AFAC POSITION PAPER 01/2011
Issue: Use and Development of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs)
Background

• In the two decades since the end of the Cold War, global armed conflicts have seen a significant increase in the use of Unmanned (or Uninhabited) Aerial Vehicles (UAVs). ?The proliferation and well-documented successes of UAVs have, in turn, caused some to question the future relevance of manned aircraft systems of the type envisioned in the Canada First Defence Strategy. This paper seeks to outline the benefits and limitations associated with UAVs, so Canadians can put the current debate in perspective.

• Unlike drones, which are autonomous vehicles not requiring human intervention, UAVs are aircraft that do not carry human operators but still rely on humans to operate. They include fixed and rotary wing configurations and can be remotely operated or flown with varying degrees of autonomy. UAVs carry a wide variety of sensor payloads: Electro-Optics (EO); Infra-Red (IR); Synthetic Aperture Radar (SAR); Signal and Communications Intelligence (SIGINT and COMINT); Chemical, Biological and Radiation (CBR) detection systems; and radio relay equipment. ?Some UAVs, notably Uninhabited Combat Aerial Vehicles (UCAVs), are specifically designed for combat operations and are capable of delivering offensive weapons.

• In the beginning, UAVs were introduced primarily to conduct surveillance and reconnaissance missions, taking advantage of their ability to loiter for long periods. Subsequently, it was also recognized that UAVs could benefit military forces and national governments by avoiding the unnecessary exposure of pilots and other aircrew to the risks of being shot-down, captured and then exploited for political reasons.

• UAV missions have generally focused on the ?three Ds?: dull missions (those of a repetitive nature and/or long duration); dirty missions (those where the environment is or may be contaminated); and dangerous missions (those where the threat is deemed ?excessive?). In addition, considerable research in the US and elsewhere has recently gone into examining whether UCAV-type platforms might eventually take on at least some of the functions historically performed by manned fighter aircraft.

Canadian Experience

• Canada has adopted the NATO classification guide for UAVs: Class I ? Less than 150 kg; Class II ? 150 to 600 kg; and Class III ? more than 600 kg. Class III UAVs are further sub-divided into three categories based on increasing degrees of capability and complexity: Medium Altitude Long Endurance (MALE); High Altitude Long Endurance (HALE); and Strike/Combat.

• The Canadian Forces have gained considerable experience operating UAVs in Afghanistan, with the Air Force operating the Class II SPERWER and more recently the Class III Heron and the Army operating the Class I Scan Eagle. The Navy is also currently assessing Scan Eagle for maritime and Arctic operations.

• The Canadian Forces have a major project underway to acquire a fleet of Class III MALE UAVs as part of the Joint Unmanned Surveillance and Target Acquisition System (JUSTAS) project. The aim is to acquire a platform capable of achieving ranges in excess of 1000nm; having more than 18 hours endurance; able to carry multiple payloads (EO/IR, SAR, Laser Targeting and SIGINT); having the ability to deliver precision guided missiles (PGMs); and usable over land, sea and in the Arctic.

Issues

• While UAVs have proven highly successful in operations in Iraq, Afghanistan and elsewhere, like other weapon systems, they also have limitations ? some inherent, others which will likely be rectified over time with the introduction of new technologies. From an operational perspective, these are the major issues:

• • Survivability. To date, UAVs have been employed within relatively benign threat environments against enemies lacking sophisticated air defences or effective electronic counter measures (jammers). Even so, losses ? most through accidents but some as the result of enemy action ? have been significant[1] <#_ftn1> .

• • Employability. From a Canadian perspective, UAVs have not yet been extensively exposed to challenges associated with flight in Canada?s high Arctic regions or over our maritime approaches during inclement weather conditions. That said, UAV manufacturers are currently working hard to develop platforms capable of operating in a much wider variety of climates and conditions than has hitherto been the case.

• • Data Transfer. UAVs require very high bandwidth to transmit the data needed to monitor and control the aircraft and to relay intelligence and other information gathered back to a ground control station. In the case of UCAVs, bandwidth limitations may well preclude the deployment of decisive numbers of such vehicles for complex combat/strike missions, at least until much more advanced artificial intelligence and autonomous systems become available[2] <#_ftn2> . In northern Canada, operations of UAVs are currently limited to line of sight operations due to the lack of satellite communications above 70N.

• • Personnel Requirements. While UAVs are often touted as ?manpower savers?, in reality they too, require significant numbers of personnel for operations, maintenance and data exploitation. Long loiter times, while operationally beneficial, also mean that UAV units must be well-manned to take full advantage of the increased ?on-station? time available. Since it is expected that UAV operations in the CF will be carried out in addition to current air operations (fighter, transport, tactical helicopter, long range patrol etc) additional resources will almost certainly be needed.

• • UCAV Development. In the particular case of replacing Canada?s CF-18s, some journalists have suggested this be done using UCAVs rather than Canada acquiring another manned fighter. Given the state of UCAV development (particularly the lack of any realistic air-to-air combat capability) it is inconceivable that an operationally viable platform will be available before the CF-18?s scheduled retirement starting in 2017.

• • Airspace Management. For operations within controlled airspace ? indeed any place in which UAVs have to interact with commercial and private air traffic ? they will need to be equipped with onboard equipment and capabilities that allow them to avoid collisions with other airspace users. While separating traffic that is operating in accordance with Instrument Flight Regulations will be possible in the near term, operations under more dynamic conditions or where Visual Flight Regulations are being followed will continue to be challenging.

• • Cost. UAV proponents often cite lower costs as a significant benefit of these systems over manned aircraft. While this situation is certainly true in the case of smaller vehicles, the increasing complexity of UAVs is such that, for higher-end, platforms, the costs involved are similar to those associated with manned aircraft (the Global Hawk, a Class III HALE UAV, costs approximately $75M).

AFAC Position

• UAVs have had a dramatic impact on the nature of warfare and the Canadian Forces have already built up a considerable repository of operational and technical expertise in their operation. The current CF focus on the JUSTAS program is expected to move the yardsticks considerably and, assuming the system can be deployed as planned, the CF will acquire a formidable ISR platform (one potentially with an air-to-surface offensive capability as well).

• Notwithstanding, there are still many technological and other issues to be resolved. ?It will be essential that DND/CF planners have a sound ?capabilities roadmap? available as well as a clear understanding of ?cost tradeoffs? to ensure the acquisition of UAV capabilities is carried out in an efficient and effective manner.

Messages

• UAVs have provided significant operational benefits to Canadian and Allied forces operating in Afghanistan and have allowed Canadian Forces members to become much more knowledgeable about their operational employment. They are a ?force multiplier? asset, one that provides much needed data to decision makers on the ground.

• The Canadian Forces and the Air Force should be encouraged and supported by government in respect to the JUSTAS program so that the Canadian Forces can continue to develop experience and knowledge and, ultimately, field a robust UAV capability that meets Canada?s Intelligence, Surveillance and Reconnaissance (ISR) requirements.

• Given the lack of an available multi-role UCAV option, government should continue efforts to replace the CF18 with a suitable manned replacement fighter aircraft beginning in 2017.

EXPOS? DE POSITION DE L?AFAC 01/2011

Enjeu : Utilisation et d?veloppement de v?hicules a?riens sans pilote (UAV)

Contexte

Au cours des deux d?cennies suivant la fin de la Guerre froide, ? l??chelle mondiale, les conflits arm?s ont pr?sent? une augmentation importante de l?utilisation de v?hicules a?riens sans pilote (ou non habit?s) (UAV). La prolif?ration et les succ?s bien document?s des UAV, quant ? eux, ont pouss? certaines personnes ? remettre en question la pertinence future des avions pilot?s du type envisag? dans la Strat?gie de d?fense Le Canada d’abord. Le pr?sent expos? vise ? d?crire bri?vement les avantages et les limites associ?s aux UAV, afin que les Canadiens puissent mettre le d?bat actuel en perspective.

Contrairement aux drones, qui sont des v?hicules autonomes ne n?cessitant pas d?intervention humaine, les UAV sont des a?ronefs qui ne transportent pas de pilote humain, mais dont des humains doivent n?anmoins assurer le pilotage ? distance. Ils comprennent des configurations ? voilure fixe et ? voilure tournante, et peuvent ?tre t?l?pilot?s ou mis en vol ? divers degr?s d?autonomie. Les UAV peuvent transporter une gamme vari?e de charges d’instruments de d?tection : ?lectro-optique (EO), infrarouge (IR), radar ? synth?se d’ouverture (SAR), renseignement d’origine ?lectromagn?tique et renseignement transmissions (SIGINT et COMINT), syst?mes de d?tection chimiques, biologiques et radiologiques (CBR), et mat?riel de retransmission radiophonique. Certains UAV, notamment les v?hicules a?riens de combat sans pilote (UCAV), sont con?us express?ment pour les op?rations de combat et ont la capacit? de lancer des armes offensives.

Initialement, l?introduction des UAV visait principalement ? effectuer des missions de surveillance et de reconnaissance et d?ainsi mettre ? profit leur capacit? de faire des vols stationnaires sur de longues p?riodes. Par la suite, on a pris conscience ?galement que les UAV pourraient ?tre utiles aux forces militaires et aux gouvernements nationaux, en leur permettant d??viter l?exposition non n?cessaire des pilotes et des autres membres des ?quipages aux risques d??tre abattus, faits prisonniers, puis exploit?s pour des raisons politiques.

En g?n?ral, les missions des UAV ont concern? les ? trois D ? : les missions monotones (celles de nature r?p?titive ou de longue dur?e), les missions suicidaires (celles o? l?environnement est ou peut ?tre contamin?), et les missions dangereuses (celles o? la menace est consid?r?e comme ? excessive ?). De plus, r?cemment, aux ?.-U. et ailleurs, des recherches consid?rables visaient ? d?terminer si des plateformes du type des UCAV pourraient ?ventuellement assumer au moins un certain nombre des fonctions assur?es traditionnellement par des avions de chasse pilot?s.

Exp?rience canadienne

Le Canada a adopt? le guide de classification de l?OTAN pour les UAV : Classe I ? moins de 150 kg, Classe II ? de 150 ? 600 kg, et Classe III ? plus de 600 kg. Les UAV de Classe III sont sous-divis?s en trois cat?gories selon un degr? croissant de capacit? et de complexit? : moyenne altitude et longue endurance (MALE), haute altitude et longue endurance (HALE), et attaque/combat.

Les Forces canadiennes ont acquis une exp?rience consid?rable dans le t?l?pilotage des UAV en Afghanistan, la Force a?rienne ayant t?l?pilot? le SPERWER, de Classe II, et, plus r?cemment, le Heron, de Classe III, et l?Arm?e ayant t?l?pilot? le Scan Eagle, de Classe I. Par ailleurs, la Marine ?value actuellement le Scan Eagle pour les op?rations maritimes et arctiques.

Les Forces canadiennes ont un grand projet en cours, qui vise ? acqu?rir une flotte d?UAV MALE de Classe III, dans le cadre du projet du Syst?me interarm?es de surveillance et d?acquisition d?objectifs au moyen d?UAV (JUSTAS). Le but est d?acqu?rir une plateforme ayant la capacit? d?atteindre des rayons d?action de plus de 1 000 nm, ayant une autonomie de plus de 18 heures, ayant la capacit? de transporter des charges multiples (EO/IR, SAR, marquage d’objectif au laser et SIGINT), ayant la capacit? de lancer des missiles ? guidage de pr?cision (PGM), et utilisables au-dessus de la surface de la terre, au-dessus de la mer et dans l?Arctique.

D?fis

Bien que les UAV se soient r?v?l?s hautement efficaces dans les op?rations en Iraq, en Afghanistan et ailleurs, comme les autres syst?mes d?armes, ils ont ?galement des limites, dont certaines sont inh?rentes, alors que d?autres seront sans doute corrig?es ?ventuellement, suivant l?introduction de nouvelles technologies. D?un point de vue op?rationnel, voici les principaux d?fis :

Surviabilit?. ? ce jour, les UAV ont ?t? employ?s dans des environnements o? la menace ?tait relativement b?nigne et contre des ennemis sans d?fense a?rienne de pointe, ni contre-mesures ?lectroniques efficaces (brouilleurs). N?anmoins, les pertes, dont la plupart ?taient le r?sultat d?accidents, mais certaines ont ?t? occasionn?es par l?action de l?ennemi, ont ?t? consid?rables. [1] <#_ftn1>.

Employabilit?. D?un point de vue canadien, les UAV n?ont pas ?t? expos?s de mani?re prolong?e aux d?fis associ?s au vol dans les r?gions du Haut-Arctique du Canada ou au-dessus de nos approches maritimes dans des conditions m?t?orologiques d?favorables. Cela dit, les fabricants d?UAV travaillent actuellement de mani?re acharn?e ? ?laborer des plateformes ayant la capacit? de fonctionner dans une gamme beaucoup plus large de climats et de conditions, que cela n?a ?t? le cas jusqu?ici.

Transfert de donn?es. Les UAV n?cessitent une bande passante tr?s large pour transmettre les donn?es n?cessaires pour les surveiller et les contr?ler, et pour retransmettre le renseignement et les autres informations recueillies au poste de contr?le au sol. Dans le cas des UCAV, les limites en mati?re de bande passante pourraient bien emp?cher le d?ploiement d?un nombre d?terminant de ces v?hicules pour des missions complexes de combat et d?attaque, du moins, jusqu?? ce qu?une intelligence artificielle et des syst?mes autonomes beaucoup plus avanc?s soient disponibles. [2] <#_ftn2> Dans le Nord canadien, les op?rations des UAV se limitent actuellement ? des op?rations de port?e optique, en raison de l?absence de t?l?communications par satellite au-dessus du 70e parall?le nord.

Exigences en mati?re de personnel. Bien que l?on clame souvent que les UAV permettent de r?duire le personnel, dans les faits, ils n?cessitent, eux aussi, un nombre consid?rable de membres du personnel pour les op?rations, l?entretien et l?exploitation des donn?es. De longues p?riodes de vol stationnaire, quoique b?n?fiques sur le plan op?rationnel, signifient ?galement que les unit?s d?UAV doivent ?tre dot?es d?un personnel suffisant pour profiter pleinement du temps sur zone accrue disponible. ?tant donn? que l?on s?attend ? ce que les op?rations d?UAV des FC s?ajoutent aux op?rations a?riennes actuelles (avions de chasse, avions de transport, h?licopt?res tactiques, patrouilles ? long rayon d’action, etc.), des ressources suppl?mentaires seront presque certainement n?cessaires.

D?veloppement des UCAV. Dans le cas particulier du remplacement des CF-18 du Canada, certains journalistes ont propos? de l?effectuer ? l?aide d?UCAV plut?t que le Canada acqui?re un autre avion de chasse pilot?. Compte tenu de l??tat d?avancement du d?veloppement des UCAV (et, plus particuli?rement, de l?absence de toute capacit? r?elle de combat air-air), il est inconcevable qu?une plateforme viable sur le plan op?rationnel soit disponible avant le retrait du service pr?vu des CF-18, d?butant en 2017.

Gestion de l?espace a?rien. Pour les op?rations ayant lieu ? l?int?rieur de l?espace a?rien contr?l? ? et, ? vrai dire, ? tout endroit o? les UAV doivent interagir avec la circulation a?rienne commerciale et priv?e ?, ils devront ?tre munis de capacit?s et d?un ?quipement de bord leur permettant d??viter les collisions avec les autres utilisateurs de l?espace a?rien. Bien que la s?paration du trafic respectant les r?gles de vol aux instruments sera possible ? court terme, les op?rations ayant lieu dans des conditions plus dynamiques ou aux endroits o? les r?gles de vol ? vue s?appliquent continueront de pr?senter un d?fi.

Co?t. Les d?fenseurs des UAV mentionnent souvent la r?duction des co?ts comme avantage important de ces syst?mes par rapport aux a?ronefs pilot?s. Bien que cela soit certainement vrai dans le cas des petits v?hicules, la complexit? grandissante des UAV est telle que, pour les plateformes de plus haut de gamme, les co?ts ? assumer sont semblables ? ceux associ?s aux a?ronefs pilot?s (le Global Hawk, un UAV HALE de Classe III, co?te environ 75 M$).

Position de l?AFAC

Les UAV ont eu un impact ph?nom?nal sur la nature de la guerre et les Forces canadiennes ont d?j? accumul? une ?tendue consid?rable d?expertise op?rationnelle et technique en ce qui concerne leur fonctionnement. ?tant donn? que les FC se concentrent actuellement sur le programme JUSTAS, on s?attend ? ce que des perc?es consid?rables soient r?alis?es, et, en supposant que le syst?me puisse ?tre d?ploy? comme pr?vu, les FC acquerront une plateforme de RSR puissante (qui aura peut-?tre ?galement une capacit? offensive air-sol).

Cependant, il reste toujours plusieurs d?fis technologiques et autres ? surmonter. Il sera essentiel que les planificateurs du MDN et des FC aient ? leur disposition une feuille de route pr?cise sur les capacit?s et qu?ils comprennent bien les choix en mati?re de co?ts, afin de s?assurer que l?acquisition des capacit?s d?UAV se fera de mani?re efficiente et efficace.

Messages

Les UAV ont apport? des avantages op?rationnels importants aux Forces canadiennes et alli?es en activit? en Afghanistan et ont permis aux membres des Forces canadiennes d?en apprendre bien davantage sur leur emploi op?rationnel. Ils constituent un actif ? multiplicateur de force ?, qui permet de fournir des donn?es tr?s utiles aux d?cisionnaires au sol.

Les Forces canadiennes et la Force a?rienne devraient ?tre encourag?es et appuy?es par le gouvernement en ce qui concerne le programme JUSTAS, de sorte que les Forces canadiennes puissent continuer d?acqu?rir de l?exp?rience et des connaissances, et, ultimement, mettre en service une capacit? d?UAV robuste qui r?pond aux besoins du Canada en mati?re de renseignement, surveillance et reconnaissance (RSR).

?tant donn? qu?aucune option d?UCAV multir?les n?est disponible, le gouvernement devrait poursuivre ses efforts visant ? remplacer le CF-18 par un avion de chasse pilot? de remplacement ? compter de 2017.