Быстрее и выше! История ракетоплана X-15

X-15 — это американский ракетоплан, который использовался для испытательных полетов в 1950–1960-х годах. Эти уникальные аппараты могли достигать пределов космоса и именно одному из них принадлежит рекорд пилотируемого полета в атмосфере.

Самый быстрый крылатый аппарат

3 октября 1967 года американский пилот стал самым быстрым человеком среди тех, кто оставался в пределах нашей планеты и использовал крылатый аппарат с собственным двигателем. Астронавты, стартующие в космос или возвращающиеся с орбиты, могут двигаться быстрее. Но у них это либо реактивный полет, без использования подъемной силы крыла, либо, наоборот, спуск с гашением орбитальной скорости.

Шестьдесят лет назад Уильям Найт разогнался до 7274 км/ч. Сейчас бы такой полет назвали гиперзвуковым. Он до сих пор самый быстрый в своем классе, потому что сейчас аппараты, подобные X-15 просто не используются и пилоты могут только мечтать, чтобы улететь так быстро. Что же это за транспортное средство?

Задумывались ли вы когда-нибудь, в чем разница между самолетом и ракетой? Вторая использует для полета только собственную тягу и потому не требует наличия возле воздуха. Первый использует значительно меньшую мощность для того, чтобы создать подъемную силу благодаря потоку набегающего воздуха на крыло с аэродинамическим профилем.

Но как использовать ракетный двигатель на аппарате с крыльями. В беспилотном варианте это будет крылатая ракета. Этот тип вооружения успешно используется со времен Второй мировой войны. Однако такие устройства преимущественно летят низко над Землей и потому не могут использовать основное преимущество сочетания ракетного двигателя и крыльев — создание подъемной силы даже в верхних слоях атмосферы, где воздух слишком разрежен, чтобы в нем держались обычные самолеты.

А самый интересный же вопрос и состоит в том, сложатся ли вместе преимущества ракеты и самолета в плане достижения высоты и скорости полета или наоборот, сумма недостатков сделает проект нежизнеспособным. Ответом на вопрос должен стать пилотируемый аппарат, который называется ракетопланом.

Впервые его предложил австрийский инженер Ойген Зенгер. В 1939 году в Третьем Рейхе он начал проект «Зильберфогель» («Серебряная птица»). Результатом должен стать бомбардировщик, стартовавший по суборбитальной траектории, а затем совершавший «парящий» высокоскоростной полет в верхних слоях атмосферы, совершая один полный облет земного шара. В процессе он должен был наносить удар по цели, которая находилась в тысяче километров от места старта. Перспектива была крайне заманчивой, ведь для «Зильберфогеля» не существовало понятий «слишком далеко» или «слишком плотная ПВО». На практике еще на стадии теоретического обоснования к идее возникло слишком много вопросов, поэтому дальше чертежей она так и не продвинулась.

В 1950-х к идеям Зенгера обратились ВВС США. Свой проект они назвали X-20 Dyna-Soar (от Dynamic Soaring, «динамическое парение») и это должен быть орбитальный бомбардировщик. Стартовать аппарат должен был в вертикальном положении, ускоряться с помощью ракеты-носителя, достигать верхних слоев атмосферы, а дальше совершать полет и садиться как самолет.

Разработки проекта Dyna-Soar велись с 1957 по 1963 год, и на этот раз дело дошло даже до создания наземного макета, но ни одного полета по программе совершено не было. Еще до того, как программа разработки орбитального бомбардировщика стартовала, было понятно, что люди слишком мало знают о том, как вообще летательный аппарат ведет себя на столь экстремальных скоростях и высотах. Предстояло строить чисто экспериментальный ракетоплан. Им и стал X-15.

Конструкция X-15

Создание X-15 началось в 1955 году компаниями North American Aviation и Reaction Motors. Идея его была проста: цилиндрический фюзеляж длиной 15 м, внутри которого находится кабина пилота, топливные баки, двигатель и кабина управления. По бокам от него — пара крыльев, размах которых составляет всего 6,81 м. В хвостовой части — пара горизонтальных и один вертикальный стабилизатор. Все это приводит в движение ракетный двигатель, расположенный в хвосте.

От ракеты X-15 досталась система небольших реактивных боковых двигателей, позволявших стабилизировать полет и изменять курс в условиях, когда аэродинамика уже не работает и автоматизированная система стабилизации полета.

Капсула пилота при достижении высоты в 11 км заполнялась нейтральным азотом, сам он при этом дышал с помощью кислородной маски. Также для его спасения была разработана система катапультирования, позволявшая оставлять аппарат на скоростях до 4 Мах и высоте до 23 км. Правда, за все время эксплуатации так ни разу и не воспользовались.

Конечно, вся эта конструкция слететь с обычного аэродрома просто не могла. Поэтому для нее была разработана система воздушного старта. Ракетоплан вместе с пилотом сбрасывали со специально модифицированного стратегического бомбардировщика B-52. На высоте 13,7 км при скорости 805 км/ч. Далее пилот включал ракетный двигатель и начинал свой полет, заканчивавшийся посадкой на дно сухого озера.

Полеты X-15

С начала работы над проектом и до 1958 года планировалось, что в конце концов будет создана модификация X-15В, которая будет стартовать на ракете вертикально и совершать суборбитальный полет. Однако после того, как в NASA приступили к работе по программе Mercury, эти планы отменили.

Первый полет X-15 совершил 8 июня 1959 года. Тогда им управлял пилот Скотт Кроссфилд, а двигатель вообще не включался. Аппарат просто спланировал на высокой скорости и совершил посадку.

Впервые двигатель на X-15 был включен во время полета в сентябре того же года. Тогда им руководил все тот же Скотт Кроссфилд. Он являлся единственным гражданским участником испытаний. Позже к нему присоединились его коллеги — военные и военно-морские летчики. Всего ракетоплан за годы его эксплуатации пилотировали 12 человек.

В общей сложности было построено три аппарата и два носителя для них. Сначала достижения были не такими уж большими. Например, уже упомянутый Кроссфилд за 14 полетов так и не достиг скорости больше 2000 км/ч и высоты выше 25 км. Однако уже в 45 полете, который совершал 9 ноября 1961 года Роберт Уайт, была достигнута скорость 6587 км/ч при максимальной высоте полета 30,9 км.

Самый известный участник полетов X-15 – Нил Армстронг. Прежде чем стать первым человеком, ступившим на Луну, он успел совершить 7 полетов на ракетоплане. Правда, особых успехов при этом не добился. Его коллеги были значительно результативнее.

В 13 полетах X-15 была преодолена отметка в 50 миль (80 км), которую американские военные тогда считали пределом космического пространства. Споры, считать ли семерых пилотов, совершивших эти полеты, астронавтами, продолжались затем десятилетиями. Их не было только в отношении Джозефа Волкера, так как он во время двух полетов, происходивших в июле и августе 1963 года, поднялся на высоту 106 и 108 км, что выше международно признанной границы в 100 км. К моменту завершения второго из них Волкер стал единственным в то время человеком, который успел побывать в космосе дважды, хотя и очень короткое время.

Рекордный полет

9 ноября 1962 г. проходил 74-й полет X-15. Пилотом был Джон Маккей. После отделения от носителя он выяснил, что двигатель работает всего 30 % мощности и не слушается управление. Было принято решение совершать аварийную посадку на дно высохшего озера. Перед этим Маккей смог сжечь значительную часть избыточного топлива.

Однако дальше все снова пошло не по плану, потому что у ракетоплана отказали закрылки и он не смог погасить скорость. В конце концов, машина перевернулась, но осталась относительно целой. А вот Маккею повезло больше, он получил серьезные сотрясения мозга и вынужден был досрочно завершить свою карьеру в военной авиации.

А вот сам ракетоплан удалось вернуть в эксплуатацию. Его даже модифицировали, продлив фюзеляж почти на метр. Аппарат, названный модификацией X-15A-2, стал экспериментальной площадкой, на которой испытывали идеи. Слишком смелы даже для остальных ракетопланов.

Именно на нем 3 октября 1967 Уильям Найт совершал полет номер 188. Дополнительное пространство, которое образовалось в фюзеляже после модернизации отдали под бак с жидким водородом. Он должен питать экспериментальный прямоточный двигатель. Однако последний так и не был завершен, поэтому вместо него на корпусе был установлен макет.

Под крыльями у X-15A-2 находились два дополнительных бака с топливом для его основного двигателя XLR-99. Ожидалось, что они обеспечат аппарату дополнительные 60 с ускорения. По плану Найт должен был разогнаться до большей, чем раньше, скорости, на которой в будущем должен был начинать работать прямоточный двигатель и посмотреть, что будет с машиной.

Инженеры ожидали, что из-за трения машина будет испытывать большой нагрев, который не выдержит даже никелевый сплав ее корпуса. Поэтому его дополнительно защитили абляционным покрытием как на космических кораблях. Однако оно до конца не помогло.

Ведь Найт разогнался до 7274 км/ч, что составляет 6,7 скорости звука. Корпус X-15A-2 разогрелся до 1480°С. Некоторое время ракетоплан держался. Согласно плану полета, он за 6 мин 10 секунд преодолел расстояние в 342,79 км и уже заходил на посадку, когда крепление макета прямоточного двигателя к корпусу окончательно прогорело и он оторвался. Сам ракетоплан продолжал снижаться. Найт пытался сбросить топливо, но из-за перегрева система не работала. Критическая температура была и у двигателя XLR-99. Однако Найту удалось завершить полет без аварии.

А вот его коллеге Майклу Адамсу повезло меньше. 15 ноября 1967 года он, согласно плану испытаний, выполнял новый суборбитальный полет. Он успешно достиг отметки в 81 км и начал спускаться, когда самолет рухнул в плоский штопор, проще говоря начал неконтролируемо вращаться вокруг оси, перпендикулярной его фюзеляжу.

Причиной тому, судя по всему, стала потеря ориентации пилотом. На высоте 36 км Адамсу удалось выйти из штопора, но самолет продолжал пикировать со сверхзвуковой скоростью. Через несколько секунд он врезался в землю и пилот погиб.

Через некоторое время программу X-15 закрыли после 199 полетов. Найт успел принять участие еще в трех полетах, затем перевелся в военную авиацию, совершил 253 боевых вылета во Вьетнаме, затем стал директором испытательного центра, мэром города, сенатором. Налетал 6000 часов на аппаратах более 100 типов.

До 1981 года, то есть до начала эксплуатации Space Shuttle Найт оставался человеком, совершившим самый быстрый полет в атмосфере Земли. Рекорд же пилотируемого полета с работающим двигателем до сих пор остается за ним.

Что касается программы X-15, то она хоть и не привела к созданию настоящего суборбитального самолета, была чрезвычайно успешной. Практически все, что человечество сейчас знает о гиперзвуковых полетах в верхних слоях атмосферы, известно благодаря ей. А значит новые рекорды высоты и скорости полета еще впереди.