Estudo do modelo Lanchester de combate aéreo com o efeito da probabilidade de acerto de armas dependentes do alcance

Este estudo explora o modelo Lanchester de combate aéreo, incorporando os efeitos da probabilidade de acerto de armas dependente do alcance. Ele destaca que a eficácia das armas varia conforme a distância ao alvo, influenciando significativamente os resultados dos combates simulados.

Pattanasagulloy e Luangwilai desenvolveram um modelo baseado nas equações de Lanchester, que considera a eficácia das forças aéreas em combate. Esse modelo avalia a interação entre forças opostas, integrando parâmetros como capacidades de armamento e sistemas de comunicação. Com isso, o modelo proporciona uma ferramenta robusta para a simulação de cenários de guerra aérea, permitindo ajustes estratégicos em tempo real para maximizar a eficiência operacional das forças envolvidas.

Atualmente, os modelos de simulação e análise de conflitos armados têm ganhado importância crescente para apoiar decisões estratégicas em operações militares. Esses modelos ajudam a prever resultados e avaliar impactos com maior precisão.

O estudo começa com o modelo Lanchester e, em seguida, o modelo é modificado e ampliado para capturar o comportamento genérico da guerra aérea moderna. As equações governantes são as mudanças nas forças relativas de duas forças. Combate ar-ar, sensores e sistema de consciência situacional, sistema de defesa de aeronaves, capacidade de sobrevivência de aeronaves e deterioração de aeronaves estão todos incluídos no modelo.

Os efeitos das armas dependentes do alcance e as suas probabilidades de acerto também são investigados e estudados. Em seguida, o estudo de caso é analisado e discutido. Como resultado, o fornece uma compreensão perspicaz da guerra aérea moderna, o que beneficiará a Força Aérea Real Tailandesa (RTAF). Consequentemente, o modelo pode ser usado para futuros estudos de guerra aérea e planejamento de missões aéreas.

Introdução

Atualmente, modelos de simulação e análise de combate aéreo são de extrema importância para permitir uma tomada de decisão rápida e precisa no campo de batalha, avaliando efetivamente os resultados potenciais das operações. A análise envolve principalmente a capacidade de decisão dos combatentes, o que depende da disponibilidade e uso dos dados. A importância crescente do ambiente digital torna essencial o uso de simulações para melhorar a precisão das decisões. Diversos estudos focaram na aplicação de modelos de combate para suporte à tomada de decisões. A.M. Novikov propôs um modelo de combate aéreo que considera as capacidades de decisão dos combatentes com base na análise da troca de informações e da influência da guerra eletrônica no campo de batalha.

Modelos de Simulação Matemática

S. Pattanasaquoloy e T. Luangwilai aprimoraram os modelos de Lanchester para a guerra aérea moderna, integrando novos fatores como a capacidade de resposta e a eficiência dos sistemas de comunicação. Eles detalharam o desenvolvimento e os processos de simulação, que consideram a redução da eficácia dos combatentes devido a ações de guerra eletrônica. A análise incluiu os seguintes fatores:

• Fatores de Combate Aéreo
  • Capacidade de engajamento dos caças.
  • Capacidade dos caças em realizar manobras evasivas.
  • Capacidade de reconhecimento e aquisição de alvos.
  • Taxa de perda após a ação dos sistemas defensivos.
  • Eficácia da guerra eletrônica.

Esses fatores foram utilizados para simular diversos cenários de combate e determinar as estratégias mais eficazes.

Considerações sobre Alcance de Armas

A análise do alcance das armas mostrou que o aumento do alcance dos mísseis é um fator crítico para o sucesso no combate aéreo moderno. Estudos mostraram que mísseis de longo alcance proporcionam uma vantagem significativa ao permitir que os caças engajem alvos a distâncias seguras, minimizando o risco de contra-ataque. Essa análise reforça a importância de desenvolver e integrar mísseis de longo alcance nas frotas aéreas para melhorar a eficácia no campo de batalha.

Considerações sobre o alcance de armas no combate ar-ar

O documento analisa a eficácia e os fatores que influenciam o sucesso dos combates ar-ar, usando a metodologia das equações de Lanchester. Ele destaca como a distância entre as aeronaves e o alvo influencia a probabilidade de sucesso no lançamento de mísseis. Fatores como a eficácia das contramedidas (chaff e flare) e a tecnologia de radar também são considerados críticos. A análise inclui gráficos de probabilidade de abate em função da distância, enfatizando que a proximidade é um fator chave para aumentar a eficácia das armas e o sucesso da missão.

Figura 1 (acima): Exemplo de comportamento de redução da probabilidade de acerto de mísseis direcionados para alvos próximos e distantes. A linha vermelha representa os mísseis de curto alcance e a linha azul representa os mísseis de médio alcance.

A Figura 2 (acima) mostra o número de forças de ambos os lados que diminuem ao longo do tempo (solução do perfil de tempo) no exemplo, conforme obtido da análise de duas equações diferenciais acopladas (1) e (2), juntamente com os parâmetros de ambos os lados. Os resultados obtidos são mostrados na Figura 2 para comparação. No exemplo, ambos os lados começam com 100 unidades de aeronaves. Cada lado começa a combater quando estão a uma distância de 40 quilômetros. A Figura 2 mostra que ambos os lados entram em combate ferozmente, com ambos os lados perdendo unidades quase que igualmente, mas com uma ligeira vantagem para as forças azuis devido aos parâmetros e características superiores. No entanto, como mencionado em estudos anteriores, isso proporciona uma vantagem significativa em combate, permitindo que as forças azuis consigam eliminar todas as unidades inimigas restantes, enquanto as forças azuis ainda mantêm 68 unidades ao final do combate.

Devido ao comportamento moderno das operações aéreas, utilizando mísseis de longo alcance, a distância de combate entre as forças se tornou um fator crítico na determinação do sucesso. Estudos de S.H. Denney [22], Steigers [23], G.A. Rao e S.P. Mahulikar [24] descreveram detalhadamente a relação entre a capacidade de interceptação de mísseis e a probabilidade de acerto. A eficácia dos mísseis aumenta significativamente com a proximidade, mas diminui conforme a distância aumenta, destacando a importância da precisão e da eficiência dos sistemas de defesa aérea.

A Figura 3 (acima) mostra a trajetória comparativa da taxa de diminuição das forças azuis e vermelhas em combate (solução do plano de fase), conforme obtido da análise das duas equações diferenciais acopladas (1) e (2).

Comparação das forças de ambos os lados a partir do gráfico mostra que as forças azuis têm uma vantagem considerável sobre as forças vermelhas. Isso faz com que, em um cenário onde as forças azuis tenham menos unidades, elas ainda consigam derrotar as forças vermelhas. Por exemplo, se as forças vermelhas começarem com 100 unidades e as azuis com apenas 80 unidades, ao final do combate, as forças vermelhas terão apenas 50 unidades restantes. No caso das forças azuis começarem com 50 unidades, restarão 24 unidades, e se começarem com 30 unidades, restarão 8 unidades.

A Figura 4 mostra a quantidade de forças de ambos os lados que diminui em cada intervalo de tempo (solução do perfil de tempo). No caso em que ambas as forças começam e combatem a uma distância de 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 e 90 quilômetros. As forças azuis têm uma vantagem e podem vencer todas as forças vermelhas. A 30 e 40 quilômetros, as forças azuis podem derrotar todas as forças vermelhas de 100 unidades, sobrando ao final 68 unidades. A maior distância de combate é de 90 quilômetros. Ambas as forças começam o combate, fazendo com que a força azul tenha uma desvantagem. Ao final, restam aproximadamente 650 unidades de tempo e apenas 3 unidades da força azul.

Na Figura 5 (acima), o tempo utilizado para concluir a batalha quando todas as forças vermelhas são eliminadas é mostrado. De acordo com essa figura, se a batalha ocorre quando as forças de ambos os lados estão separadas por menos de 50 quilômetros, ela pode ser concluída rapidamente dentro de 100 unidades de tempo. No entanto, se a distância aumentar, a batalha se prolongará porque a probabilidade de acertar o alvo de cada lado diminuirá significativamente.

A Figura 6 (acima) mostra o número das forças restantes do lado azul após a conclusão da batalha. Ambas as forças começam com 100 aviões cada. Devido à superioridade do armamento das forças azuis, elas conseguem eliminar todas as forças vermelhas, restando uma força significativa do lado azul. A Figura 6 indica que quando a batalha ocorre entre 30 e 40 quilômetros, as forças azuis têm a maior vantagem. Isso ocorre porque, nessa faixa, a taxa de acerto das armas azuis é bastante alta. No entanto, em distâncias maiores, a eficiência do armamento diminui, resultando em uma maior perda de unidades azuis. Este cenário mostra a importância da proximidade na eficácia do combate aéreo. Se as forças se enfrentarem a menos de 30 quilômetros, a vantagem das forças azuis é máxima, enquanto distâncias maiores tendem a equalizar as perdas de ambos os lados.

Devido a este cenário de combate, as forças azuis têm uma clara vantagem sobre as forças vermelhas. Isso permite que as forças azuis consigam vencer em todas as situações.

Na Figura 7 (acima) é mostrado o número mínimo de forças vermelhas que podem ser derrotadas pelas forças azuis, considerando que ambas começam com 100 unidades. A quantidade de forças azuis restantes varia conforme a distância do combate. Por exemplo, se o combate ocorrer em distâncias menores, a vantagem das forças azuis será mais significativa.

Conclusão

Esta pesquisa é um desenvolvimento de um modelo matemático para prever os efeitos das capacidades de guerra aérea em conflitos modernos, baseado no modelo de Lanchester. No entanto, para aumentar a precisão das previsões, foram adicionadas muitas variáveis importantes relacionadas às capacidades de combate aéreo, como a capacidade de combate de aeronaves, a capacidade de destruição de mísseis ar-ar, a capacidade de recepção de informações de alvos, a capacidade de autodefesa contra mísseis inimigos e a resistência ao desgaste devido a combates prolongados.

Os resultados desta pesquisa indicam que o modelo desenvolvido é eficaz na análise das diversas capacidades de combate aéreo. A análise de sensibilidade dos parâmetros do modelo mostrou que é necessário um estudo detalhado de cada variável para aumentar a precisão das previsões.

Esta pesquisa reforça a importância de considerar múltiplos fatores no desenvolvimento de modelos de combate aéreo para obter previsões mais precisas e confiáveis. O estudo também destaca a necessidade de análises contínuas e atualizações dos modelos para se adaptar às mudanças nas táticas e tecnologias de guerra aérea.

Com isso, espera-se que os resultados desta pesquisa contribuam significativamente para a estratégia e planejamento das operações de combate aéreo em conflitos futuros.

FONTE: Defence Technology Academic Journal, Volume 4 Número 10 / Julho – Dezembro 2022

SAIBA MAIS:

SIMULAÇÃO: Caças de 5ª Geração versus 4ª Geração