Diit.cz - Novinky a informace o hardware, software a internetu

Raketoplány #8: Na hranici kosmického prostoru

Také ve Spojených státech amerických vznikl na přelomu 40. a 50. let stíhací letoun kombinující proudový a raketový pohon. A i v tomto případě bylo následně jasné, že tudy cesta nepovede. Mnohem významnější roli však mělo pokračování vývoje experimentálních raketových letounů řady X, z nichž jeden dokonce vícekrát překonal hranici kosmického prostoru a někteří jeho piloti se tak stali astronauty.
Unikly vám předešlé díly?  
Raketoplány #1: První raketové kluzáky, známé i neznámé prototypyRaketoplány #2: Sovětské raketové stíhačky
Raketoplány #3: Německé a japonské raketové letouny za 2. světové války – 1. částRaketoplány #4: Německé a japonské raketové letouny za 2. světové války – 2. část
Raketoplány #5: Rychleji a výše  – 1. částRaketoplány #6: Rychleji a výše – 2. část
Raketoplány #7: Překonávání bariér 

Republic XF-91 Thunderceptor první nadzvukovou americkou stíhačkou

Inspirován nevídanými výkony německého raketového letounu Messerschmitt Me 163 začal ve Spojených státech Alexander Kartveli zkoumat se svým týmem další možnosti využití raketového pohonu. Podobně jako v řadě evropských zemí i on dospěl kvůli omezené vytrvalosti letu k nutnosti kombinace s proudovým motorem. V roce 1948 tak Republic předložil letectvu své nápady, z nich byl nakonec zahájen vývoj stíhacího letounu XF-91 Thunderceptor (původně označovaném jako XP-91).

Republic XF-91 Thunderceptor měl rozpětí 9,517 m, na délku měřil 13,18 m (14 m s delší přední částí), prázdný vážil 7 191 kg a po natankování až 12 935 kg. Hlavním pohonem byl jeden proudový motor General Electric J47-GE-7 dávající tah 27 kN bez a 31 kN s přídavným spalováním. Pod ním byl umístěn čtyřkomorový raketový motor Reaction Motors XLR11-RM-9 dávající maximální tah při činnosti všech komor až 27 kN, a který tedy sloužil jako to bylo obvyklé pouze ke krátkodobému zvýšení tahu buď k rychlejšímu stoupání nebo navýšení rychlosti při stíhání. Při činnosti obou pohonných jednotek současně dosahovala maximální rychlosti k M = 1,71, což na rok 1951 nebyla vůbec špatná hodnota.

Republic XF-91 Thunderceptor na snímku z roku 1951

K prvnímu letu ještě jen s využitím proudového motoru došlo už 9. května 1949, kdy za kniplem seděl Carl Bellinger. Po roce už bylo při zkušebních letech používáno přídavné spalování, a nakonec došlo řada i na lety s využitím raketového motoru. V prosinci 1951 pak jako vůbec první americký stíhací bojový letoun (nikoliv od počátku vyvíjený jako experimentální) překonal XF-91 rychlost zvuku při vodorovném letu.

Značnou nevýhodou Thunderceptoru však byla jen 25 minutová vytrvalost letu, která stěží mohla umožňovat obranu rozsáhlých území Spojených států. Výhradně proudové stíhací letouny plánované v rámci projektu WS-201A na rok 1954, a které byly o několik málo let zařazeny do výzbroje, jej navíc překonávaly s jedinou výjimkou i v rychlosti. Krom toho byly vybaveny radary a další výbavou potřebnou k letům za tmy. Éra denních stíhačů, jejímž představitelem byl XF-91 Thunderceptor postavený nakonec jen ve dvou prototypech, končila.

X-15: První astronauti na raketoplánu

Už v říjnu 1951, tedy ještě před premiérovým letem X-2 , navrhoval Robert J. Woods z Bellu vývoj podstatně rychlejšího raketového letounu. Úplně zpočátku se diskutovala maximální rychlost okolo pětinásobku rychlosti zvuku a dosažení maximální výšky kolem 80 km. Už v květnu následujícího roku obdržel právě Bell finanční prostředky na studii vojenského kosmického raketoplánu Bomi (bomber missile), na které pracoval Walter Dornberger. V říjnu 1953 doporučila vědecká rada amerického letectva vývoj letounu schopného dosahovat pěti až sedminásobné rychlosti zvuku a ve stejné době udělilo námořnictvo grant na studii raketového letounu D-558-3, jenž měl dosahovat taktéž až sedminásobku rychlosti zvuku.

Mezitím NACA (National Advisory Committee for Aeronautics), předchůdce NASA, nadále zkoumala v Langleyově letecké laboratoři možnosti a přínosy budoucích vysokorychlostních letounů. V tom pokračovala během roku 1954, kdy ve spolupráci s letectvem i námořnictvem vytvořila tým složený z předních odborníků. Už v lednu 1955 dostal plánovaný letoun označení X-15 a 30. prosince téhož roku byla vyhlášena soutěž na vývoj a stavbu tří exemplářů. A tu oproti původním očekávání některých nevyhrál Bell, jenž stál za experimentálními stroji X-1 a X-2, nýbrž North American Aviation. Pohonnou raketovou jednotku dostala na starost společnost Reaction Motors.

X-15 nepřistával na klasickém podvozku, ale jakýchsi lyžinách.

X-15 měřil na délku 15,45 a měl rozpětí jen 6,8 m. Prázdný vážil 6 620 kg, po natankování až 15 420 kg. Konstrukce už musela vydržet aerodynamický ohřev při návratu atmosférou. Z toho důvodu byl povrch letounu chráněn nikl-chromovou slitinou Inconel-X 750. Systém reakční kontroly RCS (reaction control system) už byl nutný vzhledem k tomu, že s narůstající výškou atmosféra „řídne“ a klasické aerodynamické plochy proto ztrácejí na účinnosti až je není možné používat.

První X-15 dorazil na Edwardsovu leteckou základnu už na podzim roku 1958, tedy ani ne tři roky od udělení kontraktu na jeho stavbu. V té době letectvo diskutovalo s NACA možnost vývoje orbitální varianty X-15B, u níž se jako s nosičem počítalo z počátku se spojením tří mezikontinentálních střel SM-64 Navaho. Z této myšlenky sešlo, když po založení NASA dostali přednost kosmické kapsle Mercury vynášené velkými raketami nejdříve na suborbitální a posléze už na orbitální dráhu. V podstatě paralelně s tím běžel už od roku 1957 vývoj kosmického kluzáku Dyna-Soar, jenž dostal označení X-20 až posléze. Existence ještě ambicióznějších projektů nicméně neměla negativní vliv na zkušební lety čistě experimentálního raketového letounu X-15 – ba spíše naopak bylo nutné získat zkušenosti s lety při vyšších násobcích rychlosti zvuku a pochopitelně náročnými návraty.

Profil letu byl v první fázi v podstatě stejný jako v případě ostatních raketových letounů řady X: k vynášení sloužil upravený bombardér, v tomto případě B-52. Až po vynesení do výšky až kolem 13,7 km docházelo k vypuštění. Po velmi krátkém propadu zažehl pilot raketový motor. Další profil letu záležel především na to, zda cílem bylo dosažení maximální rychlosti anebo výšky. K přistání opět docházelo na vyschlém jezeře Muroc, přičemž letoun dosedal nejprve na jakési lyžiny umístěné v zadní spodní části trupu a až krátce na to na přední kolo.

Profily letu X-15 (NASA)

Při prvním ještě bezmotorovém letu 8. června 1959 pilotoval X-15 v té době už známý Scott Crossfield. Za kniplem seděl i v případě premiérového motorového letu 17. října 1959 ještě s provizorním raketovým motorem XLR-11. A stejně tak i při premiéře s podstatně silnějším raketovým motorem XLR-99 spalujícím kapalný amoniak jako palivo a kapalný kyslík jako okysličovadlo a dávajícím tah až 313 kN, ke kterému došlo 15. listopadu 1960. Poté přišla řada i na další piloty. Už 15. dubna překonal Robert M. „Bob“ White rychlost Mach 4. Jen tři měsíce poté, 23. června 1961, překročil už hranici pěti Machů a konečně 9. listopadu ještě téhož roku dosáhl dalšího rychlostního rekordu M = 6,04. Vůbec nejvyšší rychlosti M = 6,72 bylo dosáhl 3. října 1967 William J. "Pete" Knight, čímž ustanovil dosud platný rekord pro okřídlený stroj pilotovaný člověkem. Konečná statistika nakonec dosáhla k celkem 199 zkušebních letů. K poslednímu došlo 12. prosince 1968.

Dohromady pilotovalo X-15 na dvanáct zkušebních pilotů. Osm z nich si dokonce vysloužilo označení astronaut, protože při svých letech překonali hranici 50 mil (80 km) uznávanou americkým letectvem. Ovšem jen Joe Walker překonal obecně uznávanou 100 km hranici kosmického prostoru, a to dokonce hned dvakrát, přičemž při tom druhém rekordním datovaném k 22. srpnu 1963 dosáhl rekordní výšky 107,9 km! Takový Joe Engle se nakonec stal i „plnohodnotným“ astronautem (ve smyslu, že se dostal na oběžnou dráhu Země a tu vícekrát oblétl), když v letech 1981 a 1985 letěl na raketoplánu Space Shuttle. V této souvislosti nelze nezmínit jednoho z pilotů, který na X-15 ještě nedosáhl hranice kosmu, a to Neila Armstronga, o pár let později prvního člověka na Měsíci.

X-15 v podvěsu pod křídlem mateřského letounu

Postaveny byly všeho všudy tři exempláře raketového letounu X-15. První X-15-1 dosáhl na 81 letů a druhý X-15-2 (později přeznačený po havárii na X-15A-2) na celkem 53 letů. Třetí X-15-3 stihl včetně havárie, jež stála život zkušebního pilota Michaela J. Adamse, 65 letů. V roli nosných neboli mateřských letounů byla využívána dvojice upravených B-52: NB-52A (s přezdívkou The High and Mighty One) a NB-52B (The Challenger, později Balls 8).

Lockheed NF-104A k trénování reakčního ovládání

Už při letech předchozích raketových letounů ve vyšších výškách se ukázalo využití aerodynamických ploch jako nedostatečně účinné. Vznikala proto úprava letounu Bell X-1, nicméně při pozemních testech se ukázaly s reakčním systémem RCS problémy. Na místo něj proto už v roce 1959 došlo k modifikaci letounu Lockheed F-104A (se sériovým číslem 55-2961). U něho bylo během zkušebního programu dosaženo maximálního výškového dostupu 25 300 m.

Lockheed NF-104A na jednom z ikonických snímků během stoupání při činnosti raketového motoru.

V roce 1962 americké letectvo objednalo modifikaci hned tří F-104A na tzv. roli AST (aerospace trainer). Modifikace F-104A na NF-104A obnášela konstrukční změny křídel, aerodynamických prvků i přední části trupu nejen kvůli zvýšení pevnosti. Do zadní části byl nad proudový motor General Electric J79 umístěn ještě raketový motor Rocketdyne AR2-3 spalující kombinaci JP-4 a peroxidu vodíku. RCS systém pochopitelně pilot ovládal manuálně.

Při obvyklém letovém profilu pilot s F-104A vystoupal do letové hladiny 10 700 m a po dosažení rychlosti M = 1,9 pilot zažehl raketový motor. Po krátkém urychlení na M = 2,1 naklonil letoun až k úhlu stoupání v rozmezí 50 – 70°. Ve výšce 21 300 m musel začít snižovat tah proudového motoru až jej ve 25 900 m musel kvůli riziku přehřátí vypnout. Chvíli poté došlo i k vypnutí raketového motoru a stoupání setrvačností po balistické dráze, kolem jejíhož vrcholu byla správná chvíle k vyzkoušení reakčního systému RCS. Poté už následoval návrat a opětovné spuštění už jen proudového motoru a přistání.

JF-104A (YF-104A) během pozemní zkoušky reakčního systému RCS

K úplně prvnímu letu došlo 9. července 1963. Už 15. listopadu s ním vystoupal pilot Robert W. Smith do výšky 36 230 m a 6. prosince dokonce do 36 800 m, čímž ustanovil ve své době neoficiální výškový rekord pro letoun startující ze země (X-15 byly vypouštěny z podvěsu mateřského letounu). Další lety NF-104A pokračovaly až do června 1971. 

 

Tagy: 

Diskuse ke článku Raketoplány #8: Na hranici kosmického prostoru

Pondělí, 7 Září 2020 - 12:48 | Jirka1 | To je klasika. O co míň toho Tomáš Černák ví, o...
Čtvrtek, 3 Září 2020 - 17:13 | diwalt | Tohle jsou strašný kecy. Velmi vtipné na tom je...
Úterý, 1 Září 2020 - 16:04 | Tomáš Černák | Hranici kosmu 100 km uznávájí jen SSA a jejich...

Zobrazit diskusi