North American X-15 — гиперзвуковой ракетный самолёт, эксплуатируемый ВВС США и Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) как часть серии экспериментальных самолётов X-plane . X-15 установил рекорды скорости и высоты в 1960-х годах, пересек границу открытого космоса и вернулся с ценными данными, используемыми в конструкции самолётов и космических кораблей . Самая высокая скорость X-15, 4520 миль в час (7274 км/ч; 2021 м/с), [1] была достигнута 3 октября 1967 года, [2] когда Уильям Дж. Найт пролетел со скоростью 6,7 Маха на высоте 102 100 футов (31 120 м), или 19,34 мили. Это был официальный мировой рекорд самой высокой скорости, когда-либо зафиксированной пилотируемым самолётом с двигателем, который остаётся непобитым. [3] [4]
В ходе программы X-15 12 пилотов совершили в общей сложности 199 полетов. [1] Из них 8 пилотов совершили в общей сложности 13 полетов, которые соответствовали критерию космических полетов ВВС , превысив высоту 50 миль (80 км), что позволило этим пилотам стать астронавтами ; из этих 13 полетов два (выполненные одним и тем же гражданским пилотом) соответствовали определению FAI (100 километров (62 мили)) космического пространства . 5 пилотов ВВС сразу же получили квалификацию военных астронавтов , в то время как 3 гражданских пилота в конечном итоге были награждены крыльями астронавтов НАСА в 2005 году, через 35 лет после последнего полета X-15. [5] [6]
X-15 был основан на концептуальном исследовании Вальтера Дорнбергера для Национального консультативного комитета по аэронавтике (NACA) гиперзвукового исследовательского самолета. [7] Запросы предложений (RFP) были опубликованы 30 декабря 1954 года для планера и 4 февраля 1955 года для ракетного двигателя . X-15 был построен двумя производителями: North American Aviation получила контракт на планер в ноябре 1955 года, а Reaction Motors получила контракт на производство двигателей в 1956 году.
Как и многие самолеты серии X , X-15 был разработан для подъема в воздух и десантирования из-под крыла базового корабля B-52 . Самолеты-носители для всех полетов X-15 служили самолетами ВВС NB-52A, «The High and Mighty One» (серийный номер 52-0003), и NB-52B, «The Challenger» (серийный номер 52-0008, также известный как Balls 8 ). Выпуск X-15 из NB-52A происходил на высоте около 8,5 миль (13,7 км) (45 000 футов) и скорости около 500 миль в час (805 км/ч). [8] Фюзеляж X-15 был длинным и цилиндрическим, с задними обтекателями , которые делали его внешний вид плоским, и толстыми, спинными и подфюзеляжными клиновидными стабилизаторами. Части фюзеляжа (внешняя обшивка [9] ) были изготовлены из жаропрочного никелевого сплава ( Inconel -X 750). [7] Убирающееся шасси состояло из тележки носового колеса и двух задних полозьев. Полозья не выходили за пределы подфюзеляжного киля , что требовало от пилота сбрасывать нижний киль непосредственно перед посадкой. Нижний киль спасался на парашюте.
X-15 был продуктом исследований в области разработки, и в ходе программы и между различными моделями в различные системы были внесены изменения. X-15 эксплуатировался в нескольких различных сценариях, включая присоединение к самолету-носителю, падение, запуск и ускорение основного двигателя, баллистический полет в разреженном воздухе/космосе, возвращение в более плотный воздух, безмоторное планирование для посадки и прямую посадку без запуска основного двигателя. Основной ракетный двигатель работал только в течение относительно короткой части полета, но разгонял X-15 до его высоких скоростей и высот. Без тяги основного ракетного двигателя приборы и поверхности управления X-15 оставались функциональными, но самолет не мог поддерживать высоту.
Поскольку X-15 также приходилось управлять в среде, где было слишком мало воздуха для аэродинамических поверхностей управления полетом , он имел систему управления реакцией (RCS), которая использовала ракетные двигатели. [10] Существовало две различные установки управления пилотом X-15: одна использовала три джойстика, другая — один джойстик. [11]
Тип X-15 с несколькими ручками управления для пилота размещал традиционную центральную ручку между левым 3-осевым джойстиком, который отправлял команды в систему управления реакцией, [12] и третьим джойстиком справа, который использовался во время маневров с высокой перегрузкой для дополнения центральной ручки. [12] В дополнение к вводу пилота, X-15 « Система повышения устойчивости » (SAS) отправляла вводы на аэродинамические органы управления, чтобы помочь пилоту поддерживать контроль положения . [12] Система управления реакцией (RCS) могла работать в двух режимах — ручном и автоматическом. [11] Автоматический режим использовал функцию, называемую «Система повышения реакции» (RAS), которая помогала стабилизировать транспортное средство на большой высоте. [11] RAS обычно использовалась в течение приблизительно трех минут полета X-15 перед автоматическим отключением питания. [11]
Альтернативная схема управления использовала систему управления полетом MH-96, которая позволяла использовать один джойстик вместо трех и упрощала управление пилотом. [13] MH-96 мог автоматически сочетать аэродинамическое и ракетное управление, в зависимости от того, насколько эффективна каждая система при управлении самолетом. [13]
Среди многочисленных элементов управления были дроссельная заслонка ракетного двигателя и управление сбросом подфюзеляжного хвостового плавника. [12] Другие особенности кабины включали подогрев окон для предотвращения обледенения и передний подголовник для периодов сильного замедления. [12]
X-15 имел катапультируемое кресло, рассчитанное на работу на скоростях до 4 Маха (4500 км/ч; 2800 миль/ч) и/или на высоте 120 000 футов (37 км) (23 мили), хотя оно никогда не использовалось во время программы. [12] В случае катапультирования кресло было спроектировано так, чтобы раскрывать стабилизаторы, которые использовались до тех пор, пока самолет не достигал более безопасной скорости/высоты, на которой можно было раскрыть свой основной парашют. [12] Пилоты носили скафандры, в которых можно было нагнетать давление азотом. [12] Выше высоты 35 000 футов (11 км) кабина была нагнетена до 3,5 фунтов на квадратный дюйм (24 кПа; 0,24 атм) азотом, в то время как кислород для дыхания подавался пилоту отдельно. [12]
В первых 24 полетах использовались два жидкостных ракетных двигателя Reaction Motors XLR11 , улучшенных для обеспечения общей тяги в 16 000 фунтов силы (71 кН) по сравнению с 6000 фунтами силы (27 кН), которые обеспечивал один XLR11 в 1947 году, что сделало Bell X-1 первым самолетом, летавшим быстрее скорости звука . XLR11 использовал этиловый спирт и жидкий кислород .
К ноябрю 1960 года Reaction Motors поставила ракетный двигатель XLR99 , создающий 57 000 фунтов силы (250 кН) тяги. Оставшиеся 175 полетов X-15 использовали двигатели XLR99 в одномоторной конфигурации. XLR99 использовал безводный аммиак и жидкий кислород в качестве топлива, а также перекись водорода для привода высокоскоростного турбонасоса , который подавал топливо в двигатель. [10] Он мог сжигать 15 000 фунтов (6 804 кг) топлива за 80 секунд; [10] Жюль Бергман назвал свою книгу о программе « Девяносто секунд до космоса», чтобы описать общее время полета самолета с двигателем. [14]
Система управления реакцией (RCS) X-15 для маневрирования в условиях низкого давления/плотности использовала высокотемпературную перекись водорода (HTP), которая в присутствии катализатора разлагается на воду и кислород и могла обеспечить удельный импульс 140 с (1,4 км/с). [11] [15] HTP также снабжала топливом турбонасос для главных двигателей и вспомогательных силовых установок (ВСУ). [10] Дополнительные баки для гелия и жидкого азота выполняли другие функции; внутренняя часть фюзеляжа продувалась газообразным гелием, а жидкий азот использовался в качестве охлаждающей жидкости для различных систем. [10]
У X-15 был толстый клиновидный хвост, позволяющий ему летать устойчиво на гиперзвуковых скоростях. [16] Это создавало значительное базовое сопротивление на более низких скоростях; [16] тупой конец в задней части X-15 мог создавать такое же сопротивление, как целый истребитель F-104 Starfighter . [16]
Клиновидная форма была использована, поскольку она более эффективна, чем обычный хвост, в качестве стабилизирующей поверхности на гиперзвуковых скоростях. Площадь вертикального хвоста, равная 60 процентам площади крыла, требовалась для придания X-15 адекватной курсовой устойчивости.
— Уэнделл Х. Стиллвелл, Результаты исследований X-15 (SP-60)
Устойчивость на гиперзвуковых скоростях обеспечивалась боковыми панелями, которые можно было выдвинуть из хвоста, чтобы увеличить общую площадь поверхности, и эти панели также выполняли функцию воздушных тормозов. [16]
До 1958 года должностные лица ВВС США (USAF) и NACA обсуждали орбитальный космический самолет X-15 , X-15B, который должен был запускаться в космос с ракеты SM-64 Navaho . Это было отменено, когда NACA стало NASA и вместо этого приняло проект Mercury .
К 1959 году программа космического планера Boeing X-20 Dyna-Soar должна была стать предпочтительным средством ВВС США для запуска военных пилотируемых космических кораблей на орбиту. Эта программа была отменена в начале 1960-х годов до того, как был построен действующий аппарат. [5] Рассматривались различные конфигурации Navaho, и еще одно предложение включало ступень Titan I. [17]
Было построено три самолета X-15, совершивших 199 испытательных полетов, последний из которых состоялся 24 октября 1968 года.
Первый полет X-15 был безмоторным планирующим полетом Скотта Кроссфилда 8 июня 1959 года. Кроссфилд также пилотировал первый полет с двигателем 17 сентября 1959 года и свой первый полет с ракетным двигателем XLR-99 15 ноября 1960 года. Двенадцать летчиков-испытателей летали на X-15. Среди них были Нил Армстронг , впоследствии астронавт НАСА и первый человек, ступивший на Луну, и Джо Энгл , впоследствии командир миссий NASA Space Shuttle .
В предложении 1962 года НАСА рассматривало возможность использования B-52/X-15 в качестве стартовой платформы для ракеты Blue Scout, которая могла бы выводить на орбиту спутники весом до 150 фунтов (68 кг). [17] [18]
В июле и августе 1963 года пилот Джо Уокер превысил высоту 100 км , присоединившись к астронавтам НАСА и советским космонавтам в качестве первых людей, пересекших эту линию на пути в открытый космос . ВВС США наградили крыльями астронавта любого, кто достиг высоты 50 миль (80 км), в то время как FAI установил предел космоса в 100 километров (62,1 мили).
15 ноября 1967 года летчик-испытатель ВВС США майор Майкл Дж. Адамс погиб во время полета X-15 191 , когда X-15-3, бортовой номер AF 56-6672 , вошел в гиперзвуковой штопор при снижении, а затем резко заколебался, поскольку аэродинамические силы возросли после входа в атмосферу. Когда система управления полетом его самолета довела управляющие поверхности до предела, ускорение достигло 15 g 0 (150 м/с 2 ) по вертикали и 8,0 g 0 (78 м/с 2 ) по бокам. Планер развалился на высоте 60 000 футов (18 км), разбросав обломки X-15 на площади 50 квадратных миль (130 км 2 ). 8 мая 2004 года на месте крушения, недалеко от Йоханнесбурга, Калифорния , был установлен памятник . [19] Майор Адамс был посмертно награжден крыльями астронавта ВВС за свой последний полет на X-15-3, который достиг высоты 50,4 миль (81,1 км). В 1991 году его имя было добавлено в Мемориал астронавтов . [19]
Второй самолет, X-15-2, был перестроен [20] после аварии при посадке 9 ноября 1962 года, в результате которой был поврежден аппарат и ранен его пилот Джон Маккей . [21] Новый самолет, переименованный в X-15A-2 , имел новое 28-дюймовое удлинение фюзеляжа для перевозки жидкого водорода. [1] Он был удлинен на 2,4 фута (73 см), имел пару вспомогательных топливных баков, прикрепленных под его фюзеляжем и крыльями, и было добавлено полное термостойкое абляционное покрытие. Он совершил первый полет 25 июня 1964 года. Он достиг максимальной скорости 4520 миль в час (7274 км/ч) в октябре 1967 года под управлением пилота Уильяма «Пита» Найта из ВВС США .
В ходе программы X-15 использовались пять основных самолетов: три самолета X-15 и два модифицированных «нестандартных» бомбардировщика NB-52 :
Кроме того, программу поддерживали самолеты сопровождения F-100 , F-104 и F5D , а также транспортные самолеты C-130 и C-47 . [22]
200-й полет над Невадой был впервые запланирован на 21 ноября 1968 года, его должен был выполнить Уильям «Пит» Найт. Многочисленные технические проблемы и плохие погодные условия задерживали этот запланированный полет шесть раз, и он был окончательно отменен 20 декабря 1968 года. Этот X-15 (56-6670) был отсоединен от B-52, а затем отправлен на бессрочное хранение. Позднее самолет был передан в дар Смитсоновскому музею авиации и космонавтики для показа.
Оба сохранившихся X-15 в настоящее время экспонируются в музеях США. Кроме того, на выставке также представлены три макета и оба B-52 Stratofortress, использовавшиеся в качестве базовых кораблей.
В 13 из 199 полетов X-15 восемь пилотов пролетели на высоте более 264 000 футов (50,0 миль; 80 км), тем самым получив статус астронавтов в соответствии с определением Вооруженных сил США космической границы . Все пять пилотов ВВС пролетели на высоте более 50 миль и были награждены крыльями военного астронавта одновременно со своими достижениями, включая Адамса, который получил это отличие посмертно после катастрофы рейса 191. [ 24] Однако остальные трое были сотрудниками НАСА и не получили сопоставимой награды в то время. В 2004 году Федеральное управление гражданской авиации США присудило свои первые в истории крылья коммерческого астронавта Майку Мелвиллу и Брайану Бинни , пилотам коммерческого SpaceShipOne , другого космического самолета с профилем полета, сопоставимым с профилем полета X-15. После этого в 2005 году НАСА задним числом присудило свои крылья гражданского астронавта Дане (тогда еще живому), а также Маккею и Уокеру (посмертно). [25] [26] Форрест С. Петерсен, единственный пилот ВМС в программе X-15, ни разу не поднимал самолет выше требуемой высоты и, таким образом, не получил крыльев астронавта.
Из тринадцати полетов только два — рейсы 90 и 91, пилотируемые Уокером , — превысили высоту 100 км (62 мили), используемую FAI для обозначения линии Кармана .
† фатальный
† Погиб в результате крушения X-15-3
†† Погиб в результате несчастного случая при выполнении группового полета 8 июня 1966 года.
Другие конфигурации включают X-15, оснащенный Reaction Motors XLR11 , и удлиненную версию.
Данные из [31]
Общая характеристика
Производительность
Самолеты сопоставимой роли, конфигурации и эпохи
Связанные списки
4520 миль в час (6,7 Маха 3 октября 1967 г.,
активно занимался как пилотажными, так и инженерными аспектами программы X-15 с самого ее начала. Он совершил первый полет на самолете, оснащенном новым датчиком направления потока (шаровой нос), и первый полет на X-15, оснащенном самоадаптирующейся системой управления полетом. Он тесно сотрудничал с конструкторами и инженерами при разработке адаптивной системы и совершил семь полетов на ракетоплане с декабря 1960 по июль 1962 года.
.jpg/1280px-X-15_profiles_(English).jpg)
