Полукосмическая полуракета – North-American X-15.


Полукосмическая полуракета – North-American X-15Трудно отрицать тот факт, что в области испытаний и практического применений аппаратов многоразового использования американцы добились значительно больших успехов, чем их коллеги из СССР, не говоря уже о постсоветской России. Путь к будущему “Space Shuttle” был труден и тернист, поэтому сил и средств понадобилось много.

Иногда действовать приходилось наугад, методом проб и ошибок. Чтобы выяснить, как будет влиять на человека и материалы космического корабля полёты в верхних слоях атмосферы на высоких скоростях и была задумана программа Х-15.

После испытаний ракетопланов серии Х-1 и Х-2 в 1954 году NASA сформулировали требования к новому ракетному самолёту, предназначенному для исследования высот от 50 до 100 км и скоростью полета до 7200 км/ч. Оценив массу и ТТХ был сделан вывод, что для этого понадобиться двигатель тягой 27 тонн. Помимо сбора данных для военной программы Dyna-Soar предполагалось, что аппараты типа Х-15 можно будет применять для геофизических исследований.

Заказ на постройку трех экземпляров ракетного самолёта был выдан в декабре 1955 года. Ко времени сборки первого Х-15 Reaction Motors должна была поставить ракетный двигатель XLR-99-RM-1 с требуемой тягой, который в качестве топлива использовал аммиак, а в качестве окислителя – жидкий кислород. Несмотря на все усилия вовремя американские двигателисты не справились и в итоге пришлось устанавливать на Х-15 два двигателя XLR-11 с четырьмя камерами сгорания, использующих в качестве окислителя жидкий кислород и в качестве топлива водноспиртовую смесь.

Конструкция ракетоплана, исходя из высоких скоростей и высоты полета, получилась оригинальной. Поскольку температура нагрева обшивки могла достигать 650 градусов по Цельсию фюзеляж типа “монокок” изготовлялся из легированной стали, никелевого сплава “инконель X” и титана.

В носовой части фюзеляжа находился герметизированный отсек с двойной обшивкой, в котором размещались летчик и оборудование. Наружная обшивка выполнялась из “инконеля X”, подкрепляющие ее шпангоуты – из титановых сплавов, а внутренняя обшивка – из алюминиевых. Исходя из экономии массы центральная часть фюзеляжа была образована расположенным впереди крыла баком для окислителя, топливным баком и шпангоутами, к которым крепилось крыло.

Хвостовое оперение представляло собой двухлонжеронные кессонные балки, подкрепленные нервюрами. В обтекателях на боковой поверхности фюзеляжа размещались тросы управления, трубопроводы гидравлических систем и электрическая проводка приборов. Для уменьшения температурных напряжений в конструкции самолета Х-15 широко применялись гофрированные элементы.

Крыло имело многолонжеронную конструкцию с нервюрами в носке и хвостовой части. Толщина обшивки, выполненной с помощью механической обработки из “инконеля X” и имевшей приваренные по размаху накладки, составляла от 0,6 до 1,2 мм. Для уменьшения температурных напряжений в конструкции самолета Х-15 широко применялись гофрированные элементы.
Поскольку взлететь самостоятельно ракетоплан не мог шасси выполнили следующим образом. Передняя и две основные стойки оснащались лыжами и выпускались под действием силы тяжести и воздушных нагрузок. Перед полётом шасси убиралось наземным персоналом вручную.

Ракетоплан имел уникальную систему управления с тремя ручками. Центральная – традиционная, она использовалась в обычных режимах полета. Две боковые ручки с подлокотниками служили для управления в полете с большими продольными и вертикальными перегрузками, когда масса руки летчика могла вызвать непреднамеренное отклонение центральной ручки управления. Ручка реактивной системы управления располагалась на левом пульте в кабине летчика, а ручка управления аэродинамическими поверхностями – на правом пульте.

Большие трудности возникли с компоновкой кабины пилота и обеспечением его безопасности. От инженеров требовалось обеспечить надежную фиксацию головы пилота (были придуманы упоры спереди и сзади), предотвращение обледенения лобового стекла и его термостойкость, а также разработать новое катапультное кресло.

 North-American X-15

Все перечисленные проблемы были решены менее чем за три года и 15 октября 1958 г. состоялась официальная презентация ракетного самолёта Х-15, после чего он был передан в испытательный отдел фирмы North American. Постройку второго закончили в марте, а третьего – в августе 1959 года. На третьей машине вместо ЖРД XLR-99-RM-1 временно установили его макет.

В процессе испытаний выяснилось, что Х-15 обладает характеристиками управляемости, близкими к самолёту F-104. Это отчасти упростило процесс подготовки пилотов, которые тренировались сначала на “Starfigher”. Для имитации полета на Х1-5 требовалось выпустить воздушные тормоза и поставить двигатель на режим малого газа.

Аэродинамическое качество этих летательных аппаратов при скорости полета 550 км/ч было почти одинаковым. На Х-15 закрылки и шасси обычно выпускались после выравнивания, а для воспроизведения поведения ракетоплана на F-104 приходилось ставить закрылки во взлетное положение и выпускать шасси задолго до выхода на глиссаду. Перед каждым полетом Х-15 пилоты тренировались в выполнении заходов на посадку на самолете F-104 в районе озера Роджерс и на все запасные посадочные площадки.

Первый полноценный полёт Х-15 был назначен на февраль 1959 года, но из-за технических проблем его постоянно переносили и лишь 19-го марта состоялся “подвесной” вылет под крылом бомбардировщика В-52. Правда, за это время удалось провести успешные испытания по аварийному сливу топлива. Пилот, одетый в герметичный скафандр, переходил из самолёта-носителя в ракетоплан через бомбоотсек. Был и ещё один нюанс – так как Х-15 подвешивался под правой консолью крыла в левую приходилось закачивать больше топлива, а полётная масса всей конструкции составила 135 тонн.

Первый свободный полет Х-15 состоялся 8 июня 1959 года – тогда удалось достичь скорости 830 км\ч на высоте 11600 метров и выполнить несколько плавных маневров. Далее дела пошли быстрее и к середине ноября 1961 года два Х-15 совершили 77 полетов, из них 44 с включенным ЖРД и в 33 случаях ракетоплан не отделялся от носителя В-52 либо в соответствии с заданием, либо из-за неполадок (отказ связи, системы герметизации, вспомогательной силовой установки, системы управления и т.д.)

Программа полётов Х-15 состояла из двух фаз – полетов на максимальную скорость и полетов на максимальную высоту. Первая привела к установлению рекорда скорости полёта не признанного ФАИ (9 ноября 1961 года второй Х-15 достиг скорости 6548 км/ч на высоте 30 км), а вторая завершилась выводом 17 июля 1962 года третьего ракетоплана на высоту 107.906 метров.

Все летавшие на Х-15 пилоты получили те же награды и привилегии, что и первые астронавты. Даже учитывая баллистическую траекторию полётов Х-15 (схема) эти ракетопланы в буквальном смысле открывали дорогу проекту Dyna Soar в светлое будущее. И все же, это направление в США признали слишком опасным, слишком техническим сложным, слишком ненадежным и, наконец, слишком дорогостоящим. Косвенно подтверждением этому стали аварии ракетопланов.

Первая случилась 5 ноября 1959 года, когда у второго Х-15 взорвался вспомогательный двигатель XLR-11 и начался пожар. Пилот совершил аварийную посадку, после которой ракетоплан пришлось восстанавливать.

Вторая авария произошла 7 июня 1960 года вследствие взрыва при наземный испытаниях ЖРД YLR-99, причиной которого стал чрезмерный наддув бака с жидким аммиаком в результате замерзания регулятора и предохранительного клапана. В этот раз ракетоплан также удалось восстановить, заодно проведя серию доработок.

Третья авария случилась 9 ноября 1962 года и оказалась роковой для третьего Х-15. После отделения от носителя вышел из строя топливный насос. Тяга двигателя упала на 30% от максимальной и пилоту пришлось срочно сажать машину. После посадки при малой вертикальной скорости, приблизительно в момент, когда носовое колесо коснулось земли, левая стойка основного шасси сломалась, Х-15 скапотировал и разбился.

Полеты Х-15 прекратились в феврале 1968 года. Всего был выполнен 191 полет. Первый экземпляр машины передали в Национальный аэрокосмический музей, второй – в музей ВВС в Дейтоне.

Ниже представлен полный перечень рекордов, установленных с участием этих ракетопланов.

• 4 августа 1960 г. скорость 3514 км/ч,
• 12 августа 1960 г . высота 41605 м;
• 7 марта 1961 г. скорость 4264 км/ч,
• 31 марта 1961 г . высота 50 300 м;
• 21 апреля 1961 г. скорость 5033 км/ч;
• 12 сентября 1961 г. скорость 5832 км/ч;
• 9 ноября 1961 г. скорость 6548 км/ч,
• 30 апреля 1962 г. высота 77 720 м;
• 17 июля 1962 г. высота 95 935 м,
• 22 августа 1963 г. высота 107 906 м.