Sistema de guiamento por infravermelho

thumb|300px|Um míssil ar-ar com guiamento por infravermelho IRIS-T moderno da Força Aérea Alemã. thumb|Movimento da cabeça de busca do IRIS-T.

O guiamento por infravermelho (em inglês: infrared homing) é um sistema passivo de guiamento de armas que utiliza a emissão de luz infravermelha (IR) de um alvo para rastreá-lo e segui-lo continuamente. Os mísseis que utilizam a busca por infravermelho são frequentemente chamados de heatseekers ("buscadores de calor"), uma vez que o infravermelho é irradiado fortemente por corpos aquecidos. Muitos objetos, como pessoas, motores de veículos e aeronaves, geram e emitem calor, tornando-se especialmente visíveis nos comprimentos de onda do infravermelho em comparação com os objetos em segundo plano.

Os sensores infravermelhos são dispositivos passivos que, ao contrário do radar, não emitem sinais que indiquem que estão rastreando um alvo. Isso os torna adequados para ataques furtivos durante combates visuais ou a distâncias mais longas quando associados a um sistema FLIR (infravermelho de visão frontal) ou equipamentos equivalentes de designação de alvos. Os mísseis teleguiados por calor são extremamente eficazes: 90% de todas as perdas em combate aéreo dos Estados Unidos entre 1984 e 2009 foram provocadas por mísseis guiados por infravermelho. No entanto, estão sujeitos a uma série de contramedidas simples, mais notavelmente o lançamento de flares atrás do alvo para gerar fontes falsas de calor. Esse método funciona apenas se o piloto estiver ciente da aproximação do míssil e acionar as contramedidas a tempo. A sofisticação das cabeças de busca modernas tornou essas contramedidas cada vez menos eficazes.

Os primeiros dispositivos de IR foram experimentados na Alemanha, nos Estados Unidos e no Japão durante a Segunda Guerra Mundial. Durante o conflito, engenheiros alemães trabalharam em mísseis teleguiados por calor e espoletas de proximidade, mas não tiveram tempo de concluir o desenvolvimento antes do término da guerra. Na mesma época, a bomba guiada VB-6 Felix foi desenvolvida nos Estados Unidos, mas não chegou a ser empregada em combate. A bomba guiada por infravermelho concebida no Japão no mesmo período é conhecida como "Ke-Go", projeto que também não atingiu a fase de aplicação prática. Projetos verdadeiramente funcionais só se tornaram possíveis com a introdução da varredura cônica e a miniaturização de válvulas termoiônicas durante a guerra. Os sistemas antiaéreos por IR começaram a ser desenvolvidos para valer no final da década de 1940, mas a eletrônica e todo o campo dos foguetes eram tão recentes que exigiram considerável pesquisa antes que os primeiros exemplares entrassem em serviço em meados dos anos 1950. Os primeiros modelos apresentavam limitações significativas e obtiveram taxas de sucesso muito baixas em combate durante a década de 1960. Uma nova geração desenvolvida nas décadas de 1970 e 1980 deu grandes saltos e aumentou significativamente a sua letalidade. Os modelos mais recentes, a partir dos anos 1990, têm a capacidade de atacar alvos fora de seu campo de visão (FOV), inclusive atrás da aeronave lançadora, e até mesmo de discriminar veículos no solo.

Os sensores infravermelhos também servem de base para muitas armas com comando semiautomático em linha de visada (SACLOS). Nesse uso, o sensor é montado em uma plataforma móvel no lançador e o operador a mantém apontada na direção geral do alvo manualmente, muitas vezes usando um telescópio óptico. O sensor não rastreia o alvo, mas sim o próprio míssil, muitas vezes auxiliado por sinalizadores na cauda do projétil para fornecer um sinal limpo. Os comandos de correção são gerados e enviados ao míssil por meio de fios finos ou sinais de rádio, guiando o projétil para o centro da mira do operador. Sistemas SACLOS desse tipo têm sido amplamente utilizados tanto em mísseis antitanque quanto em mísseis superfície-ar.

O conjunto de sensores infravermelhos localizado na extremidade frontal de um míssil teleguiado por calor é conhecido como cabeça de busca (seeker head). O código de brevidade da OTAN para o lançamento de um míssil ar-ar guiado por infravermelho é Fox Two.

História Primeiras pesquisas thumb|left|A mira noturna Vampir utilizava um fotomultiplicador como sistema de visualização e era iluminada por uma lâmpada infravermelha montada sobre a mira.

A capacidade de certas substâncias de emitir elétrons quando atingidas por luz infravermelha foi descoberta pelo polímata indiano Jagadish Chandra Bose em 1901, que observou o efeito na galena (conhecida hoje como sulfeto de chumbo, PbS). O efeito teve pouca aplicação prática na época e ele deixou sua patente de 1904 expirar. Em 1917, Theodore Case, como parte de seus trabalhos no desenvolvimento do sistema de som cinematográfico Movietone, descobriu que uma mistura de tálio e enxofre era muito mais sensível, mas apresentava grande instabilidade elétrica e demonstrou pouca utilidade como detector prático. O composto foi utilizado por algum tempo pela Marinha dos Estados Unidos como um sistema de comunicação óptica sigilosa.

Em 1930, a introdução do tubo fotomultiplicador de Ag–O–Cs (prata–oxigênio–césio) forneceu a primeira solução prática para a detecção de IR, combinando-o com uma camada de galena como fotocátodo. Ao amplificar o sinal emitido pela galena, o fotomultiplicador produzia uma saída útil que podia ser usada para detectar objetos quentes a longas distâncias. Isso estimulou pesquisas em vários países, principalmente na Grã-Bretanha e na Alemanha, onde a tecnologia era vista como uma solução potencial para a detecção de bombardeiros noturnos.

Na Grã-Bretanha, a pesquisa estagnou; a equipe principal dos Laboratórios Cavendish manifestou o desejo de se dedicar a outros projetos, especialmente após ficar claro que o radar seria uma solução superior. Frederick Lindemann, conselheiro próximo de Winston Churchill no Comitê Tizard, permaneceu apegado ao infravermelho e passou a obstruir o trabalho do comitê, que pressionava pelo avanço do radar. O comitê acabou sendo dissolvido e recomposto sem Lindemann, cuja vaga foi ocupada pelo especialista em rádio Edward Victor Appleton.

Na Alemanha, as pesquisas sobre radar não receberam o mesmo nível de prioridade que na Grã-Bretanha e competiram com o desenvolvimento de sistemas infravermelhos ao longo da década de 1930. As pesquisas em IR foram lideradas principalmente por Edgar Kutzscher na Universidade de Berlim, em cooperação com a AEG. Em 1940, desenvolveram o dispositivo , composto por um fotomultiplicador detector posicionado em frente ao piloto e um potente holofote equipado com filtro para restringir a emissão à faixa infravermelha. O sistema fornecia luz suficiente para identificar o alvo a curta distância e foi instalado em um número reduzido de caças noturnos Messerschmitt Bf 110 e Dornier Do 17. O arranjo provou-se de pouca utilidade prática, pois os pilotos reclamavam que os alvos só se tornavam visíveis a , distância na qual já poderiam ser vistos a olho nu. Apenas 15 unidades foram produzidas, sendo desinstaladas à medida que os radares aerotransportados alemães evoluíram em 1942.

A AEG trabalhou em sistemas similares para emprego em blindados, desenvolvendo diversos modelos ao longo da guerra; uma produção limitada do visor FG 1250 foi iniciada em 1943. Esses esforços culminaram na mira para fuzil Zielgerät 1229 Vampir, utilizada em conjunto com o fuzil de assalto StG 44 para tiro noturno.

Sensores alemães thumb|right|O sensor Madrid estava em desenvolvimento para o míssil superfície-ar Enzian.

Os dispositivos mencionados anteriormente eram apenas detectores, não cabeças de busca autônomas. Eles produziam um sinal que indicava a direção geral do alvo ou, no caso dos modelos mais avançados, uma imagem semelhante à de uma televisão, cabendo ao operador a condução inteiramente manual do disparo. Houve diversos esforços na Alemanha durante a guerra para produzir cabeças de busca verdadeiramente automáticas, tanto para uso antiaéreo quanto antinavio. Esses aparelhos ainda se encontravam em desenvolvimento ao final do conflito; embora alguns estivessem prontos para testes, ainda não haviam sido integrados à estrutura física de um míssil funcional. Mesmo assim, um relatório de meados de 1944 apresentado ao Ministério do Ar da Alemanha apontava que esses sistemas estavam em estágio muito mais maduro do que projetos concorrentes baseados em radar ou métodos acústicos.

Cientes das vantagens do guiamento passivo por IR, os pesquisadores iniciaram estudos teóricos sobre as emissões térmicas das aeronaves. Descobriu-se que a maior parte da radiação infravermelha de um motor a pistão situava-se entre 3 e 4,5 micrômetros. O fluxo de exaustão também era um forte emissor, mas resfriava-se rapidamente no ar, deixando de constituir um ponto de atração falso para o rastreador. Estudos sobre a atenuação atmosférica demonstraram que o ar é geralmente mais transparente ao infravermelho do que à luz visível, embora a presença de vapor de água e dióxido de carbono provocasse quedas acentuadas na transmissividade em faixas específicas. Por fim, avaliaram a interferência de fontes térmicas de fundo, como a reflexão da luz solar em nuvens, concluindo que as variações no céu exigiam filtragem cuidadosa. Essas pesquisas indicavam que uma cabeça de busca por infravermelho poderia travar em um bombardeiro trimotor a de distância com uma precisão angular de cerca de 1/10 de grau, tornando o sensor IR uma solução altamente promissora.

A equipe de Kutzscher desenvolveu com a empresa Elektroakustik de Kiel o sistema batizado de Hamburg, projetado para instalação na bomba planadora Blohm & Voss BV 143, criando um míssil antinavio autônomo do tipo "dispare e esqueça". Uma versão aprimorada permitia que o bombardeador ajustasse a cabeça de busca fora do eixo central para travar em alvos laterais antes do lançamento. No entanto, ao ser solta, a bomba deslocava-se em velocidade insuficiente para que as superfícies aerodinâmicas a controlassem prontamente, fazendo com que o alvo por vezes escapasse do campo visual; uma plataforma estabilizada por giroscópios estava em desenvolvimento para mitigar o problema. A empresa também projetou uma espoleta de proximidade por IR com detectores radiais voltados para fora, que acionavam a ogiva quando a intensidade do sinal térmico começava a diminuir após a passagem pelo ponto de menor distância em relação ao alvo. Houve estudos para integrar ambas as funções em um único sensor.

Outras empresas desenvolveram métodos próprios de varredura. A AEG e a Kepka (em Viena) criaram sistemas com duas lâminas móveis que realizavam varreduras horizontais e verticais contínuas, calculando a posição do alvo pela cronometragem do instante em que o sinal desaparecia (AEG) ou reaparecia (Kepka). O sistema Madrid da Kepka possuía um campo de visão instantâneo (IFOV) de cerca de 1,8 grau e varria uma área total de 20 graus; combinado ao movimento de suspensão cardan da cabeça de busca, conseguia rastrear ângulos de até 100 graus. A Rheinmetall-Borsig e outra divisão da AEG criaram variações baseadas em discos giratórios com retículos moduladores.

Projetos do pós-guerra thumb|right|O AIM-4 Falcon foi o primeiro míssil guiado por IR a entrar em serviço. A cúpula translúcida permitia a passagem da radiação infravermelha até o sensor. thumb|right|O AIM-9 Sidewinder entrou em serviço logo após o Falcon. Era muito mais simples e provou-se muito mais eficaz em combate. thumb|right|O Firestreak foi o terceiro míssil por IR a entrar em serviço. Era maior e quase duas vezes mais pesado que seus equivalentes norte-americanos, em grande parte devido à ogiva maior.