X-15 — це американський ракетоплан, який використовувався для випробувальних польотів у 1950–1960-х роках. Ці унікальні апарати могли досягати межі космосу, і саме одному з них належить рекорд пілотованого польоту в атмосфері.
Найшвидший крилатий апарат
3 жовтня 1967 року американський пілот став найшвидшою людиною серед тих, що лишалися в межах нашої планети й використовували крилатий апарат із власним двигуном. Астронавти, що стартують у космос чи повертаються з орбіти, можуть рухатися швидше. Але у них це або реактивний політ, без використання підіймальної сили крила, або, навпаки, спуск із гасінням орбітальної швидкості.
Шістдесят років тому Вільям Найт розігнався до 7274 км/год. Зараз такий політ назвали б гіперзвуковим. Він і досі є найшвидшим у своєму класі, бо зараз апарати, подібні до X-15 просто не використовуються, і пілоти можуть тільки мріяти, аби полетіти так швидко. То що ж це за транспортний засіб?
Чи замислювалися ви коли-небудь, у чому різниця між літаком і ракетою? Друга використовує для польоту лише власну тягу і тому не потребує наявності поруч повітря. Перший використовує значно меншу потужність для того, аби створити підіймальну силу завдяки потоку повітря що набігає на крило з аеродинамічним профілем.
Але що як використати ракетний двигун на апараті з крилами. У безпілотному варіанті це буде крилата ракета. Цей тип озброєння успішно використовується з часів Другої світової війни. Проте такі пристрої переважно летять низько над Землею і тому не можуть використати основної переваги поєднання ракетного двигуна і крил — створення підіймальної сили навіть у верхніх шарах атмосфери, де повітря занадто розріджене, аби в ньому трималися звичайні літаки.
А найцікавіше ж питання саме і полягає в тому, чи складуться разом переваги ракети й літака у плані досягнення висоти й швидкості польоту чи навпаки, сума недоліків зробить проєкт нежиттєздатним. Відповіддю на питання мав стати пілотований апарат, який називається ракетопланом.
Вперше його запропонував австрійський інженер Ойген Зенгер. У 1939 році у Третьому Рейху він розпочав проєкт «Зільберфогель» («Срібний птах»). Результатом мав стати бомбардувальник, який стартував по суборбітальній траєкторії, а потім здійснював «ширяючий» високошвидкісний політ у верхніх шарах атмосфери, здійснюючи один повний обліт земної кулі. У процесі він мав завдавати удар по цілі, яка перебувала за тисячі кілометрів від місця старту. Перспектива була вкрай заманливою, адже для «Зільберфогеля» не існувало понять «занадто далеко» чи «занадто щільна ППО». На практиці ще на стадії теоретичного обґрунтування до ідеї виникло занадто багато запитань, тож далі креслень вона так і не просунулася.
У 1950-х до ідей Зенгера звернулися ВПС США. Свій проєкт вони назвали X-20 Dyna-Soar (від Dynamic Soaring, «динамічне ширяння») і це мав бути орбітальний бомбардувальник. Стартувати апарат мав у вертикальному положенні, прискорюватися за допомогою ракети-носія, досягати верхніх шарів атмосфери, а далі здійснювати політ і сідати як літак.
Розробки проєкту Dyna-Soar велися з 1957 по 1963 рік, і цього разу справа дійшла навіть до створення наземного макета, але жодного польоту за програмою здійснено не було. Ще до того, як програма розробки орбітального бомбардувальника стартувала, було зрозуміло, що люди занадто мало знають про те, як взагалі літальний апарат поводиться на таких екстремальних швидкостях і висотах. Треба було будувати чисто експериментальний ракетоплан. Ним і став X-15.
Конструкція X-15
Створення X-15 розпочалося 1955 року компаніями North American Aviation та Reaction Motors. Ідея його була простою: циліндричний фюзеляж завдовжки 15 м, всередині якого кабіна пілота, паливні баки, двигун та кабіна керування. По боках від нього — пара крил, розмах яких становить лише 6,81 м. У хвостовій частині — пара горизонтальних і один вертикальний стабілізатор. Рухає все це ракетний двигун, розташований у хвості.
Від ракети X-15 дісталася система невеликих реактивних бокових двигунів, які дозволяли стабілізувати політ та змінювати курс в умовах, коли аеродинаміка вже не працює й автоматизована система стабілізації польоту.
Капсула пілота під час досягнення висоти у 11 км заповнювалася нейтральним азотом, сам він при цьому дихав за допомогою кисневої маски. Також для його порятунку була розроблена система катапультування, яка дозволяла залишати апарат на швидкостях до 4 Мах і висоті до 23 км. Щоправда, за весь час експлуатації нею так жодного разу і не скористалися.
Звичайно, що вся ця конструкція злетіти зі звичайного аеродрому просто не могла. Тому для неї розробили систему повітряного старту. Ракетоплан разом із пілотом скидали зі спеціально модифікованого стратегічного бомбардувальника B-52 на висоті 13,7 км при швидкості 805 км/год. Далі пілот вмикав ракетний двигун і розпочинав свій політ, який завершувався посадкою на дно сухого озера.
Польоти X-15
Від початку роботи над проєктом і до 1958 року планувалося, що зрештою буде створено модифікацію X-15В, яка буде стартувати на ракеті вертикально і здійснювати суборбітальний політ. Проте після того, як у NASA розпочали роботи за програмою Mercury, ці плани скасували.
Перший політ X-15 здійснив 8 червня 1959 року. Тоді ним керував пілот Скотт Кроссфілд, а двигун взагалі не вмикався. Апарат просто спланував на високій швидкості й здійснив посадку.
Вперше двигун на X-15 увімкнули під час польоту у вересні того ж року. Тоді ним керував все той самий Скотт Кроссфілд. Він був єдиним цивільним учасником випробувань. Пізніше до нього приєдналися його колеги — військові і військово-морські льотчики. Загалом ракетоплан за роки його експлуатації пілотували 12 людей.
Загалом було збудовано три апарати й два носії для них. Спочатку досягнення були не такими вже й великими. Наприклад, вже згаданий Кроссфілд за 14 польотів так і не досяг швидкості, більшої за 2000 км/год і висоти, вище за 25 км. Проте вже у 45 польоті, який здійснював 9 листопада 1961 року Роберт Вайт, була досягнута швидкість 6587 км/год за максимальної висоти польоту 30,9 км.
Найвідоміший учасник польотів X-15 — Ніл Армстронг. Перш ніж стати першою людиною, що ступила на Місяць, він встиг здійснити 7 польотів на ракетоплані. Щоправда, особливих успіхів при цьому не досяг. Його колеги були значно результативнішими.
У 13 польотах X-15 була подолана позначка у 50 миль (80 км), яку американські військові тоді вважали межею космічного простору. Суперечки, чи вважати сімох пілотів, які здійснили ці польоти, астронавтами, тягнулися потім десятиліттями. Їх не було лише щодо Джозефа Волкера, бо він під час двох польотів, які відбувалися у липні та серпні 1963-го, піднявся на висоту 106 та 108 км, що вище за міжнародно визнану межу у 100 км. На момент завершення другого з них Волкер став єдиною на той час людиною, що встигла побувати у космосі двічі, хоча й дуже короткий час.
Рекордний політ
9 листопада 1962 року проходив 74-й політ X-15. Пілотом був Джон Маккей. Після відділення від носія він з’ясував, що двигун працює лише 30 % потужності й не слухається керування. Було ухвалене рішення здійснювати аварійну посадку на дно висохлого озера. Перед цим Маккей зміг спалити значну частину надлишкового палива.
Однак далі все знову пішло не за планом, бо у ракетоплана відмовили закрилки й він не зміг погасити швидкість. Зрештою машина перевернулася, але лишилася відносно цілою. А ось Маккею пощастило більше, він дістав серйозного струсу мозку і вимушений був достроково завершити свою кар’єру у військовій авіації.
А ось сам ракетоплан вдалося повернути в експлуатацію. Його навіть модифікували, подовживши фюзеляж майже на метр. Апарат, який назвали модифікацією X-15A-2 став експериментальним майданчиком, на якому випробовували ідеї. Занадто сміливі навіть для решти ракетопланів.
Саме на ньому 3 жовтня 1967 року Вільям Найт здійснював політ номер 188. Додатковий простір, який утворився у фюзеляжі після модернізації, віддали під бак із рідким воднем. Він мав живити експериментальний прямоточний двигун. Однак останній так і не був завершений, тому замість нього зверху на корпусі було встановлено макет.
Під крилами у X-15A-2 розміщувались два додаткові баки з паливом для його основного двигуна XLR-99. Очікувалося, що вони забезпечать апарату додаткові 60 с прискорення. За планом Найт мав розігнатися до більшої, ніж раніше швидкості, на якій в майбутньому мав починати працювати прямоточний двигун і подивитися, що буде з машиною.
Інженери очікували, що через тертя машина зазнаватиме великого нагріву, якого не витримає навіть нікелевий сплав її корпусу. Тому його додатково захистили абляційним покриттям як на космічних кораблях. Проте воно до кінця не допомогло.
Адже Найт розігнався до 7274 км/г, що складає 6,7 швидкості звуку. Корпус X-15A-2 розігрівся до 1480°С. Деякий час ракетоплан тримався. Згідно з планом польоту він за 6 хв 10 секунд подолав відстань у 342,79 км і вже заходив на посадку, коли кріплення макета прямоточного двигуна до корпусу остаточно прогоріло і він відірвався. Сам ракетоплан продовжував знижуватися. Найт намагався скинути паливо, але через перегрів система не працювала. Критична температура була й у двигуна XLR-99. Проте Найту все ж вдалося завершити політ без аварії.
А от його колезі Майклу Адамсу пощастило менше. 15 листопада 1967 року він, згідно з планом випробувань виконував новий суборбітальний політ. Він успішно досяг позначки у 81 км і почав спускатися, коли літак звалився у плоский штопор, простіше кажучи почав неконтрольовано обертатися навколо вісі, що перпендикулярна його фюзеляжу.
Причиною цього, судячи з усього, стала втрата орієнтації пілотом. На висоті 36 км Адамсу вдалося вийте зі штопора, але літак продовжував пікірувати із надзвуковою швидкістю. За кілька секунд він врізався в землю і пілот загинув.
За деякий час програму X-15 закрили після 199 польотів. Найт встиг взяти участь ще у трьох польотах, потім перевівся у військову авіацію, здійснив 253 бойові вильоти у В’єтнамі, потім став директором випробувального центру, мером міста, сенатором. Налітав 6000 годин на апаратах більш як 100 типів.
До 1981 року, тобто до початку експлуатації Space Shuttle Найт залишався людиною, що здійснила найшвидший політ в атмосфері Землі. Рекорд же пілотованого польоту з працюючим двигуном і досі лишається за ним.
Що ж до програми X-15, то вона хоч і не призвела до створення справжнього суборбітального літака була надзвичайно успішною. Практично все, що людство зараз знає про гіперзвукові польоти у верхніх шарах атмосфери відомо завдяки їй. А значить, нові рекорди висоти та швидкості польоту ще попереду.
