Do dzisiaj nikt nie poleciał szybciej. Nadal gonimy X-15

X-15 był amerykańską maszyną eksperymentalną powstałą na zlecenie wojska i NASA. Zbudowano trzy egzemplarze, które w latach 60-tych wykonały 199 lotów, ustanawiając nie pobity do dzisiaj rekord prędkości samolotu załogowego (7274 km/h) i wysokości lotu (nieoficjalny, bo maszyna była już formalnie w kosmosie, dokładnie 107,8 km nad Ziemią).

Pomimo upłynięcia 46 lat od ostatniego lotu X-15 nadal nie ma perspektyw, aby powstał załogowy samolot zdolny pobić jego rekord prędkości. Amerykanie, Chińczycy i Rosjanie pracują nad pojazdami hipersonicznymi, jednak wszystkie są dronami. Rekord prędkości w atmosferze ustanowiony przez X-15 pobił w 2004 roku jeden z nich, należący do NASA X-43, który poleciał 10617 km/h.

Firma Richarda Bransona Virgin Galactic pracuje natomiast nad pojazdami do lotów z turystami na krawędź kosmosu, które mają wznieść się wyżej. Pierwszy lot ma się odbyć jeszcze w 2014 roku i być może wtedy, po niemal pół wieku, padnie rekord wysokości ustanowiony przez X-15.

X-15 powstał na fali błyskawicznego rozwoju technologii lotniczych, która swój początek miała w II wojnie światowej. W latach 40. i 50. w budowie samolotów wojskowych doszło do rewolucji - od maszyn z silnikami tłokowymi osiągających maksymalnie 500-600 km/h na godzinę, do odrzutowców zdolnych osiągać dwukrotną prędkość dźwięku. Wówczas na przedzie rozwoju technologii lotniczych zdecydowanie szli Amerykanie, którzy swoje najnowsze rozwiązania testowali w serii specjalnych maszyn eksperymentalnych o oznaczeniu X. To w nich pobito po raz pierwszy prędkość dźwięku.

W połowie lat 50. uznano, że technologie konieczne do latania z prędkościami naddźwiękowymi (od około tysiąca do pięciu tysięcy km/h) zostały względnie opanowane. Postanowiono wykonać krok dalej i zacząć badać loty z prędkościami hipersonicznymi, czyli co najmniej pięć razy szybciej od dźwięku. Do tego celu miał służyć X-15.

Niemal równocześnie rozpoczęto prace nad maszyną X-20, która miała już rutynowo wylatywać w przestrzeń kosmiczną oraz rozpoczęto planować pasażerskie samoloty hipersoniczne. Wszystko to działo się na fali wyjątkowego entuzjazmu wywołanego w USA powojennym boomem gospodarczym i gwałtownym rozwojem technologii. Szybkie łamanie kolejnych barier wydawało się bardzo realne.

X-15 zaprojektowała i zbudowała firma North American (obecnie część Boeinga), przy współpracy i za pieniądze wojska oraz NASA. Zastosowano w nim wiele wówczas przełomowych technologii, które zdecydowanie wyprzedzały epokę. Głównym elementem, bez którego X-15 nie mógłby polecieć, był nowatorski stop o nazwie Inconel-X. Był podstawowym materiałem, z którego zbudowano maszynę i to on nadał jej charakterystyczny czarny kolor. Główną zaletą stopu było zachowywanie wytrzymałości w wielkich temperaturach osiągających nawet 700-800 st. C.

Jeden z pilotów X-15, Milton Thompson, wspominał swoje pierwsze spotkanie z Inconel-X z rozbawieniem. Jeszcze jako inżynier pracujący u Boeinga miał zapoznać się z nowym stopem. Jego pomocnik próbował uciąć kawałek materiału z dostarczonego walca za pomocą pił tarczowych, ale te po kolei rozpadały się zostawiając jedynie małe nacięcia. Długotrwała próba odcięcia fragmentu przy pomocy palnika acetylenowego skończyła się tym, że rozgrzany do białości walec nagle "rozpłynął się" i spadł na podłogę, gdzie szybko zastygł w formie kałuży.

Uzupełnieniem Inconel-X był tytan, który jest jeszcze bardziej odporny na temperatury. X-15 był jedną z pierwszych maszyn, w której szerzej zastosowano ten materiał. Mniej narażone na temperatury elementy były ze stali. W samolocie, poza obudową kabiny, praktycznie nie było natomiast aluminium. Piloci X-15 śmiali się, że latają "stalową" maszyną. Raz podczas transportu drogą w skrzydło samolotu uderzył nadjeżdżający z drugiej strony samochód z przyczepą kempingową. W efekcie na X-15 pojawiło się kilka zadrapań, a cały dach przyczepy został odcięty.

Drugim nowatorskim rozwiązaniem był silnik XLR-99. Był to pierwszy silnik rakietowy, który miał opcję regulowania ciągu. Wszystkie wcześniejsze po zapaleniu działały na pełną moc aż do wyczerpania paliwa. XLR-99 można było natomiast nawet ponownie uruchamiać w locie, chociaż w praktyce okazał się być bardzo "narowisty" i często przy zmniejszaniu mocy po prostu gasł i nie chciał ponownie odpalić. Pierwszemu egzemplarzowi zdarzyło się na dodatek eksplodować podczas prób na ziemi. Wybuch rozerwał większą część samolotu, wyrzucając nietkniętą kabinę z ogłuszonym pilotem ze stanowiska testowego na kilka metrów. XLR-99 pochłaniał około pięciu ton paliwa na minutę i dawał maksymalny ciąg odpowiadający około 600 tysięcy koni mechanicznych.

Trzecim nowatorskim rozwiązaniem był układ sterowania. Ponieważ X-15 miał wylatywać na granice atmosfery oraz poza nią, konieczne było wymyślenie czegoś, co pozwoliłoby kontrolować jego pozycję w otoczeniu praktycznie pozbawionym powietrza. Stworzono rozwiązanie, które do dzisiaj z powodzeniem jest stosowane na statkach kosmicznych, czyli system małych silniczków odrzutowych. Na dodatek X-15 był na tyle niestabilny, że podczas lotu z dużą prędkością pilot nie był w stanie utrzymać go w odpowiedniej pozycji. Pomagał mu w tym zaawansowany (jak na tamte czasy) system komputerowy. Wszytko było połączone elektrycznie, a nie mechanicznie, jak było wówczas standardem. Tym samym układ sterowania X-15 wyprzedzał swoją epokę o około dwie dekady.

Ciekawym rozwiązaniem był też kokpit. W celu skuteczniejszego chłodzenia i zapobieżenia ewentualnym pożarom podczas lotu wypełniano go czystym azotem. Jego wdychanie szybko prowadzi do utraty przytomności, pilot mógł więc funkcjonować dzięki skafandrowi ciśnieniowemu, który po modyfikacjach dał początek strojom amerykańskich kosmonautów. Jak wspomina Thompson, poważnym problemem było zwalczenie chęci podrapania się w nos czy otarcia potu z twarzy. Tylko w skrajnych wypadkach decydował się na wstrzymanie oddechu i trwające kilka sekund uchylenie wizjera w hełmie.

X-15 w najprostszym ujęciu był rakietą z doczepioną kabiną i skrzydłami. Niemal 2/3 jego masy, czyli około dziesięciu ton, stanowiło paliwo. Cała konstrukcja była podporządkowana konieczności znoszenia wielkich przeciążeń i temperatur związanych z lotami hipersonicznymi. Z braku miejsca i z chęci zmniejszenia ciężaru maszyna nie miała nawet normalnego podwozia. Z tyłu zamiast kół zamontowano rozkładane płozy.

X-15 miał latać na granicy swoich możliwości, zdecydowanie przekraczając to co mogły inne samoloty. Thompson opisywał swoje doświadczenia z lotów jako "ujeżdżanie byka". Do momentu, kiedy pilot wszystko kontrolował, lot był niezwykłym doświadczeniem. Za nic nie mógł jednak się zagapić, nawet na sekundy, bo przy prędkości rzędu 5-6 tysięcy km/h było to równoznaczne z poważnymi problemami, czyli "zrzuceniem przez byka" i w najgorszym wypadku katastrofą.

Do latania na X-15 wybierano najlepszych pilotów z szeregów USAF, US Navy i NASA. Łącznie było ich 12. Większość już wcześniej latała na maszynach eksperymentalnych lub testowała nowe konstrukcje i każdy był inżynierem. Liczyło się nie tylko świetne zdrowie i doświadczenie, ale też wysoka wiedza i inteligencja, niezbędna do opanowania tak skomplikowanej maszyny. Przed pilotami stawiano wymagania niemal identyczne do tych, jakie musieli spełniać kosmonauci.

Jeden z pilotów X-15 jest znany bardziej z swojej późniejszej kariery w NASA. To Neil Armstrong, pierwszy człowiek na Księżycu.

Lot na X-15 był doświadczeniem ekstremalnym, choć krótkim, bo zazwyczaj trwał kilkanaście minut. Start odbywał się na wysokości około 15 kilometrów, gdzie samolot był wynoszony przez zmodyfikowany bombowiec B-52. Kilka sekund po odłączeniu następowało uruchomienie silnika i zaczynała się "dzika jazda". Odpalenie XLR-99 wykonywano z ustawioną od razu maksymalną mocą. Według słów Thompsona było to "brutalne kopnięcie" w plecy. Samolot gwałtownie zaczynał przyśpieszać i na pilota z miejsca zaczynało oddziaływać przeciążenie rzędu 4g (normalny człowiek mdleje przy około 5g), które trwało tak długo, jak działał silnik, czyli od minuty do dwóch.

Nieformalnie loty dzielono na dwa typu: prędkościowy, lub wysokościowy. W tym pierwszym przypadku po uruchomieniu silnika pilot rozpoczynał łagodne wznoszenie na wysokość około 30-40 kilometrów. Tam, w już znacznie rozrzedzonym powietrzu stawiającym mały opór, X-15 rozpędzał się do założonej prędkości. Celem takich lotów było zazwyczaj badanie zjawisk związanych z lotami hipersonicznymi w atmosferze, czyli głównie nagrzewania się samolotu. Pomimo rozrzedzonego powietrza przy prędkości rzędu 5-6 tys. km/h poszycie osiągało miejscami temperaturę nawet do 800 st. C.

W wypadku lotu wysokościowego pilot po odpaleniu silnika zaczynał ostro lecieć w górę, nawet pod kątem 45 stopni i co minutę zwiększał swoją wysokość o około 20 kilometrów. Wraz z rozrzedzającym się powietrzem stopniowo redukował ciąg silnika. Gdyby ciągle pracował na pełną moc, X-15 mógłby wylecieć za daleko w kosmos i pilot prawdopodobnie nie byłby w stanie bezpiecznie wejść w atmosferę (wyliczono, że maksymalna wysokość na którą mógł dotrzeć X-15 to około 150 km, czyli wyżej niż pierwszy amerykański kosmonauta). Wyłączenie silnika następowało zazwyczaj po nieco ponad minucie, ale siłą rozpędu samolot leciał jeszcze do góry około dwóch minut. W najwyższym punkcie trasy pilot przez kilka minut doświadczał stanu nieważkości. "Na szczycie" testowano różne eksperymentalne urządzenia, głównie sprzęt dla statków kosmicznych.

Krytyczną fazą lotu było wejście w atmosferę. Wracając z granicy kosmosu lub wyższych partii atmosfery rozpędzony X-15 wpadał w gęstniejące powietrze z prędkością około 4-5 tys. km/h. Sama atmosfera hamowała maszynę z taką siłą, że na pilota przez kilka minut działało przeciążenie rzędu 5g, czyli jego ciało ważyło pięć razy więcej niż normalnie i z taką masą opierało się na pasach trzymających go fotela. Po zwolnieniu do "zaledwie" 2-3 tys. km/h, następowało "wyrównanie", czyli przejście z pikowania do lotu poziomego. W tym momencie na samolot i pilota działały największe siły. Przez około pół minuty maszyna i człowiek musieli znieść nawet 7g. Jak opisuje Thompson, "to naprawdę bolało".

Po tym wszystkim pozostawało "tylko wylądować". X-15 w tym momencie stawał się bardzo ciężkim szybowcem, a pilot musiał precyzyjnie zarządzać prędkością i wysokością tak, aby znaleźć się w odpowiednim miejscu nad służącym za lotnisko wyschniętym jeziorem w bazie Edwards. Szansa była tylko jedna, bo silnik nie miał już paliwa. Dzięki świetnemu wyszkoleniu pilotów ta sztuka udała się w 196 przypadkach.

Łącznie w latach 1959-1968 wykonano 199 lotów. W ich trakcie doszło do jednej katastrofy, dwóch wypadków podczas lądowań i do serii mniejszych awarii. Jedyną ofiarą X-15 stał się Michael Adams, 37 letni pilot USAF. Do katastrofy doszło po ośmiu latach trwania programu, niemal pod jego koniec, w 1967 roku.

Adams był wówczas początkującym pilotem X-15, miał za sobą sześć lotów i ten feralny miał być jego pierwszym na dużą wysokość. Podczas wznoszenia doznał silnego zawrotu głowy i dezorientacji, które były powszechne wśród pilotów X-15 ze względu na ekstremalne warunki wznoszenia. Wielu z nich myślało, że leci pionowo w górę lub wręcz do góry nogami, podczas gdy wszystko było normalnie. Adams był jednak wyjątkowo podatny na tę przypadłość, ale nie powiedział tego lekarzom, ponieważ bał się odsunięcia od lotów.

Jak później uznano, Adams musiał odczuwać skutki dezorientacji znacznie dłużej niż inni piloci. Tego feralnego dnia nie zareagował prawidłowo na sygnał o usterce systemu do sterowania poza atmosferą. Po osiągnięciu założonej wysokości około 80 km samolot zaczął lekko odchylać się na bok. Jednocześnie nadal leciał tym samym kursem, bo poza atmosferą nie było powietrza, które odchylenie w bok przełożyłoby na skręt i zmianę kierunku lotu. Adams otrzymywał z ziemi informację, że leci dobrym kursem i na czas nie zareagował. X-15 wszedł w atmosferę odchylony o 15 stopni w bok i wpadł w gwałtowny korkociąg lecąc z prędkością około 6 tys. km/h. Wówczas zarejestrowano ostatnie słowa Adamsa, który zdołał jedynie wydusić z siebie dwa razy "jestem w korkociągu". W wyniku wielkich przeciążeń maszyna rozpadła się na wysokości około 20 kilometrów.

Drugi poważny wypadek miał miejsce w 1962 roku z Johnem McKay’em za sterami. Tuż po zrzuceniu z B-52 silnik X-15 nie uruchomił się, wobec czego pilot natychmiast skierował się na awaryjne lądowisko wyznaczone na wyschniętym jeziorze Mud Lake. Nie zdołał na czas pozbyć się całego paliwa i lądował w za ciężkim samolocie. Jedna z płóz złamała się i maszyna przewróciła się na plecy. McKay uprzednio odrzucił owiewkę (zamykana osłona kabiny), bo chciał móc jak najszybciej uciec od samolotu po lądowaniu. Po przewróceniu się X-15 na plecy pilot mocno uderzył głową w ziemię. Miał zmiażdżone kilka kręgów i poważne wstrząśnienie mózgu. Obrażenia ostatecznie zmusiły go do porzucenia latania, a w końcu doprowadziły do przedwczesnej śmierci w wieku 52 lat.

Trzeci wypadek, znacznie mniej poważny, miał miejsce na samym początku lotów w 1959 roku. Scott Crossfield miał taki sam problem jak McKay. Zawiódł go silnik i musiał lądować w za ciężkim samolocie. X-15 tak mocno uderzył w ziemię, że złamał się w połowie. Pilot odniósł jednak tylko uszczerbek na dumie.

Potencjalnie niebezpieczny był incydent z udziałem Neila Armstronga. Podczas lotu na dużą wysokość w 1962 roku nie wykonał na czas odpowiedniego manewru i "odbił się" od gęstej atmosfery wracając na granicę kosmosu. Na komendę z ziemi ustawił samolot dołem do kierunku lotu, tak aby maksymalnie zwiększyć tarcie o szczątkową atmosferę na wysokości około 30 km. Jak wspominał Armstrong, lecąc dołem samolotu do przodu mógł tylko bezsilnie obserwować, jak pod nim przewija się baza Edwards. Po przeleceniu w ten sposób ponad stu kilometrów prędkość spadła na tyle, że maszyna zaczęła opadać i Armstrong odzyskał kontrolę. Był w tym momencie już nad Los Angeles, niemal 200 km od bazy w Edwards. Na swoje szczęście zdołał dotrzeć lotem szybowym do "domu", choć podchodząc do lądowania muskał krzaki otaczające wyschnięte jezioro.

Zdjęcia przedstawiające stan X-15 po najszybszym locie w historii. Lekka spalenizna w pewnych miejscach była planowanym działaniem białej powłoki ablacyjnej (chroniącej przed nagrzaniem przez spalenie się). Nie planowano niemal całkowitego przepalenia dolnego usterzenia i szeregu innych uszkodzeń.

Po śmierci Adamsa i niemal dekadzie lotów poparcie dla programu X-15 w Kongresie i Pentagonie zaczęło zanikać. Pod koniec lat 60. USA były zupełnie innym krajem niż dziesięć lat wcześniej. Kompletnie rozwiał się wcześniejszy entuzjazm. Boom gospodarczy wygasł, a kraj pogrążył się w kosztownej wojnie w Wietnamie. Następca X-15, X-20 Dyna-Soar, został skasowany już w 1963 roku. Wojsko postawiło na tańsze rakiety międzykontynentalne zamiast hipersonicznych/kosmicznych bombowców. Idea cywilnych samolotów hipersonicznych również umarła z racji na przewidywane koszty. W transporcie lotniczym postawiono na ilość, a nie szybkość.

X-15 okazał się ślepym zaułkiem. Sam w sobie był niezwykle udany i spełnił wszystkie oczekiwania dostarczając olbrzymich ilości danych naukowych, które okazały się bezcenne np. podczas budowy promów kosmicznych. Okazało się jednak, że wyprzedził swoją epokę. Praktyczne loty z prędkościami hipersonicznymi okazały się niewykonalne bez dużych wydatków na dopracowanie technologii.

Thompson w swoich wspomnieniach opisuje dojmujące uczucie zawodu, które towarzyszyło osobom zaangażowanym w projekt X-15. Na początku wszyscy liczyli, że to będzie pierwszy krok w nieznane, za którym pójdą kolejne. Jak się okazało, nawet do dzisiaj ludzkość nie poszła dalej.

Autor: Maciej Kucharczyk\mtom / Źródło: tvn24.pl