa divisão será empregada na apresentação da metodologia de seleção
desses equipamentos para a configuração do sistema de combate, no próximo capítulo desta
monografia.
19
3
CRITÉRIOS PARA A SELEÇÃO DAS ARMAS E SENSORES
Conforme apresentado no item 2.1.4 desta monografia, o projeto Modfrag marcou
o início do uso de ferramentas matemáticas de modelagem para simular as armas e os
sensores de um navio de superfície. Durante a condução do projeto, foi dada ênfase à análise
de desempenho do sistema de combate no engajamento de alvos aéreos, tendo em vista que os
tempos envolvidos na cinemática do ataque são extremamente pequenos.
Assim, no caso da defesa antiaérea do navio de superfície, o paradigma Modfrag
indica critérios de seleção que serão tratados neste capítulo, os quais se aplicam desde os
sensores do ST até as armas e sensores do SA-ADA empregados no engajamento.
Quanto ao caso da defesa anti-submarino, os deslocamentos das ameaças ocorrem
em velocidades muito mais baixas do que na cinemática das ameaças aéreas. Aparentemente,
isso permitiria um tempo de reação muito maior. Entretanto, não é isso que se verifica na
prática, pois o contato submarino é mais difícil de ser mantido e o caráter fortuito das ameaças
exige reação tão imediata quanto possível.
Outro fator que torna ainda mais necessária uma reação rápida é a ausência de
modelos matemáticos que permitam estabelecer uma análise quantitativa para o cálculo da
capacidade de detecção dos sensores (sonares) e da probabilidade de destruição das armas
(foguetes, bombas de profundidade e torpedos), empregados no combate às ameaças
submarinas. A principal causa da falta de modelos que descrevam as características dessas
armas e sensores é a irregularidade do meio físico (a água do mar) que propaga o som de
forma irregular, como será abordado na seção 3.5 desta monografia.
Existem, no entanto, modelos aproximados que descrevem o problema do
engajamento anti-submarino visando a aplicação em jogos de guerra. Esses modelos são
tratados detalhadamente por Brandão (2007) e visam avaliar “as perdas sofridas em combate”
de modo a calcular o “dano acumulado” e “traduzir com precisão bastante aceitável o
resultado de qualquer engajamento”. Brandão trata o problema do ponto de vista do resultado
do engajamento e admite valores preestabelecidos para a probabilidade de acerto das armas. A
diferença entre os modelos utilizados em jogos de guerra e os empregados para a seleção
neste trabalho reside na forma como se trata a probabilidade de destruição. No primeiro, este
valor é um dado conhecido, no segundo é exatamente a informação que se deseja calcular.
Um navio de superfície pode ainda ser empregado num cenário de guerra
eletrônica, onde o sistema a ser empregado é o SGE. Esse sistema opera de forma similar aos
demais sistemas quanto ao processo e engajamento, de modo que recebe uma designação de
20
alvo (targuet indication) do ST e seleciona uma arma e sensor para executar o ataque. No
entanto, as características operativas das armas e sensores do SGE são distintas daquelas do
SA-ADA e do SA-A/S, pois um dos objetivos da guerra eletrônica é causar interferência
(jamming) nas armas e sensores do inimigo. Por essa razão, o SGE é um sistema que pode
tornar ineficaz a capacidade de combater de uma ameaça, se empregado apropriadamente.
Essa característica tem levado as Forças Armadas dos países a classificar os assuntos
relacionados com a guerra eletrônica como sigilosos.
3.1
O Contrato de Aquisição como Garantia de Desempenho
Todos os modelos e análises, propostos nessa monografia, dependem do grau de
confiabilidade das informações fornecidas pelos fabricantes das armas e sensores,
considerados durante o processo de seleção.
Em alguns casos é possível avaliar a consistência desses dados, por meio dos
próprios resultados obtidos nas simulações. Esse, aliás, é um dos objetivos de se empregar
uma metodologia de análise. Cabe ressaltar, entretanto, que devido à impossibilidade de se
confirmar muitas das informações fornecidas, por meio de simulações apenas, os dados
declarados pelos fabricantes devem constar do contrato, preferencialmente associados à
cláusula de penalidades, para futura verificação durante os testes de fábrica, ou na avaliação
operacional dos respectivos equipamentos. Baker (1990, p. 513) comenta que “[…] project
managers should ensure that their procurement deliverables include, where applicable, the
design models and transfer rights in the associated modelling environment.”9
3.2
Os Estudos de Exeqüibilidade
O ponto de partida para a seleção das armas e dos sensores de um navio de
superfície, visando à configuração do seu sistema de combate, são os Requisitos de Alto Nível
de Sistemas (RANS), elaborados com base nos Requisitos de Estado-Maior (REM). Os
RANS estabelecem as capacidades operacionais do navio e, por isso, já restringem os tipos de
armas e sensores que poderão fazer parte da seleção, uma vez que esses requisitos apresentam
o conceito de emprego por meio da descrição das ameaças e cenários aonde o navio irá
operar.
Um aspecto que merece ser ressaltado é que tanto no caso da obtenção, seja ela
feita por construção, conversão ou aquisição, como no caso da modernização de um navio de
9
[...] gerentes de projeto devem assegurar que os objetos das suas aquisições incluam, aonde aplicável, os
modelos de projeto e a transferência de direitos nos ambientes de modelagem associados.” (tradução do autor
desta monografia).
21
superfície (BRASIL, 2002), os critérios de seleção empregados para a análise do desempenho
dos equipamentos são exatamente os mesmos. Cada uma dessas modalidades é executada
dentro de especificidades próprias, mas visando ao mesmo objetivo, ou seja, capacitar o navio
para o combate das ameaças, dentro dos cenários estabelecidos.
A execução dos Estudos de Exeqüibilidade (EE) é a fase do processo de obtenção
e de modernização em que é feita a seleção das armas, dos sensores e do SICONTA, por meio
de estudos que variam em grau de complexidade, de acordo com a diversidade de tarefas e
cenários especificados. Os estudos consistem em verificar quais as armas e sensores,
disponíveis no mercado, que são capazes de engajar e destruir as ameaças esperadas durante a
operação do navio. Para isso, devem ser empregados modelos matemáticos que permitam
simular a funcionalidade e o desempenho desses equipamentos.
Uma vez selecionados as armas e sensores, terá sido respondida a questão
fundamental dos EE, qual seja, se os requisitos desejados para o navio são exeqüíveis. Em
outras palavras, se é possível desempenhar as funções de combate necessárias ao
cumprimento da missão estabelecidas por meio dos RANS.
Aqui surge um ponto diferencial desta monografia, que propõe o uso de uma
metodologia estruturada para a seleção dos equipamentos do sistema de combate. Conforme
abordado na seção 2.1, o emprego de modelos matemáticos é relativamente recente. Antes do
projeto Modfrag, essa seleção ou era contratada a empresas estrangeiras, que forneciam um
“pacote fechado” contendo todos os componentes do sistema de combate, ou simplesmente
era executada com base em dados de placa fornecidos pelos fabricantes. Em ambos os casos, a
confiabilidade do resultado era comprometida. Além disso, em alguns casos, a operação
desses equipamentos tem sofrido limitações, causadas por problemas crônicos de manutenção,
justamente por não terem sido devidamente analisados na fase de exeqüibilidade do projeto.
Um outro ponto de destaque, em favor da utilização dessa metodologia de seleção,
é a possibilidade de se dimensionar as armas e sensores no nível adequado, evitando-se
também descontinuidades e setores cegos nas suas coberturas de emprego. Por outro lado, o
conhecimento preciso das capacidades e do desempenho desses equipamentos permite que os
sistemas, componentes do sistema de combate, sejam dimensionados de forma econômica, ou
seja, sem utilizar armas e sensores extremamente sofisticados para fazer frente a ameaças que
podem ser eficazmente combatidas com outras configurações mais simples. Um exemplo
dessa necessidade de dimensionamento otimizado foi verificado no projeto das fragatas
inglesas Mk-22 (Type 22s Frigates). Marriott (1986, p. 82-83) relata que
22
“The bold decision to dispense with a gun and concentrate on an all-missile
armament was taken after a thorough evaluation of expected threats […]. However,
as a result of experience in the Falklands, several changes have been made to the
armament outfit […]. First and foremost, the gun [a 4.5in gun] has come back into
favour […] on the forecastle […]. If the Type 22s had been equipped with a gun,
they would have been better able to defend themselves while operating close inshore
[…]. Finally, the ubiquitous 40mm Bofors gun which has been in widespread
service with the Royal Navy […] is to be replaced by a new 30mm mounting […].”10
A decisão de instalar um canhão 4,5 polegadas, no castelo de proa das Mk-22,
visava adequar as capacidades antinavio e antiaérea do navio, quando operando em águas
interiores, além de apoiar as tropas em terra.
Aqui cabe um comentário fundamental, que diferencia o projeto do sistema de
combate na Marinha do Brasil dos demais países detentores de capacidade de projeto e
fabricação das armas e dos sensores que equipam os navios das suas esquadras. O Brasil se
enquadra nos países que dominam o projeto sistêmico e a integração dos componentes do
sistema de combate, mas possui capacidade muito limitada de fabricação das suas próprias
armas e sensores. Assim, os equipamentos selecionados para os Estudos de Exeqüibilidade
são aqueles de uso comum na MB, e que estão disponíveis no mercado internacional. Os
países que dominam a tecnologia de produção desses componentes do sistema de combate
estão menos sujeitos às limitações impostas pelo mercado de armamento, mesmo que
parcialmente condicionados às linhas de fornecimentos tradicionais das empresas existentes
nos seus parques industriais de defesa. Esses países podem projetar armas e sensores de modo
a atender requisitos específicos dos sistemas de combate de novos navios.
3.3
Sistema Tático (ST)
Na seção 2.2 desta monografia, foi descrita a seqüência de combate de uma
ameaça, que se inicia com a detecção de um contato pelo ST. Após a avaliação desse contato,
o ST inicia um acompanhamento que, caso seja classificado como uma ameaça, será
designado ao SA-ADA para engajamento. Essa seqüência, se executada com a intervenção
humana, pode durar um intervalo de tempo grande, quando comparado com o tempo
necessário a uma reação eficaz, especialmente contra ameaças aéreas. Isso é ainda mais crítico
se considerarmos o ataque ao navio por um míssil tipo sea-skimmer.
10
“A decisão audaciosa de dispensar o uso de canhões e concentrar todo o armamento em mísseis apenas foi
tomada após a avaliação das ameaças esperadas [...]. No entanto, como resultado da experiência nas Falklands,
algumas modificações foram feitas no conjunto do armamento [...]. O primeiro e mais importante, o canhão [um
canhão de 4,5 polegadas] voltou à preferência [...] no castelo de proa [...]. Se as Mk-22 estivessem equipadas
com um canhão, elas teriam sido mais capazes de defender-se quando operando perto da costa [...]. Finalmente, o
onipresente canhão Bofors 40 mm, em serviço em muitos navios da ‘Royal Navy’ [...] está para ser substituído
por um reparo 30 mm [...].” (tradução do autor desta monografia).
23
Para minimizar essa deficiência do sistema de combate, têm sido desenvolvidos
processos de resposta automática, que se tornaram viáveis com o advento dos Sistemas
Digitais Operativos. Denominado por “Threat Evaluation and Weapon Allocation” (TEWA),
consiste em efetuar as fases do combate sem a necessidade de intervenção dos operadores, de
modo que o engajamento ocorra quase que imediatamente após a detecção de uma ameaça.
Pakenham (1989, p. 100-101), comenta a necessidade dessa função nos navios modernos:
“The process of threat evaluation and weapon allocation is known as TEWA. […] If
this process were attempted using manual methods it would take many minutes and
still probably suffer from lack of completeness; with the computer it will take only
seconds, and most of this will be the time spent in human consideration and
judgment. […] In modern naval warfare some offensive weapons may be detected by
the defence only seconds before they hit. The sea skimming missile […] are potent
examples. […] Any counter-measure […] must be launched within seconds.”11
Esse automatismo tem sido experimentado nos Close-In Weapon System, mas
com resultados ainda contestáveis, conforme descrito no item 3.4.4 desta monografia.
Essa discussão, no entanto, é ilustrativa para concluirmos que a detecção pelos
sensores do ST deve ser o mais eficaz possível, ou seja, deve ocorrer a distâncias
suficientemente grandes para permitir a reação do sistema de combate antes que a ameaça
possa causar dano ao navio. Assim, nos itens seguintes desta monografia será abordada a
modelagem de sensores típicos desse sistema, de uso comum nos navios da MB, visando à
seleção para compor a configuração do sistema de combate de um navio de superfície.
3.3.1
Radar de Vigilância
Os radares são basicamente medidores de energia eletromagnética que podem ser
transmitidas por uma fonte externa ao navio ou pela própria antena que capta a reflexão da
irradiação no alvo. A sigla RaDAR (Radio Detection And Ranging) resume as funções básicas
desse sensor: detecção (Detection), que indica a direção, e determinação de distância
(Ranging), que associada com a anterior determina a posição do alvo no plano horizontal. Nos
sistemas tradicionalmente utilizados, a elevação do alvo é determinada pelo sistema de
direção de tiro, no entanto, em algumas Marinhas, já estão em serviço radares tridimensionais
que também fornecem a localização espacial do alvo (radar 3D).
11
“O processo de avaliação de ameaça e alocação de arma é conhecido como TEWA. [...] Se esse processo fosse
tentado usando métodos manuais ele levaria muitos minutos e provavelmente ainda sofreria pela falta de
completude; com o computador ele levará somente segundos e a maior parte será tempo gasto em considerações
e julgamentos humanos. [...] Na guerra naval moderna, algumas armas ofensivas podem ser detectadas pelo
defensor apenas segundos antes do impacto. O míssil sea skimmer [...] é um exemplo notável. [...] Qualquer
contra-medida [...] tem que ser lançada em segundos.” (tradução do autor desta monografia).
24
Como medidores de energia, os radares operam com base no fenômeno de
propagação da onda eletromagnética e na sua reflexão em objetos e, por isso mesmo, estão
sujeitos as influências atmosféricas locais e às características geométricas e materiais do alvo.
Por isso, os seus transmissores são projetados para operar em diversas freqüências e modos de
polarização de onda, de modo a maximizar o alcance de detecção, dentro do cenário de
operação. Além disso, os equipamentos empregam formatos de antenas adequados para
desenvolver padrões de irradiação que favoreçam a melhor cobertura da área onde se espera
detectar uma ameaça específica (RODGERS, 1983, p. 125-141). Essas características
permitem que se classifiquem os radares de vigilância ou busca em três grupos principais: os
radares de superfície, de busca aérea e de busca combinada (superfície e aérea).
A modelagem desse sensor é fundamental para a avaliação de um sistema de
combate, pois toda a seqüência de comandos e ações necessárias, tanto ao ataque como à
defesa, ocorrem, na maioria dos casos, após a detecção de um contato pelo radar de vigilância.
O tempo decorrido desde a detecção até o engajamento do alvo deve ser suficiente para
permitir a reação do sistema de combate como um todo, pois, caso contrário, a ameaça poderá
atingir o navio antes que os sistemas de defesa possam neutralizá-la. Em suma, o radar deve
ser capaz de detectar o contato o mais distante possível do navio.12
Para que se possa avaliar o quão crítico é a capacidade de detecção radar de uma
ameaça, basta avaliar o tempo que um navio terá para se defender do ataque de um míssil
antinavio, tipo sea-skimmer, por exemplo. Tipicamente, essa ameaça desenvolve uma
velocidade de ataque de 300 metros por segundo. Se for considerada a sua detecção a 30
quilômetros de distância (16,2 milhas náuticas), que já é uma performance muito otimista, o
navio terá 100 segundos para identificá-lo, designá-lo ao SA-ADA e efetuar o engajamento.
A operação do radar também é um fenômeno estocástico, cuja probabilidade de
detecção é inversamente proporcional à distância do alvo, além de ser afetada pelas condições
de propagação atmosférica. Para a finalidade de analisar o desempenho de forma comparativa,
dentro de um processo de seleção, assume-se que as condições de propagação são as mesmas
para todos os equipamentos analisados. No entanto, é necessário simular o desempenho do
equipamento em algumas condições de propagação adversas, para se verificar o desempenho
dos radares em situações de interesse, relacionadas com as aplicações do navio de superfície.
Um dos instrumentos analíticos comumente empregados para modelar o
desempenho de um radar é a sua curva de cobertura. A Figura 3 apresenta a curva de
12
Isso também se aplica ao radar de navegação do navio, cuja avaliação é feita com a mesma metodologia.
25
cobertura de um radar tipo, empregado para a detecção de um helicóptero parado, com seçãoreta radar (Radar Cross-Section – RSC) de 2 metros quadrados. São consideradas duas
antenas diferentes: uma para detecção primordialmente de alvos de superfície (sen(x)/x) e a
outra para busca combinada (cosec2(x)). A probabilidade de detecção adotada foi de 80%,
para um estado do mar 4 na escala Beaufort. Essa curva foi obtida utilizando-se um “Radar
Evaluation Software”, como citado por Macfadzaen (1992, p. 300). Este diagrama representa,
à esquerda da curva de cada antena, a região com mais de 80% de probabilidade de detecção
do radar.
90.0° 60.0°
30.0°
10.0°
Distância acima da Antena (pés)
35000
30000
cosec 2 (x)
25000
20000
sen(x)/x
15000
5.0°
10000
3.0°
5000
1.0°
0.0°
0
0
5
10
15
20
25
30
Distância Curvilínea (milhas náuticas)
Figura 3 - Diagrama de cobertura radar típica para probabilidade de detecção de 80% de um
helicóptero (RCS = 2 m2) parado sob mar 4. Comparação entre as antenas
cosec2(x) e sen(x)/x. (dados obtidos com o programa “Radar WorkStation versão
2.2”. Traduzido do inglês pelo autor desta monografia).
A análise da curva de cobertura radar apresentada na Figura 3 confirma que a
estimativa de alcance feita anteriormente para o exemplo de detecção de um míssil seaskimmer é muito otimista, pois além da seção-reta radar desse tipo de míssil ser muito menor
que a de um helicóptero (da ordem de 0,1 m2), a sua velocidade de aproximação elevada
dificulta a confirmação do contato e abertura de um acompanhamento. Outro aspecto
indicativo de que a detecção de um míssil antinavio só é possível a distâncias ainda menores é
a probabilidade de 80% adotada para a construção dos diagramas da Figura 3. Se for utilizada
uma probabilidade maior para garantir a detecção, os contornos dos diagramas serão mais
próximos da origem do gráfico, o que representa uma distância ainda menor de detecção. É
importante ressaltar que esta análise preliminar, aqui apresentada, não considera outras
limitações ao desempenho dos radares, tais como as condições de propagação atmosférica, ou
26
a “zona de desvanecimento” formada próxima à superfície do mar, que torna a detecção
intermitente para alvos aéreos em baixa altitude, como é o caso do míssil sea-skimmer.
Outro aspecto crítico na seleção do radar de vigilância, é a velocidade de rotação
da sua antena. Tomando o mesmo exemplo supracitado sobre a detecção de um míssil seaskimmer, a cada varredura de um radar que opere com 15 r.p.m. de velocidade angular
máxima, o tempo para a busca, detecção, aquisição, abertura de acompanhamento,
identificação e avaliação da destruição do alvo será de no mínimo 24 segundos, o que
representa 24% do tempo total de reação (100 segundos). Para esta estimativa foi considerado
que cada etapa requer um mínimo de uma varredura (4 segundos cada), dentro da seqüência
apresentada na seção 5.1. Os radares empregados nos CIWS (item 3.4.4 desta monografia)
operam com 60 r.p.m., reduzindo esse tempo para 6 segundos.
3.3.2
Sonar
O princípio de funcionamento do sonar está baseado no fenômeno de propagação
do som no meio físico “água do mar”. Portanto, este sensor está sujeito às mesmas restrições
abordadas na seção 3.5 desta monografia, que dificultam a sua modelagem nos mesmos
moldes que foi apresentado para o radar de vigilância no item 3.3.1. Entretanto, algumas
características qualitativas devem ser consideradas durante o processo de seleção desse
sensor, especialmente quanto ao emprego de sonares ativos ou passivos. Os sonares passivos
possuem alcances de detecção superiores aos dos sonares ativos (cerca de dez vezes maior),
pois operam em freqüências mais baixas do som, as quais sofrem menor atenuação na água.
Além disso, os sonares passivos permitem o acompanhamento contínuo do som captado, ao
contrário dos sonares ativos que ouvem o retorno após cada emissão (ping).
Quanto à identificação do contato sonar como uma ameaça, os sonares passivos
modernos, equipados com processamento digital, aumentaram essa distância para um valor
próximo da distância de detecção. Para os sonares ativos, a distância de identificação é
consideravelmente menor do que a de detecção (da ordem de um terço menor). No entanto,
apenas os sonares ativos são capazes de medir a distância do alvo com precisão.
Outra capacidade, disponível apenas nos sonares ativos modernos, é a medição do
ângulo de elevação de uma ameaça submarina (depressão no caso dos navios de superfície).
Essa informação, associada à marcação e à distância do alvo, permite o emprego eficaz das
armas anti-submarino (PAKENHAM, 1989, P. 56-60 e FRIEDEN, 1985, p. 256-266).
27
3.4
Sistema de Armas Acima D’Água (SA-ADA)
A tarefa básica de combate do SA-ADA é engajar alvos de superfície e aéreos
identificados como ameaças pelo ST. Para a execução desta função, o sistema emprega armas
e sensores integrados e controlados por um sistema digital, que automatiza as funções
ordinárias desse processo, permitindo que o oficial diretor de tiro ocupe-se apenas das
avaliações e decisões de comando, indispensáveis à eficácia do engajamento.
A eficácia do sistema depende das funcionalidades do SICONTA e dos dados de
desempenho dos equipamentos, para que as avaliações do cenário tático e a decisão de quais
armas e sensores empregar sejam feitas de forma rápida e adequada. Esses dados de
desempenho são obtidos por meio de modelos matemáticos, elaborados com base nas
características técnicas dos equipamentos, e processados com as condições ambientais
reinantes no local e no instante do engajamento.
Durante a configuração do sistema de combate, esses modelos matemáticos são
utilizados para simular a operação das armas e sensores e verificar a precisão dos dados de
desempenho informados pelos seus respectivos fabricantes.
Cada arma e sensor opera segundo princípios físicos específicos, de modo que a
abordagem para a sua modelagem é igualmente específica, ou seja, o tipo de tratamento
matemático depende dos fenômenos físicos que governam sua operação. Citando alguns
exemplos, um canhão é modelado por meio da sua balística e dispersão entre tiros, enquanto
que um míssil é descrito matematicamente por meio das suas funções de transferência que
representam o comportamento do seu sistema de guiagem em vôo.
Nos itens seguintes deste trabalho, serão abordados os modelos para a seleção das
armas e sensores típicos empregados nos navios de superfície, ou seja, canhões, mísseis e
sistemas autônomos de defesa de ponto denominados de Close-In Weapons Sistems (CIWS),
radares de busca e de direção de tiro, alças ópticas e alças optrônicas.
3.4.1
Canhão
Em uma primeira aproximação podemos analisar o desempenho de um canhão, de
pequeno, médio ou grande calibre, através da construção da sua curva balística teórica, a qual
é formada pela trajetória da granada, ou projetil, para diversos ângulos de elevação do tubo
alma do canhão (FARRAR, 1983 e FRIEDEN, 1985, p. 544-560). Essa curva, porém, fornece
apenas informações sobre o alcance da arma, sem considerações sobre fatores aleatórios, tais
como a variação da velocidade inicial do projetil ou a dispersão do tiro, os quais, em última
28
análise, introduzem variáveis probabilísticas no modelo. A dispersão de um canhão é o erro
entre a trajetória teórica e a real, causada pelas imperfeições mecânicas construtivas da arma.
Os erros observados durante a dinâmica de um disparo de canhão podem ser
classificados em 4 (quatro) grupos distintos. O primeiro é exatamente a dispersão que
introduz um erro variável de tiro para tiro, por isso mesmo denominado de round-to-round
erro, ou erro randômico. O segundo grupo é o dos erros balísticos, os quais são causados por
agentes ambientais que alteram a forma da curva balística teórica pela ação do vento sobre o
projetil em movimento e pela variação da densidade do ar, dentre outros. Esses erros são
aproximadamente constantes durante uma série de disparos, de modo que são também
denominados de occasion-to-occasion erros, ou erros sistemáticos.
O terceiro grupo, conhecido como erros de paralaxe e de alinhamento, tem origem
na separação física entre o canhão e os demais sensores e na construção do navio,
respectivamente. Esses erros são compensados pelo SA-ADA através do segmento de
software de direção de tiro, não tendo assim relevância para a análise de seleção do canhão. O
mesmo ocorre com o quarto grupo de erros, que é introduzido pelo algoritmo de predição do
tiro e pela imprecisão do acompanhamento do alvo pelo sensor. Denominado de erro de
predição e de acompanhamento, respectivamente, é também extrínseco ao canhão e,
conseqüentemente, não contribui para a seleção dessa arma.
Assim, desses quatro grupos de erro, apenas os causados pela balística e pela
dispersão devem ser aplicados para a elaboração do modelo do canhão. É relevante notar que
o erro balístico, apesar de ser causado por agentes externos à arma, afeta o desempenho e
revelam a eficácia do tiro contra as ameaças consideradas durante a análise. É evidente que os
mesmos agentes externos devem ser aplicados na comparação entre todos os canhões
considerados durante a seleção.
A existência do erro de dispersão imprime um caráter estocástico ao processo de
análise, de modo que não se pode tratar o problema como uma simples precisão do tiro, ou
seja, como um mero cálculo da distância entre o alvo e o ponto atingido pelo tiro. A medida
de desempenho do canhão passa a ser uma probabilidade de acerto, ou de destruição (Pkill).
O caráter estocástico da precisão do tiro insere outro conceito importante na
análise de desempenho do canhão, qual seja, a noção de que vários disparos aumentam a
probabilidade de acerto da arma. Assim, uma vez calculada a probabilidade de um acerto,
utilizando-se o conceito matemático de distribuição normal (MEYER, 1978, p. 194-202) para
representar a dispersão e os erros balísticos de um único tiro, pode-se estimar a probabilidade
de acerto de uma salva de N tiros (cumulativo) pela seguinte expressão:
29
Pkillsalva = 1 - (1 - Pkilltiro) N
Para o cálculo da probabilidade de acerto de um tiro, é utilizado o método Monte
Carlo que avalia essa probabilidade com base na integração da distribuição normal dos erros
balísticos e de dispersão sobre a área aparente do alvo. A área aparente do alvo é a projeção
ortogonal da sua geometria sobre o plano perpendicular à trajetória do projetil, no instante do
impacto (DURHAM, 2004 e MACFADZEAN, 1992 a, p. 127-129).
Visando exemplificar o modelo proposto nesta monografia para a análise de
desempenho de um canhão, será utilizado o exemplo que Macfadzean (1992 a, p. 132)
apresenta para um canhão 35mm representativo, engajando um alvo hipotético no formato de
uma esfera de 1 metro de raio, cruzando o navio na mesma altura do reparo do canhão, a uma
velocidade de 300 m/s. O engajamento é feito empregando-se uma salva de 10 disparos, de
modo que a probabilidade de acerto é dada pelo cálculo cumulativo (Pkillsalva). A Figura 4
representa a probabilidade de destruição em função da distância entre o canhão e o alvo, para
uma distância de passagem no Ponto de Maior Aproximação (PMA) de 500 metros.
500 m
0,9
Aproximação do Alvo
Esfera
(raio 1 m)
0,8
ÂN
CIA
(m)
0,7
0,6
0,5
DIS
T
PROBABILIDADE DE ACERTO ACUMULADA
1,0
0,4
v = 300 m/s
0,3
0,2
Canhão
0,1
PMA
0,0
0
1000
2000
3000
4000
DISTÂNCIA (m)
Figura 4 - Pkillsalva de um canhão 35mm representativo, em função da distância alvo-canhão,
para um alvo cruzando o navio a 300 m/s, na mesma altura do reparo do canhão.
Salva de 10 tiros em cada engajamento (dados extraídos de MACFADZEAN 1992
a, p. 124 e 132. Traduzido do inglês pelo autor desta monografia).
Cabe ressaltar que a velocidade de aproximação do alvo tem influência na
probabilidade de destruição durante o engajamento, na medida que o tempo de vôo do projetil
é afetado pelo erro da sua velocidade inicial, no instante do disparo. É intuitivo que o
30
comportamento estocástico desse parâmetro balístico influencie o desempenho do
engajamento, ou seja, quanto maior for a velocidade do alvo, maior será a contribuição desse
erro. Para alvos estáticos, ou com baixa velocidade, a contribuição desse erro é desprezível.
Uma característica importante do canhão é a possibilidade de empregar munição
com espoleta de proximidade para o engajamento de alvos aéreos. Nesse caso, pode-se
modelar o alvo com dimensões maiores, ou elaborar uma distribuição de dispersão do tiro
mais favorável. Uma vez acionada a detonação da carga do projetil, um segundo cálculo de
probabilidade deve ser considerado, que modela o padrão de dispersão dos fragmentos da
munição que atingirão o alvo.
Do modelo apresentado para a simulação do canhão, pode-se concluir que a
propaganda de alguns fabricantes que afirmam serem capazes de desenvolver padrões de
dispersão durante uma salva, para produzir uma área de saturação e conseqüentemente atingir
o alvo como num tiro de barragem de uma única salva, carece de uma demonstração mais
eficaz. Como pode ser constatado da Figura 4, o erro indesejado da dispersão do canhão causa
imprecisão no tiro. Assim, produzir uma outra dispersão, mesmo que controlada, em cima da
dispersão incontrolável da arma, é algo difícil de ser concebido.
Outra conclusão que se pode delinear diz respeito à seleção de canhões com base
apenas no alcance máximo. A análise da Figura 4 mostra que a probabilidade de destruição de
um alvo aéreo é muito baixa para longas distâncias, mesmo dentro do alcance máximo da
arma. Pode-se ainda inferir que o engajamento de um míssil antinavio, do tipo Exocet ou
Harpoon, com um canhão é pouco eficaz, pois a probabilidade de destruir esta ameaça a uma
distância segura é baixa, ou seja, mesmo que o míssil seja atingido, o navio poderá receber
estilhaços que permanecerão em rumo balístico, incluindo a cabeça de combate do míssil.
3.4.2
Míssil Superfície-Ar (MSA)
Um míssil superfície-ar, ou míssil antiaéreo, é semelhante a um projetil dotado de
guiagem autônoma (autopilot), disparado de canhão. A analogia com a munição de um
canhão é possível, pois o míssil acelera até atingir velocidade supersônica da ordem de
grandeza de um projetil. Essa semelhança tem motivado a pesquisa para a produção de um
projetil de canhão capaz de efetuar correções durante o vôo (course-corrected ammunition) e
minimizar os erros balísticos e de dispersão, que reduzem a probabilidade de destruição
(acerto) dos canhões, conforme apresentado no item 3.4.1 desta monografia.
Essa semelhança com um projetil de canhão também existe no modelo
matemático utilizado para a simulação e análise de um MSA, onde a precisão do míssil é
31
tratada como um evento estocástico, de modo que o seu desempenho durante o engajamento é
medido em termos de probabilidade de destruição do alvo.
A guiagem autônoma que conduz o míssil até o alvo é a característica dessa arma
que confere a sua maior ou menor probabilidade de destruição durante um engajamento. Essa
característica é implementada de várias maneiras, de acordo com o tipo do míssil, o qual pode
ser classificado com base na localização do controle de guiagem, no tipo de irradiação do
sensor de acompanhamento e no tipo de algoritmo empregado na guiagem. É importante notar
que essa classificação varia entre os autores, como se pode observar em Frieden (1985),
Garnell (1977) e Macfadzean (1992 a e 1992 b).
Quanto à localização do controle de guiagem, os MSA dividem-se em dois
grupos: os que são guiados da base de lançamento – o navio de superfície, neste caso – e os
que são guiados localmente no próprio míssil. O primeiro mantém o acompanhamento do alvo
e transmite comandos ao míssil para que esse siga a trajetória que o levará ao impacto com o
alvo. Os mísseis do segundo grupo são guiados pela irradiação proveniente do alvo. Essa
irradiação permite ainda outra variação desse grupo, ou seja, os mísseis semi-ativos e os
mísseis ativos e passivos. Os semi-ativos possuem a fonte de energia localizada no próprio
navio, a qual “ilumina” o alvo, fazendo com que o sensor do míssil seja guiado pela energia
refletida pelo alvo. Os outros mísseis efetuam suas guiagens por meio de emissões ativas ou
passivas, isso é, captam a energia refletida pelo alvo, proveniente de fonte localizada no
míssil, ou seguem a energia gerada pelo alvo, respectivamente. Essa característica de total
autonomia após o disparo fez com que os mísseis ativos e passivos ficassem conhecidos como
fire-and-forget, pois após o seu lançamento toda guiagem é feita independentemente dos
sistemas de bordo.
O tipo de energia captada pelo sensor permite que se classifique o míssil como
eletroóptico ou eletromagnético, dependendo da faixa do espectro em questão (ver item 3.4.6
desta monografia). Do ponto de vista do tipo de algoritmo empregado na guiagem, os MSA
podem ser de comando para a linha de visada ou, do termo em inglês, Command to Line Of
Sight (CLOS), que manobra o míssil para mantê-lo na trajetória da linha que une o alvo ao
sensor instalado no navio. O outro tipo de guiagem é a navegação proporcional, cujas
correções durante o vôo são proporcionais ao ângulo de desvio do míssil em relação ao alvo,
ou seja, do ângulo do seeker do míssil13, de modo que sua trajetória intercepta a trajetória do
alvo num ponto futuro (GARNELL, 1977, p. 181-189).
13
É o ângulo que o radar ou sensor infravermelho do míssil faz com o seu eixo axial de simetria.
32
Para a modelagem de um MSA, importa principalmente o tipo de algoritmo
empregado na sua guiagem. Esse algoritmo terá influência na forma do diagrama de
probabilidade de destruição do míssil, elaborado para o seu emprego contra um dado alvo. A
localização do controle de guiagem e o tipo de irradiação empregada são características que
auxiliam numa análise mais qualitativa para a seleção dessa arma.
O modelo matemático de um MSA descreve a sua guiagem como uma função de
transferência, que recebe como entrada a posição relativa do míssil em relação ao alvo e
fornece como saídas os comandos para que as superfícies de controle aerodinâmicas do míssil
corrijam a sua trajetória, de acordo com o tipo de navegação implementada, ou seja, CLOS ou
proporcional (MACFADZEAN, 1992 a, p. 136 e 213). O primeiro resultado obtido da
simulação com o modelo do míssil são as curvas cinemáticas de aceleração lateral constante,
ilustrada na Figura 5. As curvas representam a máxima aceleração lateral (normal) que um
míssil pode desenvolver, ou seja, a sua manobrabilidade.
Altitude (km)
20s
30s
10
25g
10s
40s
10g
20g
15g
0
0
Alcance
Mínimo
10
20
30
Distância Horizontal (km)
Figura 5 - Curvas cinemáticas de aceleração lateral (g = aceleração da gravidade) e de tempo
de vôo (s = segundos) constantes de um míssil antiaéreo, que atinge a velocidade
supersônica de Mach 3,0 em 22,7 segundos (fonte traduzida do inglês pelo autor
desta monografia: MACFADZEAN, 1992 a, p. 200 e 208).
O diagrama da probabilidade de destruição (kill probability) de um míssil é
elaborado a partir da curva cinemática ilustrada na Figura 5, onde as curvas de probabilidade
de destruição constantes são semelhantes às de g constante.
Além da manobrabilidade, que mantém uma relação direta com a distância de
passagem míssil-alvo (miss-distance), é considerado também o modelo da espoleta de
33
proximidade, que aumenta o raio de atuação da cabeça de combate do míssil, dentro de uma
análise estocástica. Macfedzean (1992 a, p. 262) comenta que “[...] warhead characterization
data is used in conjunction with the miss-distance distribution that results from the guidance
and control functions to estimate kill probability.”14.
À medida que se afasta do local de seu lançamento, um míssil antiaéreo perde
velocidade e, conseqüentemente, a sua manobrabilidade. Assim, para um alvo executando um
perfil de ataque não-retilíneo, a distância eficaz de emprego do míssil é mais reduzida, para
uma mesma probabilidade de destruição.
A função de transferência do sistema de guiagem de um míssil superfície-ar e os
dados da sua cabeça de combate são informações críticas para a sua modelagem precisa.
Assim, conforme ressaltado na seção 3.1 desta monografia, é indispensável que essas
informações obtidas dos fabricantes constem do contrato de aquisição, preferencialmente
associadas à cláusula de penalidades, para permitir uma futura verificação efetiva durante os
testes de fábrica, ou na avaliação operacional do míssil selecionado.
3.4.3
Míssil Superfície-Superfície (MSS)
Apesar de o canhão ser uma arma de emprego tradicional nas Marinhas, os
mísseis superfície-superfície, ou antinavio, superaram a eficácia daquela arma devido ao seu
maior alcance e independência dos erros balísticos (GATES, 1987, p. 30-33). A única
desvantagem reside no preço da munição, que no caso do míssil é centenas de vezes maior
que um tiro de canhão.
Por ser uma arma empregada contra um alvo que se desloca a uma velocidade
relativamente muito baixa, a sua análise limita-se a comparar características operativas, tais
como alcance, perfil de ataque (e.g. sea-skimmer) e capacidades contra contramedidas; e
constitutivas, como a origem da irradiação (passiva, ativa e semi-ativa) e o tipo de seeker
(eletromagnético ou eletroóptico) utilizados na guiagem.
A grande quantidade de equipamentos que compõem o MSS dificulta que se
utilize o contrato de aquisição para garantir o desempenho de cada uma dessas unidades
separadamente, conforme proposto na seção 3.1 desta monografia. Por isso, o que
normalmente se utiliza é a condução de um teste de lançamento real, sob a supervisão do
fabricante, para comprovar a eficácia do míssil selecionado.
14
“[...] a informação de caracterização da cabeça de combate é utilizada em conjunção com a distribuição da
distância de passagem, que resulta das funções de guiagem e controle, para estimar a probabilidade de
destruição.” (tradução do autor desta monografia).
34
3.4.4
Sistema Autônomo de Defesa de Ponto - Close-In Weapons System
Essa arma recebe o nome de sistema por ser constituída dos elementos necessários
para executar todas as fases do combate contra uma ameaça, desde a detecção até o
engajamento, passando pela identificação. O Close-In Weapons System (CIWS) processa
todas essas etapas de forma autônoma, sem necessidade de intervenção humana.
A configuração básica de um CIWS é a de um canhão, ou lançador de mísseis
antiaéreo, integrado a um conjunto de sensores e a um mini SICONTA, com a seguinte
composição: um radar de busca para a fase de detecção, um radar de direção de tiro para o
acompanhamento do alvo, um Sistema Tático para a identificação das ameaças e designação
de alvo e um computador de tiro para o controle do engajamento. Na realidade, trata-se de um
sistema de combate autônomo integrado em um único reparo de canhão ou lançador de
mísseis15.
Assim, a seleção de um CIWS utiliza os mesmos modelos empregados para a
análise de um radar de vigilância, de um radar de direção de tiro, de um canhão e de um míssil
antiaéreo (superfície-ar), abordados nos itens 3.3.1, 3.4.5, 3.4.1 e 3.4.2 desta monografia.
Além das análises com os modelos indicados neste trabalho, a seleção deve
também considerar dados qualitativos da operação desse sistema de defesa. O primeiro é a sua
duvidosa disponibilidade e confiabilidade, em outras palavras, é um sistema que, por possuir
um elevado automatismo e integração sem redundância, tende a apresentar um baixo MTBF
(Meam Time Between Failure), conforme destaca Blanchard (1998, p. 345-400). Outra
característica que deve ser considerada, como conseqüência também do seu automatismo, é
que o CIWS ainda não é capaz de distinguir eficazmente entre um avião comercial de
pequeno porte e um míssil tipo sea-skimmer subsônico. Essa limitação tem levado os
comandantes a manterem o sistema desligado, o que elimina a sua eficácia como arma de
reação rápida. Um caso típico desse procedimento, foi o incidente com a fragata americana
Stark, atingida por um míssil Exocet em 1986 (SENNA, 1998).
3.4.5
Radar de Direção de Tiro
O mesmo modelo utilizado para a análise de desempenho do radar de vigilância,
discutido no item 3.3.1 desta monografia, pode ser empregado para seleção do radar de
direção de tiro (DT). Todavia, algumas diferenças funcionais impedem que a análise seja feita
apenas pelos dados quantitativos.
15
A Marinha Russa emprega o CIWS CADS-N-1, que possui um canhão de alta cadência de tiro e um lançador
de mísseis de médio alcance combinados no mesmo sistema (RUSSIA, 2007).
35
Além do diagrama de cobertura radar (Figura 3), é necessário conhecer a
capacidade de processamento do equipamento, utilizada para adquirir e manter o
acompanhamento do alvo (tracking). O acompanhamento do alvo fornece dados de elevação,
de conteira e de distância que são utilizados pelo SA-ADA para a solução do tiro durante o
engajamento de uma ameaça. A precisão de acompanhamento de um radar DT depende
basicamente da capacidade do radar manter o alvo no centro da sua linha de visada, a qual
“[...] requires separate components for range and angle tracking of a specific target”16,
comenta Frieden (1985, p. 135).
O erro mais crítico de acompanhamento do alvo é o relativo aos ângulos de
elevação e de conteira. Esse erro é o resultado da diferença angular entre a direção do tracking
e a linha de visada da antena do radar DT, ou seja, entre a direção principal do feixe de
irradiação e a direção mecânica para aonde aponta a antena do radar. É importante ressaltar
que, na prática, a direção principal do feixe de irradiação eletromagnética não coincide com a
linha de visada da antena, devido às suas imperfeições mecânicas de fabricação. A outra
componente do erro angular é proveniente do sistema de posicionamento do radar, que
depende, em última análise, do servo-mecanismo de estabilização e controle da antena.
Frieden (1985, p. 136-147) apresenta quatro tipos de radares que utilizam
diferentes padrões de irradiação para minimizar o erro angular da antena: sequential lobing,
conic scan, Conical Scan on Receive Only (CORSO) e monopulse. Esse último merece
destaque, pois identifica a posição do alvo relativo à linha de visada da antena em apenas um
pulso de emissão do radar, além de possibilitar um erro de acompanhamento próximo de zero,
devido ao próprio princípio de seu funcionamento.
Pelos pontos indicados anteriormente, pode-se concluir que a garantia das
informações de desempenho, utilizadas durante o processo de seleção do radar de direção de
tiro, deve ser objeto do contrato de aquisição, conforme proposto na seção 3.1 desta
monografia.
3.4.6
Alça Optrônica
Os sensores optrônicos, comumente conhecidos como alça optrônica, operam
numa freqüência do espectro imediatamente abaixo da irradiação eletromagnética empregada
pelos radares, na faixa denominada de eletroóptica, ou seja, de infravermelho, seguida da luz
visível. Essa faixa compreende os comprimentos de onda de 0,4 a 15 μm (micrômetro). Esses
16
“[...] requer componentes separados para a distância e ângulo de acompanhamento de um alvo específico”
(tradução do autor desta monografia).
36
sensores dividem-se em dois grupos: os de imagem térmica, que captam a faixa mais alta do
espectro (0,8 a 15 μm), e os intensificadores de imagem, que são basicamente amplificadores
de luz da faixa baixa de comprimentos de onda (0,4 a 0,8 μm).
À semelhança dos radares, a capacidade de detecção de um sensor optrônico
consiste na captação da energia eletroóptica emitida pelo alvo. Nesse sentido, torna-se
necessário conhecer a sensibilidade mínima do elemento sensor e o ganho do sistema óptico.
que normalmente fica posicionado entre o alvo e o elemento sensor. Essa análise é simples e
pode ser executada por meio de um simples cálculo aritmético (FRIEDEN, 1985, p. 310-312).
No entanto, a detecção é apenas o primeiro passo do procedimento de análise para
a seleção de um sensor optrônico. É necessário ainda que o alvo possa ser discriminado do
cenário de fundo (background). Se a alça optrônica for empregada como sensor de busca, é
necessário também que possa ser feita a identificação da ameaça, incluindo uma estimativa do
seu ângulo de proa, para determinar o seu rumo e velocidade, com o auxílio de um telêmetro
óptico ou laser.
Para a seleção do sensor optrônico como fonte de dados para o SA-ADA, é
necessário que se conheça o seu MDS (Minimum Discernable Signal), ou sensibilidade
mínima, que permite a manutenção do acompanhamento automático de um alvo. Esse
acompanhamento é resultado não só da detecção, mas do processamento da imagem captada
pelo sensor, que discerne o alvo do seu background. No entanto, a avaliação do algoritmo de
processamento da imagem é algo que envolve experimentação, de modo que a análise deve
concentrar-se, a princípio, na comparação da sensibilidade dos elementos sensores e do ganho
óptico, como parâmetros de seleção desse equipamento.
Cabe ressaltar que, devido à impossibilidade de se confirmar o desempenho desse
sensor com simulações apenas, as características fornecidas pelos fabricantes devem constar
do contrato, associados a penalidades, para futura verificação durante os testes de fábrica, ou
na avaliação operacional da alça optrônica, como mencionado na seção 3.1 desta monografia.
3.4.7
Alça Óptica
O elemento sensor desse equipamento é o próprio olho humano, que tem uma
capacidade de detecção reduzida em relação aos sensores optrônicos. O alcance de uma alça
óptica é pequeno e depende, basicamente, do contraste entre o alvo e o cenário (background),
da intensidade luminosa proveniente do alvo, das condições de propagação atmosféricas e da
magnificação óptica desse sensor. Além disso, o reconhecimento e a identificação do objeto
ocorrem em distâncias ainda menores do que a de detecção (RODGERS, 1983, p. 1-45).
37
Assim, não é relevante modelar esse sensor para estabelecer uma base de análise
comparativa visando à seleção. A única característica de uma alça óptica que fornece dados a
fim de permitir uma diferenciação entre vários equipamentos é a precisão de estabilização da
sua plataforma inercial. Uma alça, que não possua uma linha de visada estabilizada, torna-se
praticamente inoperante num navio de superfície.
Geralmente, a estabilização de uma alça, ou de qualquer outro equipamento, é
especificada em função de um erro máximo em unidades de ângulo, para uma dada condição
de jogo da plataforma do navio – e.g.: erro máximo de 10 mrad17 para um jogo da plataforma
com amplitude de 20 graus e período de 9 segundos. Esse valores de desempenho devem ser
garantidos por meio do contrato de aquisição, como descrito na seção 3.1 desta monografia.
3.5
Sistema de Armas Anti-Submarino (SA-A/S)
Diferentemente das tarefas executadas pelo SA-ADA, a guerra anti-submarino
desenvolve-se em um meio físico com características não-uniformes – a água do mar. É
importante notar, no entanto, que tanto o ar atmosférico como a água do mar apresentam
características não-uniformes, contudo as variações (gradientes) a que está sujeita a massa
líquida pode apresentar descontinuidades bruscas, tanto horizontal quanto verticalmente. Essa
especificidade dificulta a modelagem das armas e dos sensores empregados nos engajamentos
de ameaças abaixo d’água. Além disso, a profundidade local onde se está operando com o
navio também altera as condições de propagação dos sonares, afetando não apenas a detecção,
mas também o emprego das armas anti-submarino. Em conseqüência, a análise das armas e
sensores que operam nesse meio tem se limitado aos aspectos qualitativos dos seus
desempenhos. Entretanto, os estudos, para mapear as condições de propagação do som na
água do mar, têm contribuído no sentido de se estabelecer modelos para simular as condições
de detecção dos sonares.
Os sensores do SA-A/S estão, do ponto de vista sistêmico, inseridos no Sistema
Tático, pois a detecção de um submarino em um cenário de operações é uma informação de
interesse para todos os navios operando na mesma área e não apenas do próprio navio. Além
disso, o posicionamento dos navios pode contribuir para superar as limitações intrínsecas da
detecção de um submarino, conforme ilustrado na Figura 6. Cabe ressaltar que, apesar de
haver outros tipos de sensores para detecção de submarinos, tais como o Magnetic Anomaly
Detection (MAD), o sonar é o mais comumente utilizado pelas Marinhas.
17
mrad = mili-radianos = 10-3 radianos.
38
VELOCIDADE DO SOM
COBERTURA SONAR NO DUTO DE SUPERFÍCIE
m/sec
1480
1600
0
10
20
30
DUTO DE SUPERFÍCIE
SUBMARINO NA PROFUNDIDADE
ÓTIMA DE EVASÃO
(ABAIXO DO DUTO)
1000
PROFUNDIDADE EM METROS
PROFUNDIDADE MÁXIMA
PROVÁVEL DO SUBMARINO
2000
ZONA DE CONVERGÊNCIA
COBERTURA DO
SONAR DE CASCO
COBERTURA DO
SONAR VDS
3000
4000
5000
6000
0
10
20
30
DISTÂNCIA EM MILHAS NÁUTICAS
Figura 6 - Emprego tático das camadas por um submarino. Navio equipado com sonar de
casco e com sonar rebocado tipo VDS. As linhas representam os feixes de
propagação do som na água (fonte traduzida do inglês pelo autor desta
monografia: PAKENHAM, 1989, p. 65).
Uma solução encontrada para contrapor a tática de evasão de um submarino, que
visa evitar a sua detecção navegando na zona sem cobertura dos sonares, é obtida através do
emprego de um towed array. Pakenham (1989, p. 63) comenta: “These are highly sensitive
equipments, capable of detecting low intensity sound at long range, which exploit the various
modes in which sonar propagates”18. No entanto, também esse sensor apresenta restrições,
pois o navio que o reboca necessita manter rumo e velocidade constantes por longos períodos,
além de ter que “[to] direct its course to optimise surveillance and resolve any ambiguities”19.
A mesma dificuldade em modelar um sonar impossibilita a análise quantitativa
das armas de emprego anti-submarino. No caso do torpedo, lançado tanto de bordo como de
uma aeronave, a dificuldade é semelhante, pois o seu sistema autônomo de busca também
utiliza um sonar como sensor de detecção e de acompanhamento do alvo. No caso das bombas
de profundidade, a precisão do ataque depende fundamentalmente da capacidade de detecção
e de manutenção do acompanhamento pelo sonar do navio ou aeronave de onde são lançadas.
18
“Esses são equipamentos altamente sensível, capazes de detectar baixa intensidade de som a longas distâncias,
o que explora os vários modos nos quais o sonar propaga.” (tradução do autor desta monografia).
19
“direcionar seu rumo para otimizar a vigilância e resolver quaisquer ambigüidades.” (tradução do autor desta
monografia).
39
3.6
Sistema de Guerra Eletrônica (SGE)
A Guerra Eletrônica é uma área que envolve o conhecimento de diversas
tecnologias e por isso a literatura limita-se a uma análise qualitativa, como aquela apresentada
por Pakenham (1989, p. 49), por Macfadzean (1992 a, p. 71-79), por Frieden (1985, p. 326363 ) e por Gates (1987, p.37-39). Essas análises limitam-se basicamente a descrição dos
componentes do SGE, comumente empregados na condução das operações, isso é, o
equipamento de Contra Medidas Eletrônicas (CME), de Medidas de Apoio à Guerra
Eletrônica (MAGE) e o sistema de lançamento de despistadores20 (chaff ou flare).
O campo de atuação desses equipamentos é a detecção de irradiações
eletromagnéticas e eletroópticas. O MAGE é um medidor que analisa o espectro das
irradiações eletromagnéticas – de radares e de telecomunicações – com o objetivo de coletar
informações para a classificação dos sensores inimigos; enquanto que o CME é um emissor
radar que altera o retorno das emissões de radares inimigos sobre o próprio navio, visando
reduzir a eficácia desses sensores. O CME é dotado de processamento eletrônico, capaz de
gerar “truques” que causam efeitos de confusão em radares de vigilância e de direção de tiro,
que estejam tentando detectar ou acompanhar o navio.
Complementarmente ao MAGE e ao CME, o chaff e o flare são foguetes ou
artefatos pirotécnicos que geram alvos falsos para despistar ameaças, tais como mísseis
guiados por sensores-radar ou infravermelhos. Nesse aspecto, existe uma outra característica
que também está presente na análise do SGE: a seção-reta radar e a assinatura térmica do
próprio navio, que permitem o dimensionamento do sistema lançador dos despistadores.
À semelhança do CIWS (item 3.4.4 desta monografia), os equipamentos do SGE
têm de ser analisados separadamente, para, numa segunda etapa, serem avaliados de forma
integrada. É importante observar que a integração dos equipamentos desse sistema é um
aspecto indispensável do projeto para que se atinja um desempenho eficaz, pois a velocidade
em que devem ser executadas as funções de detecção, processamento e reação não permite a
intervenção humana para coordenar a operação do MAGE, do CME e do chaff, isoladamente.
Com relação a garantia dos dados fornecidos pelos fabricantes para a elaboração
dos modelos, os mesmos procedimentos descritos na seção 3.1 desta monografia devem ser
adotados. Os contratos para a aquisição dos equipamentos que compõem o SGE devem ser
feitos em conjunto, pois, como já foi anteriormente indicado, a integração entre eles é
fundamental para a eficácia do sistema.
20
Os despistadores radar são conhecidos como chaff e os infravermelhos como flare.
40
4
SELEÇÃO DO SISTEMA DE CONTROLE TÁTICO E DE ARMAS
Conforme discutido no capítulo anterior, o ponto de partida para a seleção das
armas e dos sensores, que tem como objetivo a configuração do sistema de combate de um
navio de superfície, são Estudos de Exeqüibilidade (EE) – conduzidos com base nos
Requisitos de Alto Nível de Sistemas (RANS). Ainda na fase dos EE é feita a seleção do
Sistema de Controle Tático e de Armas (SICONTA), a qual consiste em definir uma
arquitetura integrada às armas e sensores, a fim de permitir que o navio execute
adequadamente as suas tarefas, dentro dos cenários especificados nos RANS.
Entretanto, a metodologia utilizada para a análise de desempenho do SICONTA
difere daquela proposta para a seleção das armas e sensores, abordada no capítulo 3 desta
monografia. Por se tratar de um Sistema Digital Operativo (SDO), desenvolvido para
processar informações e executar comandos e controles em ”tempo real” 21, a sua simulação
na fase de projeto consiste de três atividades básicas:
- Elaboração do modelo funcional do sistema de combate;
- Análise do fluxo de informações no SICONTA (tráfego na rede de dados); e
- Simulação das interfaces.
É importante notar que estas atividades serão novamente repetidas ao longo de
todas as fases de desenvolvimento do sistema de combate, dentro da natureza cíclica do
projeto, ilustrada por meio da espiral de projeto na Figura 1. Baker (1990, p. 463), designa
esse processo de “define try redefine”22.
A elaboração do modelo funcional do sistema de combate é feita a partir dos
requisitos estabelecidos nos RANS do navio e consiste de um diagrama que tem origem nas
funções de alto nível do sistema. Com o auxílio dessa representação gráfica, são detalhadas as
funções executadas nos níveis inferiores, até atingir os níveis mais baixos que representam os
recursos necessários à execução das tarefas do sistema, ou seja, equipamentos, software,
pessoal, informações e itens logísticos, dentre outros (BLANCHARD, 1998, p. 62-64).
Atualmente, existem softwares que auxiliam na elaboração do diagrama funcional do sistema,
tais como o System Architecture.
O exercício de representar o sistema de combate por meio de um diagrama
detalhado de níveis funcionais (breakdown), seguindo uma seqüência do mais alto nível para
21
Na maioria das definições, “tempo real” é descrito como uma característica de resposta rápida, compatível
com as funções que um sistema deve desempenhar (ALLWORTH, 1981, p. 12).
22
“define experimenta redefine” (tradução do autor desta monografia).
41
o mais baixo (top-down), é uma abordagem que auxilia na seleção da sua arquitetura, ainda na
fase dos Estudos de Exeqüibilidade. Sistemas de combate que necessitem executar
simultaneamente um elevado número de funções de alto nível, para uma quantidade elevada
de ameaças, provavelmente serão mais bem projetados com uma arquitetura distribuída.
Outros sistemas, idealizados para fazer frente a cenários de poucas ameaças, poderão ser
configurados com uma arquitetura centralizada.
Outra atividade necessária à análise do desempenho de um sistema de combate é a
simulação do fluxo de informações que trafegam no SICONTA, para a execução das suas
funções. Mesmo após a definição do tipo de arquitetura a ser empregada no sistema, é
necessário que o seu desempenho seja testado, a fim de se verificar a sua capacidade de
processar, em “tempo real”, as funções essenciais de combate, tais como o engajamento de
alvos, tanto em operações de ataque como de defesa do próprio navio. Além disso, o sistema
deve ser capaz de executar funções do Sistema Auxiliar, em um nível de prioridade
compatível com a velocidade exigida para os processos essenciais do sistema.
A simulação do fluxo de informações na fase dos Estudos de Exeqüibilidade pode
ser feita por estudos meramente teóricos da carga do sistema, ou pela comparação com outros
sistemas de combate já em operação. Modelagens mais complexas chegam a empregar
computadores e redes de dados com a mesma capacidade projetada para a arquitetura do
SICONTA. Um exemplo desse tipo de modelagem foi desenvolvido pelo Ministério da
Defesa da Índia, para sistemas de combate com arquitetura distribuída (DRDO, 2007).
Ainda no mesmo contexto de avaliação de desempenho do sistema de combate
durante a execução das suas funções essenciais e auxiliares, os Estudos de Exeqüibilidade
devem analisar as interfaces que possibilitam a interconexão entre o SICONTA e as armas e
sensores. Dependendo da importância do equipamento, a análise das suas interfaces pode
variar de uma simples verificação teórica dos sinais, até um teste envolvendo simuladores que
monitoram o tráfego de dados através das interfaces durante a operação.
O caráter cíclico do projeto de desenvolvimento de um sistema de combate,
abordado no item 2.1.6 desta monografia, é também aplicado à simulação das interfaces do
sistema. As análises efetuadas na fase dos Estudos de Exeqüibilidade devem ser formalmente
acordadas com os fabricantes e validadas por meio de testes com simuladores, durante o
desenvolvimento do sistema, os quais poderão até ser repetidos durante a aceitação dos
equipamentos em fábrica. Para isso, é mandatário que os contratos de aquisição do SICONTA
e das armas e sensores incluam a exigência da assinatura de Acordos de Interface e a
execução de testes comprobatórios.
42
4.1
Arquitetura do SICONTA
A finalidade do SICONTA é executar automaticamente as funções que, antes do
advento dos computadores digitais, eram desempenhadas pelos operadores. A compilação do
quadro tático, a solução de problemas de navegação, a inicialização de acompanhamentos, o
processamento das ações de engajamento, etc., passaram a ser funções implementadas pelos
diversos sistemas que compõem o SICONTA (PAKENHAM, 1989, p. 96-103). Algumas
dessas funções requerem uma performance de sistema de “tempo real” para combater
eficazmente as ameaças que também dispõem de componentes eletrônicos digitais
embarcados. Nesse cenário, em que tanto o ataque como a defesa dos meios navais passaram
a ocorrer com velocidades muito acima da capacidade humana de processamento, a definição
da arquitetura do SICONTA assume importância central no desempenho do navio em
combate.
O SICONTA é projetado e desenvolvido para atender às especificidades do navio,
ou seja, para processar as tarefas do seu sistema de combate, incluindo o controle das armas e
sensores selecionados para a sua configuração. Nesse sentido, pode-se identificar dois tipos
básicos de arquitetura, que serão abordados neste capítulo para ilustrar os aspectos a serem
considerados no projeto e no desenvolvimento desse sistema: a centralizada e a distribuída.
Pelo próprio curso histórico do desenvolvimento dos sistemas computacionais, a
arquitetura centralizada foi a primeira a ser empregada no projeto de sistemas de combate.
Basicamente, essa arquitetura é composta de uma unidade de processamento central,
denominada de mainframe, por onde trafegam todas as informações e onde são processados
todos os cálculos necessários à consecução das funções do sistema; e de unidades periféricas,
que são usuários dessas informações.
Conforme ilustrado na Figura 7, a arquitetura centralizada demanda que toda
carga do sistema trafegue através do computador central (Processador de Dados Central). Isso
requer processamento de elevada performance para que a alta velocidade necessária à
execução simultânea das funções de combate seja mantida, mesmo em situações de carga
intensa do sistema, ou seja, durante a ocorrência de intenso fluxo de informações no
computador central. Pakenham (1989, p. 101) comenta que “the demand for such rapid
response taxes even a computer’s ability, and the need to react within few seconds can pose a
impossible task in a busy situation with several threats occuring simultaneously.”23 Assim,
23
“a demanda por respostas tão rápidas sobrecarrega até a capacidade de um computador e a necessidade de
reação em poucos segundos pode atribuir uma tarefa impossível em uma condição de congestionamento, com
várias ameaças ocorrendo simultaneamente”. (tradução do autor desta monografia).
43
para sistemas de combate que necessitam tratar com um número elevado de ameaças, a
arquitetura distribuída apresenta-se como uma solução mais eficaz. Além disso, os sistemas
distribuídos seguem a mesma tendência do mercado de sistemas computacionais
administrativos, os quais empregam redes de dados tipo Ethernet24 ou FDDI25, interligando
estações de trabalho, onde são processadas as funções localmente. As estações de trabalho,
por outro lado, utilizam os serviços resultantes de funções gerais, executadas pelos servidores
que controlam a rede.
SENSORES
ARMAS
SICONTA
BARRAMENTO DE DADOS
DE DADOS
PROCESSADOR
DE DADOS
CENTRAL
USUÁRIOS
ARMAZENADOR
DE DADOS
PRINCIPAL
CONTROLADOR
DO SISTEMA
Figura 7 - Diagrama em blocos de um sistema de combate com arquitetura centralizada para
o SICONTA (dados extraídos de PAKENHAM, 1989, p. 97. Traduzido do inglês
pelo autor desta monografia).
A arquitetura distribuída, ilustrada na Figura 8, é composta de vários
computadores independentes, denominados Usuários, que compartilham a execução das
funções do sistema. As unidades se comunicam por meio de uma Rede de Dados que permite
a interligação entre o SICONTA, as armas e os sensores, com várias combinações
simultâneas, ou seja, com a execução paralela de mais de uma função, independentemente do
processamento de outras.
24
Ethernet é um padrão de rede de dados criado pela empresa Xerox no fim da década de 70 (YU, 2007).
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) é um padrão de rede de dados desenvolvido pelo American National
Standard Institute (ANSI) (JAIN, 1994, prefácio).
25
44
SENSORES
INTERFACE
INTERFACE
ARMAS
INTERFACE
INTERFACE
INTERFACE
INTERFACE
SICONTA
REDE DE
DADOS
CONTROLADOR
DA REDE
DE DADOS
DE DADOS
TERMINAÇÃO DA
REDE DE DADOS
USUÁRIOS
CONTROLADOR
DA REDE
DE DADOS
Figura 8 - Diagrama em blocos de um sistema de combate com arquitetura distribuída para o
SICONTA (dados extraídos de PAKENHAM, 1989, p. 102 e BAKER, 1990, p.
493. Traduzido do inglês pelo autor desta monografia).
Existe ainda uma arquitetura denominada de confederada, que pode ser
classificada como um misto entre a centralizada e a distribuída. Essa arquitetura processa as
funções de forma distribuída por blocos de unidades, mas ainda mantém um computador
central para exercer certo nível de controle da execução das funções do sistema e do tráfego
de informação entre os blocos (BAKER, 1990, p. 490).
4.1.1
Redundância e Modo de Operação Degradada
A arquitetura distribuída proporciona maior confiabilidade ao SICONTA, por
permitir a reconfiguração do sistema na eventualidade da avaria de um dos seus computadores
(Usuários da Figura 8), ou seja, o sistema pode continuar operando em modo degradado, o
que não é normalmente possível na arquitetura centralizada. Pakenham (1989, p. 103) aborda
esse tema e comenta que o sistema de combate deve ser capaz de se reconfigurar, com base
especialmente na característica de self healing da rede de dados:
“[...] the dispersed nature of the architecture of the distributed system means that
malfunction of one component does not mean complete system failure, particularly if
the data highway has a measure of ‘self healing’. The reconfiguration of remaining
components into a planned fallback mode system operation may well enable the
45
system to operate with only minor loss of overall efficiency; such a progression is
sometimes known as ‘graceful degradation’.”26
A operação no modo degradado, no entanto, não pode ser aplicada a todas as
funções do sistema. O navio tem de ser capaz de manter certas capacidades de combate,
mesmo em presença de avarias. Um exemplo típico desse requisito é aplicado à rede de dados
e ao seu controlador, que têm de ser duplicados fisicamente (ver Figura 8), de modo a
possibilitar a manutenção do serviço de interconexão entre as unidades do SICONTA e as
armas e sensores, no caso de uma avaria de um daqueles equipamentos do sistema. De uma
maneira geral, esse princípio de redundância deve ser aplicado às funções críticas do sistema,
em consonância com os requisitos estabelecidos nos RANS.
É oportuno mencionar que esse princípio de redundância também é aplicado ao
controle das armas empregadas no engajamento das ameaças. Em termos de configuração,
esse tipo de redundância é implementado por meio de quatro modos de controle, que são
adotados pelos operadores do sistema na seguinte seqüência: o primário – que emprega os
sensores de maior precisão de acompanhamento do alvo e efetua o controle e a solução do tiro
com o SA-ADA; o secundário – que utiliza sensores de menor precisão, com o controle e a
solução de tiro executados por sistema diferente do SA-ADA; o de emergência – que emprega
sensor e sistema de direção de tiro com capacidades inferiores aos do modo secundário; e o
local – onde o operador efetua os disparos diretamente da arma, com o emprego de sensores e
cálculo de tiro também locais. Cabe ressaltar que essas definições dos modos de controle
podem variar de acordo com as capacidades intrínsecas de cada equipamento do sistema de
combate empregados no engajamento.
A amplitude e profundidade desejada para a redundância têm influência direta na
configuração de todo o sistema de combate, pois afeta não apenas a arquitetura do SICONTA,
mas também as armas e sensores selecionados durante a fase dos Estudos de Exeqüibilidade
do navio de superfície.
26
“[...] a natureza dispersa da arquitetura dos sistemas distribuídos acarreta que o mau funcionamento de um
componente não significa uma falha completa do sistema, particularmente se a rede de dados é capaz de ‘auto
correção’. A reconfiguração dos componentes remanescentes, em um modo restaurado de operação do sistema,
pode habilitar o sistema para operar com apenas pequenas perdas da sua eficiência global; tal progressão é,
muitas vezes, conhecida como ‘degradação elegante’.” (tradução do autor desta monografia).
46
5
ANÁLISE DO DESEMPENHO DE UM SISTEMA DE COMBATE
A publicação EMA-420 (BRASIL, 2002, cap. 1, p. 4) estabelece que, durante a
fase de concepção do processo de obtenção, ou modernização de meios navais, “os EE
deverão conter [...] parâmetros de desempenho e outros, além dos subsídios para a
hierarquização das alternativas de configuração”. Assim, além de conceber configurações
para o sistema de combate que sejam exeqüíveis, é necessário que, ao final dos Estudos de
Exeqüibilidade, sejam apresentados os resultados das análises de desempenho e os parâmetros
utilizados para aferi-los. Em outras palavras, não basta selecionar as armas, os sensores e o
Sistema de Controle Tático e de Armas (SICONTA), utilizando-se a metodologia proposta
nos capítulos 3 e 4 desta monografia. Faz-se mister avaliar a capacidade do sistema de
combate para enfrentar as possíveis ameaças existentes nos cenários estabelecidos nos RANS.
Macfadzean (1992 a, p. 289-290) propõe que a simulação do engajamento é o
nível adequado para analisar o desempenho de um sistema de combate. Entendido como
sendo o encontro entre o navio e uma ameaça, o processo de engajamento envolve as funções
fundamentais do sistema, que devem ser executadas em uma moldura temporal, compatível
com a cinemática do ataque. Por outro lado, essa simulação permite que sejam analisadas
exclusivamente as funcionalidades sistêmicas em combate, sem tecer considerações sobre
valores militares do sistema, uma vez que esses já foram fixados nos requisitos e não devem
ser alterados pelas diversas modelagens elaboradas para descrever o sistema. Esses valores
são avaliados em um nível superior à simulação, ou seja, no nível da missão, onde são
executados vários engajamentos, ou ainda no nível operacional, composto de várias missões.
À semelhança do que foi discutido nos capítulos anteriores, a simulação do
engajamento é realizada com o auxílio de um modelo matemático que possibilita avaliar o
desempenho do sistema de combate, dentro de um cenário preestabelecido. No entanto, são
necessários mais de um modelo para descrever todas as fases do engajamento, alguns de
caráter determinístico, como o modelo de guiagem de um míssil em vôo; e outros
estocásticos, como o modelo de disparo de um canhão, abordado no item 3.4.1 desta
monografia.
Tanto a arquitetura distribuída como a centralizada permitem várias combinações
de armas, sensores e unidades do SICONTA, para efetuar o engajamento das diversas
ameaças que o navio é capaz de combater. Além disso, os sistemas podem operar em modos
degradados, como abordado no item 4.1.1. Desse modo, é necessário selecionar alguns casos
47
críticos de engajamento, de acordo com as tarefas especificadas para o navio nos RANS, a fim
de se obter um resultado representativo do desempenho do sistema de combate.
5.1
Simulação do Combate
Conforme apresentado na seção 2.2 desta monografia, as macrofunções de um
sistema de combate, que são executadas durante o enfrentamento de uma ameaça, consistem
da detecção, da designação do alvo para um dos sistemas de armas (Target Indication - TI) e
do engajamento. Na última fase dessa seqüência, o sistema seleciona a arma e o sensor, efetua
o disparo contra o alvo e avalia a destruição da ameaça.
Devido ao automatismo com que os sistemas de combate foram dotados após o
advento dos computadores digitais, o processo de engajamento tem sido definido como toda a
seqüência de tarefas desde a detecção até o disparo da arma (MACFADZEAN, 1992 a, 297314) e não apenas por aquelas executadas após a designação do alvo para o SA-ADA. Essa
classificação tornou-se especialmente adequada devido à necessidade de combater ameaças de
alta velocidade, como, por exemplo, os aviões armados com bombas e mísseis antinavio. Para
enfrentar tais ameaças os sistemas de combate têm incorporado funções denominadas TEWA,
conforme proposto por Frieden (1985, p. 100-101), que executam as etapas supracitadas de
detecção, designação de alvo e engajamento sem a intervenção dos operadores, conforme
abordado na seção 3.3 desta monografia. A tradição naval, no entanto, ainda utiliza a
nomenclatura “engajamento” para caracterizar as ações executadas após a designação do alvo
(TI) até o disparo e posterior avaliação da destruição da ameaça.
Para contornar essa diferença semântica, será empregado neste trabalho o termo
“combate” para denominar o processo compreendido desde a detecção até o disparo efetivo da
arma. Como se trata de uma abordagem de simulação do sistema de combate, o cálculo da
probabilidade de destruição do alvo e a avaliação da destruição da ameaça, visando a um
outro possível engajamento, constarão também como tarefas da seqüência de combate.
A Figura 9 ilustra a defesa de ponto de um navio de superfície contra uma ameaça
aérea, exemplificada por um avião armado com bomba. A seqüência de combate é
representada por etapas numeradas de (1) a (12), na qual é empregado um míssil antiaéreo
como arma durante o engajamento.
A simulação da seqüência inicia com a busca (1) de possíveis ameaças, que, no
exemplo da figura, pode aproximar-se em qualquer marcação, ou seja, nos 360 graus em torno
do navio. Para fins de simulação, o instante em que a ameaça atinge a distância máxima de
detecção (ver Figura 3) é usado como o marco de início da contagem do tempo de
48
aproximação do avião, que irá determinar a sua posição em cada etapa do combate. É
importante ressaltar que, caso a distância máxima de detecção seja pequena, o sistema de
combate pode ser incapaz de defender o navio.
(1) BUSCA
ST
(3) AQUISIÇÃO
(4) ACOMPANHAMENTO
(5) IDENTIFICAÇÃO
(6) DESIGNAÇÃO DO ALVO
SA-ADA
AM
(8) RASTRE
(2) D
ÇÃO
ETEC
ENTO
(7) DESIGNAÇÃO: ARMA / SENSOR
(9) SOLUÇÃO DE TIRO
(10) DISPARO
SEGUNDOTO
EN
ENGAJAM
CIWS
AMEAÇA
(12) ACIONAMENTO
DA ESPOLETA
DE PROXIMIDADE
(11) TRA
JETO
DA MUN
IÇÃO
Figura 9 - Processo de combate contra uma ameaça aérea. Fase de detecção: busca, detecção,
aquisição, acompanhamento e identificação. Fase de designação do alvo. Fase de
engajamento: designação da arma e sensor, rastreamento, solução de tiro, disparo,
trajeto da munição e acionamento da espoleta de proximidade (dados extraídos de
GATES, 1987, p. 24-28 e de MACFADZEAN, 1992 a, p. 298. Traduzido do
inglês pelo autor desta monografia).
Em seguida ocorre a detecção (2) da ameaça pelo radar de busca. Além do
diagrama de cobertura do radar ilustrado na Figura 3, é necessário estabelecer o valor mínimo
da probabilidade de aquisição a partir do qual será considerado o estabelecimento de um
contato válido, ou seja, da aquisição (3) do alvo. Esse evento envolve um número mínimo de
varreduras do radar (detecções) antes que ocorra a aquisição, pois o diagrama de cobertura do
radar é geralmente calculado para uma única varredura. Como cada detecção é independente,
a probabilidade de aquisição após 3 varreduras, por exemplo, é obtida por uma expressão
idêntica à do Pkillsalva apresentada no item 3.4.1 desta monografia, ou seja, P(N varreduras) = 1 (1 - P(1 varredura)) N, para N=3. Como exemplo, para 80% de probabilidade de detecção em 1
varredura, a probabilidade de aquisição, após 3 varreduras, será de 99,2%. Com relação ao
modelo do sistema de combate, é necessário avaliar que valores devem ser adotados para a
simulação, pois apesar da crescente probabilidade de aquisição obtida com o aumento do
49
número de varreduras, o tempo de reação diminui com o avanço progressivo do alvo a cada
varredura do radar. Sugere-se variar o número mínimo de varreduras do radar para verificar a
influência desse parâmetro no desempenho do sistema de combate durante a simulação.
Um aspecto que também dever ser considerado na análise, é que a detecção pode
ser feita através da alça optrônica. No entanto, é esperado que o tempo disponível para a
reação seja inferior, devido ao fato da distância máxima de detecção com esse sensor ser
menor; além do tempo despendido na busca ser geralmente maior do que o tempo gasto pelo
radar de vigilância.
As etapas de inicialização de um acompanhamento (4), identificação27 (5) e
designação do alvo (6), são modeladas em termos de tempo gasto para a execução de cada
uma delas, independentemente de serem executadas manualmente ou automaticamente pelo
ST. Esses tempos irão afetar a distância na qual o alvo será destruído e, conseqüentemente na
avaliação do desempenho do sistema durante o combate. O mesmo ocorre com a etapa de
designação da arma/sensor (7) que dará início ao engajamento do alvo pelo SA-ADA.
Durante o rastreamento (8), ou tracking, devem ser contabilizados os intervalos de
tempo necessários para a execução dos eventos manuais e/ou automáticos de operação do
sensor. Caso a ameaça esteja além do alcance eficaz de tracking, deve ser considerado
também o tempo gasto entre a designação da arma/sensor (7) e o instante em que o alvo atinge
a distância máxima de detecção do sensor, para as condições estabelecidas. Além de
contabilizar o tempo despendido durante o tracking, essa etapa introduz uma nova variável na
simulação do combate: a precisão do rastreamento. Esse é um dado que será utilizado para o
cálculo da miss-distance28 e, conseqüentemente, da probabilidade de destruição da ameaça,
caso o míssil empregado seja do tipo CLOS (item 3.4.2 desta monografia).
Na seqüência, o SA-ADA calcula a solução de tiro (9), em função dos dados
recebidos continuamente do sensor de rastreamento. No modelo matemático adotado para a
simulação do combate, o algoritmo usado na predição do ponto futuro do alvo deve ser
implementado de acordo com as características da arma empregada no engajamento. Para o
míssil antiaéreo, o algoritmo deve prever o número de disparos possíveis (salva) antes que a
aeronave atinja a distância mínima de segurança do navio, pois isso afetará o cálculo da
probabilidade de destruição do alvo. O ideal é que se utilize o mesmo algoritmo que estará
27
Nesse evento são avaliadas as características do acompanhamento iniciado no ST, para a classificação do
contato como uma ameaça, ou não. Para isso, são considerados: a atitude do contato, o movimento relativo ao
navio, as possíveis emissões de radar DT e a resposta do IFF (Identification Friend or Foe), dentre outros.
28
Distância de passagem míssil-alvo.
50
disponível no SA-ADA do sistema de combate. Uma vez obtida a solução de tiro, os valores
de incremento angular, em elevação e conteira, fornecerão a direção inicial para a simulação
do trajeto da munição. Caso se esteja engajando com um canhão, o erro de predição deve ser
calculado e adicionado aos demais erros inerentes a essa arma, conforme discutido no item
3.4.1 desta monografia29. Cabe ressaltar que a solução de tiro também inclui o erro de
paralaxe, relativo a diferença de posição entre a arma e o sensor no navio.
O disparo (10) encerra a simulação dos eventos que envolvem os sistemas
instalados a bordo. O tempo despendido para a solução de tiro, até o instante em que é
executado o disparo efetivo da arma, deve ser computado para o cálculo da posição do alvo no
início da etapa seguinte do combate, ou seja, do trajeto da munição.
Durante a simulação do trajeto da munição (11) devem ser utilizados modelos
específicos para cada tipo de munição, de modo a descrever o seu movimento de aproximação
do alvo com precisão. O tratamento matemático para o projetil de um canhão, por exemplo, é
consideravelmente diferente daquele empregado para um míssil, cuja trajetória é corrigida
pelo seu sistema de guiagem. Esse último é modelado por meio de uma função de
transferência, que reproduz a dinâmica do míssil em vôo, considerando a perda de velocidade
devido ao arraste do ar (GARNELL, 1977). Essa modelagem é a mesma adotada para o
cálculo das curvas da Figura 5. No entanto, o objetivo na simulação do combate é calcular a
distância de passagem do míssil em relação ao alvo.
Uma vez obtida a posição do míssil em relação ao alvo, no ponto de passagem
(miss-distance), é realizada a verificação para o acionamento da espoleta de proximidade (12),
que irá detonar a cabeça de combate do míssil, caso a distância de passagem seja menor que a
distância máxima de sensibilidade da espoleta de proximidade. Aplica-se então o modelo de
espalhamento dos fragmentos da cabeça de combate do míssil e calcula-se a probabilidade de
destruição do alvo – um evento estocástico devido ao espalhamento aleatório dos fragmentos
após a detonação.
Após a avaliação da destruição do alvo, o modelo poderá ainda incluir um
segundo engajamento, a ser realizado com a mesma arma, ou com outra mais apropriada ao
engajamento a distâncias mais próximas do navio, como o CIWS ilustrado na Figura 9, ou
outro canhão de baixo calibre. Para que o segundo engajamento seja executado a tempo de
29
Caso se esteja engajando com um canhão, deve-se adotar o fogo barragem, empregando preferencialmente a
cadência máxima de tiro e munição com espoleta de proximidade. Isso deverá ser levado em consideração no
cálculo da probabilidade de destruição da ameaça.
51
defender o navio, é indispensável que o SA-ADA seja capaz de processar as duas soluções de
tiro simultaneamente.
É importante notar que todas as funcionalidades assumidas como disponíveis no
sistema de combate, durante a construção do modelo de simulação, devem constar da
especificação de contrato do sistema, ou mesmo serem propostas para inclusão nos requisitos
do sistema contidos nos RANS.
5.2
Medida de Desempenho
O objetivo de se empregar um modelo matemático para analisar o comportamento
do sistema de combate e aferir o seu desempenho em um engajamento simulado é eliminar
erros ocorridos durante a configuração do sistema que só poderiam ser detectados, em via de
regra, na fase de avaliação operacional do navio.
Ao se estabelecer os requisitos de um navio, tem-se em mente a execução de
tarefas que deverão ser desempenhadas em cenários reais de operação. Pois, nas fases que se
sucedem até o comissionamento, não haverá oportunidade de se realizar ensaios reais de
funcionamento dos sistemas, para que sejam efetuadas verificações intermediárias. Assim, é
indispensável que uma medida de desempenho seja empregada, de modo a permitir alterações
nos requisitos antes mesmo do início da fase de detalhamento do projeto do navio.
Uma medida que pode ser utilizada para esse fim é a própria probabilidade de
destruição das ameaças, apresentada na seção 5.1 desta monografia. Essa medida deve ser
calculada por meio de simulações de combate contra ameaças críticas, selecionadas com base
nos RANS, para as diversas configurações do sistema de combate.
O resultado dessas simulações, no entanto, tem de ser sucedidos de uma análise
crítica, pois a destruição de uma ameaça deve ocorrer antes da distância mínima de segurança,
a partir da qual a vulnerabilidade do navio torna-se muito elevada. Isso pode minimizar, ou
até inutilizar, o efeito de destruição do alvo, pois o ataque pode ter desdobramentos com o
armamento embarcado na própria ameaça, ou com o arremesso de estilhaços provenientes do
alvo sobre o navio, por trajetória balística.
52
6
CONCLUSÃO
O processo de obtenção e modernização de navios na MB segue a seqüência
estruturada pela publicação EMA-420 (BRASIL, 2002), a qual se inicia após a elaboração dos
Requisitos de Estado-Maior (REM). Com base nesse documento, são elaborados Requisitos
de Alto Nível de Sistemas (RANS) que servem de referência para a execução das diversas
fases do projeto que se sucedem. A primeira fase consiste na elaboração dos Estudos de
Exeqüibilidade (EE), cujo objetivo é propor configurações que atendam às funcionalidades
estabelecidas para o navio através dos RANS. Os resultados dos EE são utilizados para
validar os requisitos, ou subsidiar alterações visando torná-los exeqüíveis. Por isso, é
indispensável que sejam utilizados modelos matemáticos para simular a operação dos
sistemas na execução das suas tarefas, especialmente no combate às ameaças previstas para os
cenários onde o navio irá operar.
No caso específico dos navios de superfície, pode-se dividir o projeto em dois
grupos distintos, mas que devem ser executados de forma conjunta: o da plataforma e o do
sistema de combate. O primeiro já foi incorporado, de forma estável, à capacidade de
construção militar naval brasileira. O segundo, no entanto, é de prática mais recente, de modo
que seus procedimentos ainda não são de domínio corrente entre o pessoal técnico da MB. O
primeiro empreendimento que empregou procedimentos de modelagem matemática e
simulações, para avaliar o desempenho do sistema de combate, foi o projeto Modfrag.
Procedimentos semelhantes foram utilizados durante a execução do projeto do Navio-Patrulha
Oceânico, porém em escala menor, pois a configuração das armas e sensores era mais simples
do que a existente no sistema de combate do projeto Modfrag.
Esse descompasso entre o domínio da tecnologia de projeto da plataforma e do
sistema de combate pode ser justificado pelo emprego, relativamente novo, de armamento
antiaéreo de alta performance nos navios. Enquanto as tecnologias de construção naval são de
domínio da Marinha desde o período colonial brasileiro (BARBOZA, 2005 b), o uso de
mísseis antiaéreo só foi introduzido na MB a partir da década de 70, com a aquisição das
Fragatas Classe “NITERÓI”. O mesmo pode se dizer a respeito do emprego de sistemas de
combate baseados em Sistemas Digitais Operativos. Essa foi a principal motivação para
elaborar o presente trabalho, no qual é proposta uma metodologia de configuração dos
sistemas de combate, a ser empregada durante o processo de obtenção e modernização de
navios de superfície, mais especificamente na condução dos EE.
53
A metodologia proposta divide-se em três fases concatenadas. Inicia-se com a
seleção das armas e sensores por meio da simulação do desempenho de cada um desses
equipamentos individualmente, ou seja, operando stand-alone. Esse procedimento é
construído sobre modelos matemáticos das armas e sensores associados a análises qualitativas
das suas características técnicas.
Na segunda fase, são estudadas as características das arquiteturas adotadas para o
Sistema de Controle Tático e de Armas (SICONTA) que, uma vez integrado às armas e aos
sensores, constituirá a configuração do sistema de combate do navio. O procedimento ressalta
a necessidade de se verificar a capacidade do sistema para executar as funções essenciais e
auxiliares de combate, em condição de máxima carga de operação, por meio da elaboração de
um modelo funcional. Além disso, as interfaces entre o SICONTA e as armas e sensores
também devem ser verificadas através da realização de testes simulados, ou por meio da
condução de testes reais executados durante a aceitação dos equipamentos em fábrica.
Ao final da conclusão das duas primeiras fases, são obtidas configurações
possíveis para o sistema de combate, teoricamente capazes de atender aos requisitos
estabelecidos nos RANS. Entretanto, ainda faz-se mister verificar o desempenho das armas e
sensores, integrados ao SICONTA, durante o combate às ameaças previstas para os cenários
de operação do navio. Isso é realizado na última fase da metodologia proposta, com a
simulação das várias etapas do engajamento contra um alvo aéreo, dentro de uma moldura
temporal. Desse modo, é possível obter uma medida de desempenho para o sistema, expressa
em termos de probabilidade de destruição de uma ameaça, a qual é selecionada por ser crítica
em termos da rapidez de resposta exigida.
A metodologia proposta nesta monografia tem como objetivo principal antecipar
problemas e deficiências ainda na fase de projeto do sistema de combate, que, a princípio, só
são identificadas durante a fase de avaliação operacional do navio. É esperado que os
procedimentos aqui descritos venham a contribuir não apenas para aumentar a qualidade dos
sistemas de combate dos navios de superfície, mas também para minimizar os desvios entre as
capacidades efetivas do sistema e os seus requisitos, estabelecidos no início da execução do
projeto. Nesse sentido, este trabalho contribui com a economia de recursos despendidos nos
projetos de obtenção e modernização, pois permite compatibilizar a capacidade do sistema de
combate com as ameaças esperadas durante o cumprimento da missão do navio.
54
REFERÊNCIAS
A11, NAeL Minas Gerais - Navios de Guerra Brasileiros, Classe Colossus. Disponível em
http://www.naviosdeguerrabrasileiros.hpg.ig.com.br/M/M065/M065.htm. Acesso em 10-mar2007.
A12, NAe São Paulo - Navios de Guerra Brasileiros, Classe Clemenceau. Disponível em
http://www.naviosdeguerrabrasileiros.hpg.ig.com.br/S/S032/S032.htm. Acesso em 10-mar2007.
ALLWORTH, S. T. Introduction to Real-Time Software Design. New York: Springer-Verlag
New York Inc., 1981.
ANDREWS, D. F. A comprehensive methodology for the design of ships (and other complex
systems). The Royal Society – Proceedings: Mathematical, Phisical & Engineering Sciences.
Great Britain, p.187-211, 1998.
ARTHOU, Contra-Almirante (EN) Alan Paes Leme. O Futuro do Projeto e da Construção de
Navios de Guerra no País. 1997. 53 f. Monografia (Curso de Política e Estratégia Marítimas)
– Escola de Guerra Naval, Rio de Janeiro, 1997.
BARBOZA, Contra-Almirante (EN-RM1) Tiudorico Leite. O atual cenário da construção
naval civil e militar no mundo, incluindo o subcenário brasileiro. Revista Marítima Brasileira,
Rio de Janeiro, v.124, n.01/03, p.67-96, jan./mar. 2004.
BARBOZA, Contra-Almirante (EN-RM1) Tiudorico Leite. Da Inhaúma a Barroso – um
processo marcante na história do projeto e da construção naval-militar no país. Revista
Marítima Brasileira, Rio de Janeiro, v.125, n.01/03, p. 25-39, jan./mar. 2005 a.
BARBOZA, Contra-Almirante (EN-RM1) Tiudorico Leite. Ciência, Tecnologia e Inovação
na Marinha do Brasil: Origem e Evolução; Crítica e Proposta de Reformulação. Revista
Marítima Brasileira, Rio de Janeiro, v.125, n.10/12, p. 59-80, out./dez. 2005 b.
BAKER, Lionel. Combat System Design Developments. Journal of Naval Engineering. U.K.,
v. 32(3), p. 458-515, 1990.
BLANCHARD, B. S. and Fabrycky, W. J. Systems Engineering Analysis. 3rd edition. Upper
Saddle River, New Jersey: Prentice Hall, 1998.
BRANDÃO, Capitão-de-Mar-e-Guerra (RM1) João Paulo Moreira. Avaliação de Dados em
Combates Navais e Aeronavais. Especificação do Módulo de Avaliação de Danos (MAD) do
Sistema Simulador de Guerra Naval (SSGN) do Centro de Jogos da Escola de Guerra Naval,
Rio de Janeiro, revisada em 2007.
BRASIL. Estado-Maior da Armada. EMA-420 – Normas para Logística de Material. 2a
revisão. Brasília, 2002.
CARNEIRO, M. R. V. Modfrag, uma Atualização. Segurança & Defesa. Disponível em
http://www.segurancaedefesa.com/ModFrag_update.htm. Acesso em 14-abr-2007.
55
CASSANO, E. et al. Combat system design project. 1994. 49 f. Project (System Engineering
Management Course) - Royal Naval Engineering College, Manadon, Plymouth, 1994.
DENAIS, General Paul. Garantia da Qualidade dos Produtos de Defesa. Rio de Janeiro: III
Simpósio Internacional de Logística Militar do Ministério da Defesa, realizado durante a
Latin América Aero & Defence 07 (LAAD 2007). Palestra proferida em 20 de abril de 2007.
DRDO. Defence Research Development Organization, Govt. of India, Ministry of Defence.
Disponível em http://www.drdo.org/. Acesso em 22-mai.-2007.
DURHAM, A. Método Monte Carlo. Enunciado de Exercício-programa (Curso “Introdução à
Computação para Ciências Exatas e Tecnologia”) – Departamento de Ciência da Computação,
do Instituto de Matemática e Estatística (IME), da Universidade de São Paulo (USP), São
Paulo, primeiro semestre de 2004. Disponível em http://www.ime.usp.br/~durham/cursos/
mac115/pub/eps/ep2/. Acesso em 05-mai.-2007.
ÉBOLI, E. ‘É Preciso Reaparelhar a Marinha Brasileira’. O Globo. Rio de Janeiro, 2 de abril
de 2007. O País, p. 3.
F40, F Niterói - Navios de Guerra Brasileiros, Classe Niterói Mk 10. Disponível em http://
www.naviosdeguerrabrasileiros.hpg.ig.com.br/N/N009/N009.htm. Acesso em 10-mar-2007.
F41, F Defensora - Navios de Guerra Brasileiros, Classe Niterói Mk 10. Disponível em
http:// www.naviosdeguerrabrasileiros.hpg.ig.com.br/D/D003/D003.htm. Acesso em 10-mar2007.
F42, F Constituição - Navios de Guerra Brasileiros, Classe Niterói Mk 10. Disponível em
http://www.naviosdeguerrabrasileiros.hpg.ig.com.br/C/C101/C101.htm. Acesso em 10-mar2007.
F43, F Liberal - Navios de Guerra Brasileiros, Classe Niterói Mk 10. Disponível em http://
www. naviosdeguerrabrasileiros.hpg.ig.com.br/L/L026/L026.htm. Acesso em 10-mar-2007.
F44, F Independência - Navios de Guerra Brasileiros, Classe Niterói Mk 10. Disponível em
http://www.naviosdeguerrabrasileiros.hpg.ig.com.br/I/I027/I027.htm. Acesso em 10-mar2007.
F45, F União - Navios de Guerra Brasileiros, Classe Niterói Mk 10. Disponível em http://
www. naviosdeguerrabrasileiros.hpg.ig.com.br/U/U010/U010.htm. Acesso em 10-mar-2007.
FARRAR, C. L. and Leeming, D. W. Military Ballistics – a basic manual. Oxford: Brassey’s
Publishers Limited, 1983.
FRIEDEN, D. R. Principles of naval Weapons Systems. Annapolis, Maryland: Naval Institute
Press, 1985.
GALANTE, A. As Corvetas Classe Inhaúma. Disponível em http://www.naval.com.br/biblio/
inhauma/dossie05.htm. Acesso em 13-abr-2007.
56
GARNELL, P. e East, D. J. Guided Weapon Control Systems. Oxford: Pergamon Press, 1977.
GATES, P. J. Surface Warships – an Introduction to Design Principles. Brassey´s Sea Power:
Naval Vessels, Weapons Systems and Technology Series, v. 4. London: Brassey´s Defence
Publishers, 1987.
JAIN, R. FDDI Handbook: High-Speed Networking with Fiber and Other Media. Reading,
MA: Addison-Wesley, April 1994. Disponível em http://www.cse.wustl.edu/~jain/books/
fddi.htm. Acesso em 23-mai.-2007.
MACFADZEAN, R. H. M. Surface-Based Air Defense System Analysis. Norwood, MA:
Artech House, 1992 a.
MACFADZEAN, R. H. M. Surface-Based Air Defense System Analysis: Software and User’s
Guide. Norwood, MA: Artech House, 1992 b.
MEYER, P. L. Probabilidade: Aplicações à Estatística. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e
Científicos Editora LTDA, 1978.
MARRIOTT, L. Modern Combat Ships 4 – Type 22. London: Ian Allan LTD, 1986.
RUSSIA Naval Guns. Disponível em http://home19.inet.tele.dk/airwing/ships/sea-guns.htm.
Acesso em 24-jul-2007.
NAVIO PATRULHA OCEÂNICO. Empresa Gerencial de Projetos Navais (EMGEPRON).
Disponível em http://www.emgepron.mar.mil.br/napaoc.htm. Acesso em 13-abr-2007.
PAKENHAM, Captain W. T. T. Naval Command and Control. Brassey´s Sea Power: Naval
Vessels, Weapons Systems and Technology Series, v. 8. London: Brassey´s Defence
Publishers, 1989.
REBELLO, Capitão-de-Mar-e-Guerra (EN) Marcio de Luca. Introdução ao Controle de
Sistemas Lineares. Rio de Janeiro: Curso de Bacharelado em Engenharia Mecânica da
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, 1983. Notas de aula.
REBELLO, Capitão-de-Mar-e-Guerra (EN) Marcio de Luca. Análise do Controle de Sistemas
Lineares. Rio de Janeiro: Curso de Bacharelado em Engenharia Mecânica da Pontifícia
Universidade Católica do Rio de Janeiro, ministrado na Diretoria de Engenharia Naval da
Marinha, 1985. Notas de aula.
RODGERS, A. L. et al. Surveillance and Target Acquisition Systems. Brassey’s Battlefield
Weapons Systems and Technology Series, v. VII. Oxford: Brassey’s Defence Publishers,
1983.
SENNA, Capitão-Tenente Cláudio José D’Alberto. Dificuldades e Soluções para os Navios
do século XXI. Revista Marítima Brasileira, Rio de Janeiro, v.118, n. 10/12, p. 199-204,
out./dez. 1998.
USA. Department of the Navy. NAVSHIPS 0900-039-9010 – Ship Work Breakdown Structure
(SWBS). Washington, D.C., 1973.
57
V30, Cv Inhaúma - Navios de Guerra Brasileiros, Classe Inhaúma. Disponível em http://
www.naviosdeguerrabrasileiros.hpg.ig.com.br/I/I035/I035.htm. Acesso em 10-mar-2007.
V31, Cv Jaceguai - Navios de Guerra Brasileiros, Classe Inhaúma. Disponível em http://
www.naviosdeguerrabrasileiros.hpg.ig.com.br/J/J004/J004.htm. Acesso em 10-mar-2007.
V32, Cv Júlio de Noronha - Navios de Guerra Brasileiros, Classe Inhaúma. Disponível em
http://www.naviosdeguerrabrasileiros.hpg.ig.com.br/J/J042/J042.htm. Acesso em 10-mar2007.
V33, Cv Frontin - Navios de Guerra Brasileiros, Classe Inhaúma. Disponível em http://
www.naviosdeguerrabrasileiros.hpg.ig.com.br/F/F028/F028.htm. Acesso em 10-mar-2007.
V34, Cv Barroso - Navios de Guerra Brasileiros, Classe Barroso. Disponível em http://www.
naviosdeguerrabrasileiros.hpg.ig.com.br/B/B021/B021.htm. Acesso em 10-mar-2007.
YU, A. Introduction to Networking. Disponível em http://www.creative-wisdom.com/
teaching/network/network.html. Acesso em 23-mai.-2007.
ZIMM, Commander Alan D., U.S. Navy. Human-Centric Warfare (Winner of the Arleigh
Burke Essay Contest). The U.S. Naval Institute Proceedings, Annapolis, MD, v. 125/5/1,155,
p. 28-31, may 1999.