North American X-15 — гиперзвуковой самолет с ракетным двигателем, эксплуатируемый ВВС США и Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) в рамках серии экспериментальных самолетов X-plane . X-15 установил рекорды скорости и высоты в 1960-х годах, пересек границу космического пространства и вернулся с ценными данными, использованными при проектировании самолетов 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 летел со скоростью 6,7 Маха на высоте 102 100 метров. футов (31 120 м), или 19,34 мили. Это установило официальный мировой рекорд самой высокой скорости, когда-либо зарегистрированной для пилотируемого самолета с двигателем, который до сих пор не побит. [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 квалифицировало этих пилотов как астронавтов ; из этих 13 полетов два (выполняемые одним и тем же гражданским пилотом) соответствовали определению космического пространства FAI (100 километров (62 мили)) . Пять пилотов ВВС сразу же получили квалификацию военных астронавтов , а трое гражданских пилотов в конечном итоге получили крылья астронавтов НАСА в 2005 году, через 35 лет после последнего полета X-15. [5] [6]
X-15 был основан на концептуальном исследовании гиперзвукового исследовательского самолета, проведенном Уолтером Дорнбергером для Национального консультативного комитета по аэронавтике (NACA) . [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 поставку планера в ноябре 1955 года, а Reaction Motors получила контракт на производство двигателей в 1956 году.
Как и многие самолеты серии X , X-15 был спроектирован для подъема в воздух и десантирования из-под крыла базового корабля B-52 . ВВС NB-52A, «Великий и Могучий» (серийный номер 52-0003), и NB-52B, «Челленджер» (серийный номер 52-0008, также известный как Balls 8 ) служили самолетами-носителями для всех X-15. полеты. Выпуск Х-15 из НБ-52А происходил на высоте около 8,5 миль (13,7 км) и скорости около 500 миль в час (805 км/ч). [8] Фюзеляж Х-15 был длинным и цилиндрическим, с задними обтекателями , которые уплощали его внешний вид, и толстыми, спинным и подфюзеляжным клиновидными стабилизаторами. Детали фюзеляжа (внешняя обшивка [9] ) изготавливались из жаростойкого никелевого сплава ( Инконель -Х 750). [7] Убирающееся шасси состояло из лафета носового колеса и двух задних полозьев. Полозья не выходили за пределы подфюзеляжного киля , что требовало от пилота отбросить нижний плавник непосредственно перед приземлением. Нижний плавник был поднят с помощью парашюта.
X-15 был продуктом опытно-конструкторских исследований, и в ходе программы и между различными моделями в различные системы вносились изменения. X-15 эксплуатировался по нескольким различным сценариям, включая прикрепление к самолету-носителю, падение, запуск и ускорение основного двигателя, баллистический полет в разреженный воздух/космос, повторный вход в более плотный воздух, планирование без двигателя для посадки и прямую посадку без запуск главного двигателя. Главный ракетный двигатель проработал лишь относительно короткую часть полета, но разогнал Х-15 до высоких скоростей и высот. Без тяги главного двигателя приборы и рули Х-15 оставались работоспособными, однако самолет не мог поддерживать высоту.
Поскольку Х-15 также приходилось управлять в условиях, когда воздуха для аэродинамических поверхностей управления полетом было слишком мало , у него была система управления реакцией (RCS), в которой использовались ракетные двигатели. [10] Было две разные схемы управления пилотом Х-15: в одной использовались три джойстика, в другой — один джойстик. [11]
Тип X-15 с несколькими джойстиками управления для пилота располагал традиционный центральный джойстик между левым 3-осевым джойстиком, который отправлял команды в систему управления реакцией, [12] и третьим правым джойстиком, используемым во время маневров с высокой перегрузкой для увеличить центральную ручку. [12] В дополнение к сигналам пилота, « Система повышения устойчивости » (SAS) X-15 отправляла данные на аэродинамические средства управления, чтобы помочь пилоту поддерживать ориентацию . [12] Система управления реакцией (СДУ) могла работать в двух режимах – ручном и автоматическом. [11] В автоматическом режиме использовалась функция под названием «Система усиления реакции» (RAS), которая помогала стабилизировать машину на большой высоте. [11] RAS обычно использовалась в течение примерно трех минут полета X-15 перед автоматическим отключением питания. [11]
В альтернативной схеме управления использовалась система управления полетом MH-96, которая позволяла использовать один джойстик вместо трех и упрощала действия пилота. [13] MH-96 мог автоматически сочетать аэродинамическое и ракетное управление, в зависимости от того, насколько эффективна каждая система при управлении самолетом. [13]
Среди множества органов управления были дроссельная заслонка ракетного двигателя и рычаг сброса подфюзеляжного хвостового киля. [12] Другие особенности кабины включали окна с подогревом для предотвращения обледенения и передний подголовник в периоды сильного замедления. [12]
X-15 имел катапультное кресло, рассчитанное на работу на скоростях до 4 Маха (4500 км/ч; 2800 миль в час) и/или на высоте 120 000 футов (37 км), хотя во время программы оно никогда не использовалось. [12] В случае катапультирования сиденье было спроектировано так, чтобы раскрывать плавники, которые использовались до тех пор, пока оно не достигло более безопасной скорости/высоты, на которой можно раскрыть основной парашют. [12] Пилоты носили скафандры, в которых можно было герметизировать газообразный азот. [12] На высоте 35 000 футов (11 км) в кабине создавалось давление до 3,5 фунтов на квадратный дюйм (24 кПа; 0,24 атм) газообразным азотом, а кислород для дыхания подавался пилоту отдельно. [12]
В первых 24 полетах с двигателями использовались два жидкостных ракетных двигателя Reaction Motors XLR11 , улучшенные для обеспечения общей тяги в 16 000 фунтов силы (71 кН) по сравнению с 6 000 фунтов силы (27 кН), которые обеспечивал один XLR11 в первом полете. В 1947 году Bell X-1 стал первым самолетом, летающим быстрее скорости звука . В XLR11 использовался этиловый спирт и жидкий кислород .
К ноябрю 1960 года Reaction Motors поставила ракетный двигатель XLR99 , создающий тягу 57 000 фунтов силы (250 кН). В остальных 175 полетах Х-15 использовались двигатели XLR99 в одномоторной конфигурации. В XLR99 в качестве топлива использовался безводный аммиак и жидкий кислород, а для привода высокоскоростного турбонасоса, подававшего топливо в двигатель, использовалась перекись водорода. [10] Он мог сжечь 15 000 фунтов (6 804 кг) топлива за 80 секунд; [10] Жюль Бергман назвал свою книгу по программе « Девяносто секунд до космоса» , чтобы описать общее время полета самолета с двигателем. [14]
В системе управления реакцией (СУР) Х-15 для маневрирования в среде низкого давления/плотности использовался высокопрочный пероксид (HTP), который в присутствии катализатора разлагается на воду и кислород и может обеспечить специфический импульс 140 с (1,4 км/с). [11] [15] ПВТ также заправлял турбонасос для главных двигателей и вспомогательных силовых агрегатов (ВСУ). [10] Дополнительные баки для гелия и жидкого азота выполняли и другие функции; Внутренняя часть фюзеляжа продувалась газообразным гелием, а в качестве охлаждающей жидкости для различных систем использовался жидкий азот. [10]
У Х-15 было толстое клинообразное хвостовое оперение, позволяющее ему устойчиво летать на гиперзвуковых скоростях. [16] Это привело к значительному базовому сопротивлению на более низких скоростях; [16] тупой конец в задней части X-15 мог создавать такое же сопротивление, как целый истребитель F-104 . [16]
Была использована форма клина, поскольку она более эффективна, чем обычное хвостовое оперение, в качестве стабилизирующей поверхности на гиперзвуковых скоростях. Для обеспечения адекватной курсовой устойчивости Х-15 требовалась площадь вертикального оперения, равная 60 процентам площади крыла.
- Венделл Х. Стиллвелл, Результаты исследований X-15 (SP-60)
Стабильности на гиперзвуковых скоростях способствовали боковые панели, которые можно было выдвигать от хвоста для увеличения общей площади поверхности, и эти панели выполняли функцию пневматических тормозов. [16]
До 1958 года представители ВВС США (ВВС США) и NACA обсуждали орбитальный космический самолет X-15 , X-15B , который будет запускаться в космическое пространство с помощью ракеты SM-64 Navaho . Это было отменено, когда NACA стало НАСА и вместо этого приняло проект «Меркурий» .
К 1959 году программа космических планеров Boeing X-20 Dyna-Soar должна была стать предпочтительным средством ВВС США для вывода на орбиту военных пилотируемых космических кораблей. Эта программа была отменена в начале 1960-х годов, прежде чем удалось построить действующую машину. [5] Рассматривались различные конфигурации «Навахо», и еще одно предложение касалось ступени «Титан I». [17]
Было построено три Х-15, совершивших 199 испытательных полетов, последний из которых состоялся 24 октября 1968 года.
Первым полетом X-15 был планирующий полет без двигателя 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 испытаний пилоты летали на Х-15. Среди них были Нил Армстронг , позже астронавт НАСА и первый человек, ступивший на Луну, и Джо Энгл , позже командир миссии космического корабля НАСА .
В предложении 1962 года НАСА рассматривало возможность использования B-52/X-15 в качестве стартовой платформы для ракеты Blue Scout для вывода на орбиту спутников 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 и став первым человеком, пересекшим эту черту на пути в космическое пространство . ВВС США вручили крылья космонавта любому, кто достигнет высоты 50 миль (80 км), в то время как ФАИ установило предел космоса на уровне 100 километров (62,1 мили).
15 ноября 1967 года летчик-испытатель ВВС США майор Майкл Дж. Адамс погиб во время рейса 191 X-15, когда X-15-3, AF Ser. № 56-6672 , во время снижения вошел в гиперзвуковое вращение, а затем сильно колебался, поскольку после входа в атмосферу аэродинамические силы увеличились. Поскольку система управления полетом его самолета использовала поверхности управления на пределе своих возможностей, ускорение достигло 15 g 0 (150 м/с 2 ) по вертикали и 8,0 g 0 (78 м/с 2 ) в поперечном направлении. 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 кабины пилотов, недалеко от Йоханнесбурга, Калифорния, был установлен памятник . [19] Майор Адамс был посмертно награжден крыльями астронавта ВВС за свой последний полет на Х-15-3, который достиг высоты 50,4 мили (81,1 км). В 1991 году его имя было внесено в Мемориал космонавта . [19]
Второй самолет, Х-15-2, был восстановлен [20] после аварии при приземлении 9 ноября 1962 года, в результате которой корабль был поврежден, а его пилот Джон Маккей получил ранения . [21] Новый самолет, переименованный в Х-15А-2 , имел новый 28-дюймовый двигатель. удлинение фюзеляжа для перевозки жидкого водорода. [1] Он был удлинен на 2,4 фута (73 см), имел пару вспомогательных топливных баков, прикрепленных под фюзеляжем и крыльями, а также было добавлено полное термостойкое абляционное покрытие. Впервые он поднялся в воздух 25 июня 1964 года. Максимальной скорости в 4520 миль в час (7274 км/ч) он достиг в октябре 1967 года под управлением пилота ВВС США Уильяма «Пита» Найта .
В рамках программы Х-15 использовались пять основных самолетов: три самолета Х-15 и два модифицированных «нестандартных» бомбардировщика НБ-52 :
Кроме того, программу поддерживали самолеты- преследователи F-100 , F-104 и F5D , а также транспортные самолеты C-130 и C-47 . [22]
200-й полет над Невадой впервые был запланирован на 21 ноября 1968 года, его пилотировал Уильям «Пит» Найт. Из-за многочисленных технических проблем и плохих погодных условий этот предполагаемый рейс задерживался шесть раз, и он был окончательно отменен 20 декабря 1968 года. Этот X-15 (56-6670) был отсоединен от B-52 и затем помещен на неопределенное хранение. Позже самолет был передан в дар Смитсоновскому музею авиации и космонавтики для экспонирования.
Во время 13 из 199 полетов X-15 восемь пилотов пролетели на высоте более 264 000 футов (50,0 миль; 80 км), тем самым получив квалификацию астронавтов в соответствии с определением космической границы Вооруженных сил США . Все пять пилотов ВВС пролетели более 50 миль и были награждены крыльями военного астронавта одновременно со своими достижениями, включая Адамса, который получил эту награду посмертно после катастрофы рейса 191. [24] Однако трое других были сотрудниками НАСА и в то время не получили сопоставимой награды. В 2004 году Федеральное управление гражданской авиации вручило свои первые в истории крылья коммерческого астронавта Майку Мелвиллу и Брайану Бинни , пилотам коммерческого корабля SpaceShipOne , еще одного космического самолета с профилем полета, сравнимым с профилем полета X-15. После этого в 2005 году НАСА задним числом вручило крылья гражданского космонавта Дане (тогда еще жившей), а также Маккею и Уокеру (посмертно). [25] [26] Форрест С. Петерсен, единственный пилот ВМФ в программе X-15, никогда не поднимал самолет выше необходимой высоты и, таким образом, никогда не зарабатывал крылья космонавта.
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 при крушении X-15-3
†† Погиб в результате несчастного случая при формировании группы 8 июня 1966 года.
Другие конфигурации включают X-15, оснащенный Reaction Motors XLR11 , и длинную версию.
Данные из [31]
Общие характеристики
Производительность
Самолеты сопоставимой роли, конфигурации и эпохи
Связанные списки
4520 миль в час (6,7 Маха 3 октября 1967 г.,
Армстронг активно участвовал как в пилотировании, так и в инженерных аспектах программы X-15 с самого начала.
Он совершил первый полет на самолете, оснащенном новым датчиком направления потока (сферическим носом), и первый полет на Х-15, оснащенном самоадаптирующейся системой управления полетом.
Он тесно сотрудничал с конструкторами и инженерами при разработке адаптивной системы и с декабря 1960 по июль 1962 года совершил семь полетов на ракетоплане.
