История создания ракетоплана North American X-15 берет свое начало в период, когда Соединенные Штаты и СССР были втянуты в напряженное противостояние, известное как холодная война. Космическая гонка, будучи одной из ее ключевых составляющих, стала причиной рождения многих новаторских идей и проектов.
Работы над X-15 начались в 1954 году, еще до запуска первого искусственного спутника Земли. Идея создания подобного аппарата была весьма амбициозной для того времени: создать способный к гиперзвуковым полетам самолет, достигающий границ космоса. Проект был результатом тесного сотрудничества между компанией North American Aviation и Национальным советом по аэронавтике (NACA), который впоследствии стал Национальным управлением по аэронавтике и космическому пространству (NASA).
План был в том, что ракетоплан должен был подняться на высоту 80 км и более, что по меркам того времени уже считалось запуском в ближний космос (поскольку еще ни одного орбитального аппарата не существовало). Разумеется, преодоление плотных слоев атмосферы Земли требовало от нового аппарата способности развивать гиперзвуковые скорости, что являлось весьма сложной технической задачей.
Работы над проектом шли размеренно, и в 1959 году первый образец X-15 был готов. Это произошло за два года до запуска первого советского пилотируемого полноценно-космического корабля "Восток".
Самолет или ракета?
У большинства людей, разглядывающих X-15, обычно возникает вопрос: что это - самолет или ракета? На самом деле аппарат представлял собой гибрид: ракетоплан. Он был способен к горизонтальному маневренному полету и садился на землю как самолет, используя полосу аэродрома, но его двигатели работали по принципу ракет, обеспечивая необходимую тяговооруженность для достижения гиперзвуковых скоростей и космической высоты. Взлет осуществлялся по технологии "воздушного старта", но об этом ниже.
Однако создание ракетоплана столкнулось с рядом технических вызовов. Одной из основных проблем было обеспечение управляемости при различных скоростях и высотах, поскольку на высотах свыше 30 километров, давление атмосферного воздуха составляет лишь считанные проценты от нормального давления у поверхности Земли. Проектирование аэродинамических поверхностей для таких условий требуют особого подхода.
Помимо этого, полет на гиперзвуковых скоростях подразумевает множество нюансов. Один из них - аэродинамический нагрев, возникающий из-за трения воздуха о корпус самолета при высоких скоростях. Также воздушное сопротивление, маневренность и управляемость были вопросами, требующими решения. Все эти задачи потребовали обширных работ в области материаловедения и аэродинамики, а также особенно тщательной подготовки пилотов.
Возможности ракетоплана.
X-15 был уникальным техническим творением своего времени. Длиной 15,3 метра и с размахом крыльев всего 6,8 метра, он был совершенно не похож на традиционные воздушные суда. Его масса в пустом состоянии составляла около 6.5 тонн, а заправленного - приближалась к 15.4 тонн, что определялось необходимостью в большом запасе ракетного топлива.
Ракетоплан был оборудован двигателем XLR99, который работал на смеси жидкого аммиака и жидкого кислорода, обеспечивая тягу 28 тонн. Сама двигательная установка была весьма изящной и даже включала в себя реактивные рули для управления в условиях космического пространства, где аэродинамические рули теряли эффективность. Время работы двигателя составляло считанные минуты, и можно представить себе, как резко менялась перегрузка во время работы двигателя. Сразу после включения двигателя, пилот испытывал перегрузку в 2g, но спустя пару минут (а топливная смесь расходовалась очень быстро), перегрузки достигали уже 4g.
Что касается скорости и высоты, X-15 установил несколько мировых рекордов среди всех атмосферных аппаратов, которые не были побиты до сих пор. Он развил максимальную скорость в 7273 км/ч, что примерно в семь раз больше скорости звука, и достиг максимальной высоты в 107,8 км над уровнем моря (что даже по сегодняшним меркам считается суборбитальным космическим полетом).
Однако, стоит отметить, что управление X-15 было весьма сложным. Он был оснащен не только традиционной аэродинамической системой управления, но и реактивной системой управления для работы в космическом пространстве. Это требовало от пилотов высокой квалификации и быстрого реагирования на изменение условий полета.
Разумеется, уникальные характеристики X-15 требовали применения особенных материалов и технологий. В частности, большая часть корпуса ракетоплана была изготовлена из специального сплава никеля, называемого инконель, который обладал высокой теплоустойчивостью и прочностью.
Программа полетов.
Программа X-15 включала 199 запусков, каждый из которых представлял собой настоящее испытание, как для техники, так и для человека.
Типичный полет ракетоплана начинался с его установки под крылом бомбардировщика B-52, который доставлял ракетоплан на высоту около 14 километров. Затем, после отделения от носителя, включался собственный двигатель аппарата, и он начинал свой стремительный подъем на космические высоты при гиперзвуковых скоростях.
Базировался ракетоплан на авиабазе Эдвардс в Калифорнии и на базе Неллис в Неваде. Посадка после полета представляла собой отдельное испытание. Из-за высокой скорости и малого размера крыльев, пилотам требовалось особое мастерство и точность. Посадка производилась на специальной солончаковой площадке.
Управление X-15 в воздухе и в космосе также было сложной задачей и требовало высокой квалификации пилотов. Из-за гиперзвуковых скоростей и уникальных характеристик полета, пилоты должны были непрерывно адаптироваться к изменяющимся условиям и активно управлять ракетопланом. Были и случаи, когда при возвращении в атмосферу пилотам приходилось бороться с неконтролируемыми вращениями аппарата.
В ходе своих полетов, X-15 также собирал важные инженерные данные. Это включало измерения температур, давления, уровней ускорения, а также биометрических данных пилота. Эти данные были ключевыми для разработки последующих космических программ, включая Аполлон.
Но, несмотря на все сложности, каждый успешный полет X-15 был свидетельством победы технического гения над силами природы.
Воздушный старт для X-15 был выбран по нескольким причинам, которые включали технические и экономические аспекты.
- Экономия топлива: Используя B-52 в качестве носителя, X-15 мог быть доставлен на высоту около 14 км и уже имел скорость около 800 км/ч перед запуском своего двигателя. Это означает, что самолет мог сохранить большую часть своего топлива для продвижения вверх и вперед, достигая высоких скоростей и больших высот. Ему не требовалось тратить собственное топливо на достижение начальной высоты и скорости.
- Упрощение технических требований: X-15 не нуждался в сложных и дорогостоящих системах запуска по типу классических ракет-носителей, которые требуются для земного старта. Это облегчало его конструкцию и снижало стоимость проекта.
- Больше возможностей для испытаний: Воздушный старт позволял проводить большее количество полетов за короткий период времени, поскольку не требовал длительных перерывов на подготовку к запуску, что характерно для земных стартов классических ракет.
Кто пилотировал?
За время существования программы, 12 высококвалифицированных пилотов имели честь управлять X-15. Каждый из них внес свой вклад в историю аэрокосмического исследования.
Среди них был Нил Армстронг, который позже стал первым человеком, ступившим на Луну. Он провел семь полетов на X-15, достигнув максимальной высоты 63.2 километра и максимальной скорости 5808 км/ч. Пилотирование ракетоплана дало Армстронгу ключевые навыки и опыт, которые впоследствии помогли ему успешно выполнить миссию Аполлон-11.
Джозеф Уокер был еще одним известным пилотом этой машины. Он совершил 25 полетов на X-15, что является рекордом для этого самолета, и стал первым пилотом, достигнувшим официально признанной границы космоса на аппарате самолетного типа.
Пилоты часто описывали опыт полета на X-15 как экстремальный и интенсивный. Они говорили о мощи и грубости двигателя, о силе ускорения и о том, как быстро могли меняться условия полета. Несмотря на сложности и риски, многие из них говорили о полетах на X-15 как о самом захватывающем опыте в их карьере.
Однако в истории программы ракетоплана случались и катастрофы.
Трагедия Адамса.
История этой программы не обошлась без аварий и человеческих жертв. 15 ноября 1967 года в ходе 191-го полёта произошла катастрофа. Пилот Майкл Адамс, во время своего седьмого полёта на X-15, потерял контроль над самолётом и погиб при падении.
После достижения максимальной высоты 81 км, Адамс начал спуск, однако в процессе спуска самолет вошел во вращение и потерял стабильность. Это было связано с тем, что автоматическая система стабилизации самолета была выключена. Возможно, Адамс случайно отключил систему или не заметил, что она выключена.
При попытках восстановить управляемость самолета, Адамс несколько раз совершил неверные действия управления, что еще больше ухудшило ситуацию. На высоте 21 км, при скорости свыше 5 мах, самолет вошел в резкое пике и разрушился от избыточных перегрузок.
Отчет о расследовании катастрофы указывает на проблемы в подготовке пилотов к экстренным ситуациям и ошибках в процедурах управления полетами. В отчете отмечается, что даже при отключении системы стабилизации Адамс должен был иметь возможность управлять самолетом при помощи ручной системы управления.
Майкл Адамс был посмертно награждён званием астронавта США, так как во время последнего полёта преодолел границу космоса по американскому определению. Его имя и сегодня остается в истории американской космонавтики и авиации, напоминая о том, что путь к звёздам проходит через большие жертвы и опасности.
Научные и инженерные результаты.
Программа X-15, несмотря на свою рискованность и трудности, оказалась чрезвычайно плодотворной с научной и инженерной точки зрения.
Для начала, эксперименты проведенные во время миссий, позволили получить обширные данные о полётах на высоких скоростях и больших высотах. На основе этих данных были разработаны новые методы стабилизации и управления летательными аппаратами, что стало основой для создания и совершенствования многих последующих воздушных и космических судов.
X-15 также проложил путь для изучения физиологических эффектов космического полета на человека. Благодаря данным полетов, ученые смогли лучше понять, как организм человека реагирует на условия гиперзвукового полета и микрогравитации, что было критически важно для последующей эры пилотируемой космонавтики.
Ракетоплан также играл ключевую роль в разработке технологий повторного использования космического аппарата. Полеты обеспечили ценный опыт по возвращению космического аппарата обратно в атмосферу и успешной посадке на землю, что стало отправной точкой для разработки системы Space Shuttle и других космических кораблей, предназначенных для многократного использования.
Без сомнения, важнейший результат программы X-15 - это разработка и тестирование материалов, которые могут выдерживать экстремальные температуры при входе в атмосферу. Эти инженерные и материаловедческие достижения обеспечили успех многим космическим проектам, от орбитальных шаттлов до марсоходов.
Наследие.
Один из наиболее важных примеров наследия X-15 - это программа космического шаттла NASA. Многие из концепций и технологий, протестированных на X-15, использовались при проектировании и создании шаттлов. В частности такие, как системы реактивного управления и технологии теплозащиты.
Также X-15 послужил важным звеном в цепи развития межконтинентальных баллистических ракет. Многие аспекты аэродинамики, контроля и стабилизации, а также вопросы высокотемпературных материалов и теплообмена были изучены и реализованы именно на X-15.
Более того, X-15 имеет прямого наследника в лице SpaceShipTwo компании Virgin Galactic. SpaceShipTwo - это суборбитальный космический корабль с технологией воздушного старта, принцип работы которого сильно напоминает X-15. Несмотря на то что основное предназначение SpaceShipTwo - космический туризм, он берет за основу те же принципы взлета и посадки, что и его предшественник из 60х.
Заключение.
Ракетопланы X-15 помогли преодолеть множество технических и научных препятствий на пути к космосу. Сегодня, когда даже космический туризм становится все более доступным, стоит помнить о тех, кто проложил этот путь. X-15 - это один из пионеров, и его вклад в космическую эру будет запомнен всегда.
Несмотря на сложности и трагедии в ходе программы, этот аппарат обеспечил значительный технологический прогресс и намного опередил свое время. Сегодня мы можем сказать, что ракетоплан X-15 стал важным символом истории аэрокосмического исследования, воплощением упорства и дерзости человека в его стремлении достичь звезд.
