X-Planes / Dělníci kosmonautiky (21.díl)

Kluzák M2-F1 otevřel zcela novou kategorii létajících aparátů, které měly i potencionál být využity jako stroje, které se budou moct vrátit z vesmíru a kontrolovaně přistát. Samotný projekt M2-F1 vznikal tajnou cestou, protože neměl oficiální požehnání a ani financování. Myšlenka však byla silnější než překážky. Po tom, co byl úspěšně zvládnut letový program se začaly o projekt zajímat i oficiální místa a další odborníci. Osobou, která uvedla M2-F1 u oficialit NASA byl Paul Bikle, který vyjádřil svou důvěru v celou kategorii a doplnil, že i odborníci z Ames a Langley se velice zajímají o tzv. lifting bodies. Start M2-F1 znamenal i vyšší zájem USAF o tuto kategorii, kterou jsme si již popsali v minulých dílech. Jen pro doplnění, v první fázi řešili odborníci USAF použití měnitelné geometrie a využití proudových motorů, které by pomohly s řízeným přistáním. Lifting bodies vše měnilo. Nyní, když byl projekt „venku“ mohlo dojít k jeho dalšímu rozvoji.

M2-F2 

Tím, jak projekt M2-F1 jasně prokázal „životaschopnost“ celé myšlenky vztlakových těles, mohl Paul Bikle začít se sdílením informací s vyšším vedením NASA. Během setkání sdělil výsledky a možnosti celé kategorie, dále pak uvedl, že střediska v Ames a Langely považují kategorii za velmi zajímavou a navrhují její další vývoj. Nutno dodat, že výsledky velmi zaujaly nejen NASA, ale i zástupce USAF. Celá kategorie nyní získávala víc a víc zastánců a bylo logické se nezastavit jen u vlečeného M2-F1. Centrála NASA tedy pověřila Freda DeMerrittea, jako programového manažera, koordinací mezi jednotlivými středisky NASA. Zástupci všech středisek NASA se brzy shodli na tom, že nejlepší bude vývoj stroje, který bude zvládat vyšší plošné zatížení a dosahovat tak i mnohem vyšších výkonů. Hovoříme zde o transsonických a nižších nadzvukových rychlostech. Při zachování stejné velikosti, jako u M2-F1, by však musel být postaven zcela nový stroj celokovové konstrukce poháněný raketovým motorem XLR-11. Samotné lety by pak probíhaly v kombinaci s nosným letounem NB-52, stejně jako tomu bylo například u X-15. Důvodem zvyšování výkonů nového kluzáku byl i zájem o průzkum chování stroje během vyšších rychlostí, kde se mění aerodynamické vlastnosti strojů.

Požadavky na nové výkony, řešené přidáním raketového motoru, s sebou přinášely i značné změny v konstrukci celého stroje. Tím, že měl M2-F2 nyní nést motor XLR-11 bylo nutné do konstrukce zabudovat nádrže pohonných látek a další vybavení pro chod celé pohonné soustavy. Díky celkově dobré hloubce celé konstrukce nebyl problém montáže palivových nádrží do draku. Tím však muselo nutně dojít k přemístění pilotní kabiny do přední části, před těžiště. V původní verzi M2-F1 byl pilot i s kabinou umístěn přímo v těžišti celého kluzáku, to však už nebylo možné. Tato změna však také znamenala novou sérii zkoušek v aerodynamickém tunelu, protože posunutím kabiny vpřed se výrazně měnila aerodynamika stroje. Jak jsem již uvedl v minulých dílech, tvar přední části značně ovlivňoval zadní odtokovou část stroje. Původně se konstruktéři v čele s Dalem Reedem snažili zachovat původní koncept M2-F1 s převodem do celokovové konstrukce, aby se právě vyhnuli novým zkouškám, ale nebylo to možné. Celá konfigurace byla diskutována s odborníky z Ames, kteří obecně byli pro další posun konstrukce. Jednou z věcí na které trvali, bylo odstranění postranních křidélek, nebo-li „sloních uších“. Argumentem Ames bylo jejich nadměrné ohřívání během vyšších rychlostí v důsledku interakce rázové vlny a mezní vrstvy. Reed se pokoušel přesvědčit inženýry z Ames, že křidélka se velmi osvědčila při řízení celého stroje během náklonů. Požadavek byl ale jasný a křidélka tak zmizela z konstrukce. Nutno dodat, že argument to byl pádný, jelikož už v té době se o M2-F2 uvažovalo i o jako návratovém stroji, tedy kluzáku vracejícím se z orbity. V takovém případě by křidélka neměla šanci odolat vysokým tepelným namáháním. Místo toho bylo v Ames navrhnuto použít dělených klapek v zadní části, přesněji na horní odtokové straně draku. Na spodní odtokovou část pak byla použita jedna nedělená klapka. Pro zajímavost uvedu, že Dale Reed se dlouho nemohl smířit s odebráním křidélek a snažil se jít cestou co nejjednodušší konstrukce. Postupem času a konfrontací s návrhy a výsledky z Ames však došel k názoru, že bude nejlepší opustit své tvrzení o co nejjednodušší konstrukci a pustit se do návrhu řídících vztahů mezi klapkami a vertikálními stabilizátory.

Poté, co byl upřesněn nový návrh M2-F2, vyrazil Paul Bikle a Dale Reed do Washingtonu, konkrétně do ústředí NASA. Probíhala zde prezentace výsledků a návrhů. Hlavním návrhem, který zástupci střediska FRC přednesli, byla stavba hned dvou exemplářů M2-F2. Důvodem byla možnost duálního letového programu a zastupitelnost v případě havárie jednoho ze strojů. Nutno dodat, že druhý kus byl navrhován na úkor návrhu stavby HL-10 z dílny střediska NASA v Langley. Zde se na chvíli zastavíme. Středisko v Langley se otázkou vztlakového tělesa zabývalo již od roku 1957. První studie vznikaly v rámci MLRV (Manned Lifting Re-entry Vehicle), což byl vlastně předchůdce kategorie později označené jako vztlakové těleso neboli lifting bodies. Tato konfigurace, kterou navrhoval John Becker svým způsobem „soupeřila“ o možnost použití při pilotovaných vesmírných misích. Nakonec však dostaly přednost dnes známé návratové moduly, či „kapsle“. V Langley tedy měli značné zkušenosti s touto kategorií a nedalo se tak divit tomu, že návrh na upřednostnění dvou kusů M2-F2 na úkor HL-10 z dílny Langley neprojde. Navíc druhou stranou věci, tak trochu veřejné tajemství, bylo to, že středisko v Langley mělo nepoměrně větší vliv na vedení NASA než ostatní střediska. Snad to bylo dáno i polohou střediska, které mělo nejblíž do Washingtonu a tím i k vedení NASA. Rozhodně to, ale nijak neubírá na vysoké úrovni tohoto střediska.

Než však mohla být vyhlášena poptávka mezi leteckými výrobci, bylo nutné dodělat několik technický záležitostí. V této části se k týmu přidávají i provozní inženýři, kteří v té době pracovali v programu X-15. Jedním z příkladů může být John McTigue, který pomáhal se specifikací provozních systémů. Další z kolegů pomáhali v definování elektrické soustavy, pohonného systému, palivového systému atd. Tato spolupráce značně pomohla celému týmu ve vytváření jasných zadávacích podmínek pro výběrové řízení o stavbu stroje. Výhodou bylo, že tým X-15 měl už značné zkušenosti s provozem letounu X-15 a dokázal poradit týmu M2-F2 i s budoucím provozem pod nosným letounem NB-52.

Jak již bylo zmíněno, kluzák měl být poháněn raketovým motorem XLR-11, který byl použit už u letounu Bell X-1. V minulých dílech bylo zmíněno, že tento motor naskočil do projektů vztlakových těles poněkud netradičním způsobem. Motory byly v té době již vyřazené a mnoho z nich bylo v muzeích či v letounech, které byly vystaveny. Začala tak „mravenčí“ práce, kdy byly postupně stahovány motory z muzeí a demontovány z vystavených letounů. Motory pak procházely generální opravou na Edwardsově letecké základně, přesněji v AF Rocket Shop. Ten, kdo postupně sehnal všechny potřebné motory, byl právě McTigue. Navíc v té době probíhala podpora programu X-15, kdy X-15-1 používal dočasně XLR-11 a následně pokračovala podpora i pro XLR-99.

Samotné řízení stroje obsahovalo pět řídících ploch. Jednalo se o kormidla vertikálních stabilizátorů, horní dělené klapky a spodní klapku. Horní klapky pracovaly diferenciálně a řídili náklon (křidélka). Jejich účinnost však nebyla taková, jakou by si piloti představovali, a tak byla přidána vazba s kormidly vertikálních stabilizátorů. Tato vazba/rozsah, byla ovládána z kokpitu a pilot ji mohl do jisté míry nastavovat. Při pohledu do kabiny je pak možné toto nastavení hledat pod pojmem „KRA SET“. Tak, jako jsme mohli vidět v programu X-24, i zde docházelo k různému rozevření zadních klapek v závislosti na rychlosti, tzn. do pomyslného klínu. Na kluzáku bylo využito již zatahovací přistávací zařízení, kdy se opět přikročilo k použití leteckých celků z jiných typů letounů. Celkově bylo na kluzák použito mnoho dílů z jiných strojů a bylo provedeno i několik vládních zapůjčení zařízení, jako byly hydraulické komponenty atd. Tento systém už pozorný čtenář mohl zaznamenat u strojů USAF, ale u M2-F2 to proběhlo dříve než u zmiňovaných strojů z dílny USAF. U podvozku se ještě chvíli zdržíme, protože se jednalo o novinku v této kategorii. Samotný podvozek po vysunutí zvyšoval značně odpor a způsoboval i jiný klopný moment stroje. Vzhledem k tomu, že vztlakové těleso generuje veškerý svůj vztlak právě trupem, byl to problém. Navíc po otevření podvozku byly v trupu otvory, které také ovlivňovaly aerodynamiku stroje. Piloti se domnívali, že tato situace se dá ale do značné míry vyřešit důkladnou přípravou na změnu v řízení a otevřením podvozku až po „podrovnání“ stroje před přistáním. Stejně tak jako tomu bylo u X-15.

Jednou z věcí, která zůstala zachována i u M2-F2 byly malé přidané rakety na spodní odtokové straně trupu. Tyto rakety, většinou po podrovnání na přistání poskytly stroji dodatečný tah směřující pod stroj. Tyto rakety se používaly především pro nouzové případy. Byly použity hydrogen-peroxidové rakety použité na Lunar Landing Research Vehicle (LLRV). Instalovány byly celkem čtyři rakety s celkovým tahem 2000 liber (907 kg) po dobu 35 sekund.

V únoru roku 1964 pak došlo k veřejnému vyzvání výrobců, aby předložili své návrhy. Celkem bylo předloženo pět návrhů od leteckých společností, ze kterých byly vybrány dva. Jednalo se o návrhy společnosti North American Aviation a Northrop. NASA Flight Research Center udělil pak kontrakt společnosti Northrop, dne 2. června 1964. Northrop získal zakázku díky výhodnější nabídce. V pozadí rozhodování zůstává i jistá sympatie k této společnosti. Dale Reed a další z původní skupiny, která vyvinula M2-F1, preferovali stejný přístup k vývoji, jako měli oni sami. Northrop neměl svůj vnitřní systém rozdělen na několik oddílů různých skupin, tak jako to měli v NAA, což se zamlouvalo týmu v FRC. Slibovali si od toho větší provázanost a kvalitnější spolupráci, kterou nečekali u NAA, kvůli jisté rivalitě mezi jednotlivými sekcemi. Navíc se stávaly případy, NAA nevyjímaje, kdy tým společnosti nebyl ochoten naslouchat radám zadavatele či s ním ve větší míře spolupracovat. V kontraktu bylo uvedeno, že společnost postaví nejen stroj M2-F2, ale i HL-10 (Horizontal Landing) z dílny střediska v Langley. Původně byl návrh postavit dva kusy M2-F2 místo HL-10, ale to se nesetkalo se souhlasem. Navíc bylo rozhodnuto, že budou zkoušeny dvě různé konfigurace, které se navíc mohou zastupovat.

Nový stroj byl dodán do NASA FRC 15. června 1965. Po dodání začala dodatečná montáž zbylých leteckých celků, které zapůjčila vláda. Obdobný systém jsme už mohli slyšet v dílech o X-24. Další samozřejmostí se staly zkoušky v aerodynamickém tunelu pro ověření letových vlastností a definici ovlivnění od nosného letounu NB-52. Právě konfigurace s nosným letounem byla velmi důležitá, aby se mohl správně upravit adaptér na kterém bude M2-F2 upevněn během společného letu. Kluzák byl posunut dopředu tak, aby bylo možné provést katapultáž během společného letu. Po splnění všech pozemních testů, zahrnujících i systém řízení a ověření oscilací v řízení, které by se mohly přenášet na konstrukci, mohlo dojít k pojezdovým zkouškám. Po jejich úspěšném splnění měl přijít na řadu letový program, který bude probíhat podle známého schématu, tedy bezmotorové lety následované lety s pohonem.

Dalším zavedeným zvykem se stalo použití simulátoru před samotnými lety. Tato praxe začala už na X-15 a prokázala svou smysluplnost. Projekt M2-F2 používal ze začátku právě simulátor pro X-15. Bylo to dočasné řešení, než dojde k vybudování vlastního simulátoru. Dalším praktickým prvkem ve výcviku pilotů se stal letoun C-140 JetStar s proměnnou stabilitou, který pomáhal pilotům i s jevem PIO (Pilot Induced Oscillation). Bylo běžné, že v letový den, kdy měl pilot provést let s M2-F2, usedl do jednoho z cvičných letounů a provedl let, kdy si ověřil povětrnostní podmínky a provedl přiblížení na přistání. Po tomto „rozlétání“ pak přišla na řadu samotná „ostrá“ akce.

Letový program byl zahájen sérií společných letů pro konečné ověření aerodynamiky celé sestavy a funkce podpory M2-F2 od nosného letounu. Po úspěšném zvládnutí této série letů nastal první klouzavý let dne 12. července 1966. Za řízení usedl opět matador vztlakových těles, a to Milt Thompson. Celá série klouzavých letů probíhala vcelku uspokojivě, tedy až do 16. letu. Tento let si podrobněji popíšeme později. Let samotný ukázal, že predikce ze simulátoru byly přesné. Letové vlastnosti už nebyly tak příjemné, jako u předchůdce M2-F1. Co se týče podélné stability, tak byl kluzák stabilní, ale problém nastával v příčné stabilitě. Vlivem odebrání přídavných křidélek a nastavením vazby mezi horními klapkami a směrovými kormidly došlo k větší citlivosti v tomto směru. Piloti to komentovali tak, že často cítili přiblížení k boční nestabilitě při vysokorychlostní části letu.

První let si popíšeme trochu podrobněji, protože let samotný proběhl úspěšným přistáním na dně Rogersova jezera, ale málem také skončil katastrofou. Letový profil předpokládal dvě zatáčky o 90° a poté zakončit let na RWY 18. Právě před zahájením první zatáčky si Milt nastavil poměr křidélka/směrovka na 0,4, ale odezva se mu nezdála dostatečně velká. Při zahájení druhé zatáčky přestavil tedy poměr na 0,6. Tím zvýšil poměr směrem ke směrovce a zahájením zatáčky se objevila nepříjemná oscilace v příčném řízení. Milt okamžitě snížil tento poměr, nebo si to alespoň myslel, protože otočil nastavením přesně opačně a zvýšil poměr mezi řízením. Údajně měl zvýšit poměr až na 1,25. Kluzák na to reagoval ještě větší oscilací a začal se nebezpečně pohupovat v příčném směru. Při pohledu na záznam letu by se to houpání dalo popsat i jako „šílené“ houpání. Naštěstí si Milt svou chybu okamžitě uvědomil a rychle snížil tento poměr zpět na 0,4 a sundal ruce z řízení, aby se stroj sám srovnal. To se také stalo a kluzák se přestal houpat a ustálil svůj let. Poté už bez problémů přistál. Na to, že let trval pouhé čtyři minuty byl dostatečně plný adrenalinu. Milt Thompson se po tomto letu omluvil za svou chybu, která mohla vést ke katastrofě. Nutno dodat, že vina nebyla úplně na straně pilota, protože později bylo zjištěno, že v simulátoru jsou dvě chyby. První byla v použití kokpitu X-15, kde byly jiné ovladače než u M2-F2, jiné tvary pák. Další chybou byl směr ovládání propojení, který měl obrácený směr ovládání, než jaký byl ve skutečném letadle. I taková jsou úskalí při použití sdíleného simulátoru pro více typů letounů. Naštěstí, Milt Thompson, jako pravý zkušební pilot projevil rychlou reakci na svou chybu.

Než přejdeme k 16. letu kluzáku, uvedu ještě zábavnou historku. Během prvního letu mělo dojít k natáčení odhozu M2-F2 z pylonu NB-52. Před shozem měl jistý Vic Horton zapnout kameru pro nahrávání. Bohužel na tento svůj jediný úkol zapomněl. Následovala tedy instruktáž pro další let od členů posádky NB-52. Wen Painter a Berwin Kock představili Hortonovi „Simulátor přepínání kamer“. Tento simulátor byl vyroben z kartonové krabice a měl pouze jeden ovládací prvek, velkou páku s nápisem CAMERA ON/OFF. Samozřejmě posádka se velmi bavila a Vic tedy přistoupil k „simulátoru“ a páku přenastavil do polohy ON. To, co však následovalo, Vic nečekal. Přestavením páky do správné polohy totiž z krabice vypadl banán! To už však nešťastný Vic Horton neunesl a banán letěl okamžitě směrem k posádce, která se válela smíchy na zemi. I takové jsou dny u letectva.

Nyní se ale přesuneme k méně veselé situaci, a to ke zmíněnému 16. letu. Tento let měl být posledním klouzavým letem před zahájením motorových letů. Za řízení usedl další matador vztlakových těles, pilot Bruce Peterson. Dne 10. května 1967 měl po osmi měsíční pauze provést další let s M2-F2. Po odpoutání pokračoval v samostatném letu s malým úhlem náběhu. Ve výšce okolo 2,1 km však začala opět oscilace stroje, tzv. Dutch-roll, který byl pravděpodobně vyvolaný jevem PIO. Kluzák sebou začal opět zběsile houpat ze strany na stranu. Oscilaci se podařilo zastavit zvýšením úhlu náběhu. Ještě se však nestačil Peterson uklidnit po této „divočině“ a viděl, že je mimo směr přistávací dráhy a navíc, že si to míří přímo za záchranný vrtulník, který většinou vyčkával vedle přistávací dráhy, jako podpora. Stačil křiknou do rádia, aby hned zmizel. Zároveň odpálil přidané rakety v zadní části stroje a začal otevírat podvozek. Výšky už měl velmi málo a do toho musel bojovat s bočním větrem. Podvozek se nestačil ani otevřít, když se stroj dotkl Země. Následoval pak hrůzný pohled na stroj, který se žene po dně jezera a končí v „kotrmelcích“. Peterson to zázrakem přežil, ale s těžkými zraněními v obličeji, ze kterých se později úspěšně zotavil. Jeden následek ale tato nehoda měla, během léčby dostal Bruce stafylokokovou infekci do pravého oka, což vedlo k jeho ztrátě. Štěstím bylo, že konstruktéři zkonstruovali kabinu mnohem robustnější a vyztuženější, než bylo původně v plánu, aby zachovali těžiště stroje. Bruce Peterson se, i přes tento handicap, vrátil zpět k létání, i když v omezenější míře. Záznam z jeho nehody pak využili filmaři ve svém seriálu Six Million Dollar.

Pro přiblížení uvedu, že se jednalo o americký sci-fi a akční televizní seriál, běžící od roku 1973 do roku 1978. Seriál je o bývalém astronautovi, plukovníku USAF Stevu Austinovi, kterého ztvárnil Lee Majors . Po nehodě při zkušebním letu NASA je Austin pře operován pomocí bionických implantátů, které mu dávají nadlidskou sílu, rychlost a vizi. Austin je pak zaměstnán jako tajný agent fiktivním americkým vládním úřadem s názvem OSI. Série byla založena na románu Cyborg od Martina Caidina z roku 1972.

Sám Bruce si z nehody moc nepamatoval. Podle jeho vzpomínek si pamatoval okamžik do dotyku se zemí, pak už nic. Každému, kdo se pak ptal na jeho vzpomínky z nehody, odvětil, že je vidí pravidelně na televizní obrazovce díky seriálu Six Million Dollar Man. V průběhu let s ním bylo probíráno i téma účtů za rok a půl dlouhou léčbu. Žertem uvedl:

„Nemyslím si, že by to dalo dohromady 6 milionů dolarů“

V této části se projektem M2-F2 prozatím rozloučíme a budeme pokračovat v následujícím díle dalšími událostmi.

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=qxe0Do5Jleo?feature=shared]

Zdroje informací:
Wingless Flight, The Lifting Body Story, Autor R. Dale Reed, Rok vydání 1997
Testing Lifting Bodies at Edwards, Autor Robert G. Hoey, Rok vydání 1977
NASA Facts An Educational Services Publication of the NASA, LIFTING BODIES, Autor NASA
wikipedia.org/wiki/Bruce_Peterson
latimes.com/

Zdroje obrázků:
images-assets.nasa.gov/
check-six.com/images/
wikimedia.org/
en.wikipedia.org/
en.wikipedia.org/
Testing Lifting Bodies at Edwards, strana 31
Testing Lifting Bodies at Edwards, strana 35
Testing Lifting Bodies at Edwards, strana 37
Testing Lifting Bodies at Edwards, strana 43