X-Planes / Dělníci kosmonautiky (4.díl)

„Byl to ten nejošklivější letoun, jaký jsem kdy viděl. Do té doby jsme se snažili snižovat odpor, jak to jen šlo, a teď tu stojí letoun se čtvercovým stabilizátorem, takže mě to moc neuchvátilo. Dokud do toho ovšem nedali ten velký motor, který ve vás uměl vzbudit úctu. Dokud jsem neměl možnost osobně řídit tento letoun, nechoval jsem k němu velké sympatie“. Zajímavý pohled na X-15, z pohledu pilota Billa Dany. Letoun nemusel na první pohled vzbuzovat velké sympatie, ale jeho poměr tahu vůči hmotnosti byl ohromující. Spolu s X-15 přišel i speciální výcvik, kdy piloti trávili šest měsíců jen teoretickou přípravou spolu s nácviky v simulátoru. Člověk se chystal tam, kde nikdo nikdy nebyl, technicky náročným způsobem. Výcvik připomínal spíše výcvik astronautů na misi. Piloti létali na simulátoru jeden let za druhým a pokaždé jim byla nasimulována nová a nová závada. Na co se ale piloti nedokázali připravit, bylo první oddělení od NB-52. Podle Milta Thompsona to byl šok, když ho motor okamžitě zatlačil do sedačky a on neměl ani šanci číst přístroje, jak byl zvyklý ze simulátoru. Podobné dojmy si odnášeli i budoucí astronauti ze svých prvních letů, kdy po všech simulacích nakonec nebyli ani schopni číst údaje z přístrojů, díky silným vibracím.

X-15 4/4 Závěr

Po schválení využití X-15 k širšímu vědeckému výzkumu v rámci Joint Program Coordinating Committee roku 1962 došlo k sestavení dvaceti osmi experimentů rozdělených do dvou skupin, dle priorit. První experiment se zabýval ultrafialovou fotografií hvězd a následné experimenty zahrnovaly mapování, sběr mikrometeoritů pomocí otevíracích gondol ve výšce 45  km, či astronomii. Experiment se sběrem mikrometeoritů byl nakonec neúspěšný a došlo k jeho zrušení. Další experimenty se týkaly i technologické oblasti, kdy například letoun X-15 využil Massachusettský technologický institut pro určení definice horizontu. Dalším experimentem byl test izolačního materiálu pro raketu Saturn 5, nanesený na aerodynamické brzdy letounu. Letoun tak sloužil pro ověřování nových technologií a výzkum související s vesmírem. Všechny tyto výsledky se staly podpůrnou základnou pro paralelně běžící kosmický program, který byl na vzestupu.

Pro příklad přidávám menší seznam provedených experimentů, které měly přímý vliv na kosmonautiku:

• Ultrafialová hvězdná fotografie
• Definice horizontu
• Simultánní skener fotografického horizontu
• Měření optické degradace a fotografování zemských zdrojů
• Infračervená stopa spalin a zemské záření
• Ultrafialová stopa spalin
• Měření hustoty atmosféry
• Vysokoteplotní materiál oken kabin
• Sbírka mikrometeoritů
• Jas oblohy ve vysoké nadmořské výšce
• Optické pozadí
• Infračervený skener
• Měření slunečního spektra
• Tepelná ochrana Saturnu 5

Když došlo 9. listopadu 1962 k nehodě X-15-2 s Jackem McKayem, navrhla NAA, že by mohlo v rámci opravy letounu dojít k modifikaci jeho konstrukce pro výzkum hypersonických motorů při rychlostech okolo M=8. O tuto možnost projevilo zájem letectvo, které bylo ochotné to i zaplatit, narozdíl od NASA, kde byli přesvědčeni, že let při M=8 už nepřinese žádné větší hodnoty, než doposud uskutečněné lety. Nicméně se ale rozhodli nebránit USAF v tomto záměru. Roku 1963 tedy došlo k povolení přestavby. Samotná přestavba spočívala v prodloužení trupu, aby byl získán prostor pro další nádrž s palivem pro hypersonický náporový motor. Tento prostor se dal využít i pro kamerový systém. Byly přidány dvě externí nádrže s pohonnými látkami, pro prodloužení doby letu. Samotný demonstrátor hypersonického motoru byl montován na spodní část vertikálního stabilizátoru, který byl před přistáním odhazován a přistával samostatně na padáku. Lety do rychlosti M=8 přinášely další ohřev konstrukce a NASA zvažovala další možnosti tepelné ochrany letounu. Jako vhodná možnost byl vyhodnocen nanášený nátěr přímo na potah letounu. Pro zajímavost, stejná varianta se uvažovala i u raných studiích pro raketoplán. Nanášená tepelná ochrana přímo na potah letounu byla vyhodnocena jako vhodná varianta díky nízké váze, dobrým izolačním vlastnostem a snadnosti nanášení na potah letounu. Poslední jmenovaná vlastnost se nakonec ukázala jako velmi problematická, protože byl velký problém nanést souvislou tloušťku nátěru na celém letounu. Navíc při každém vynuceném otevření servisních otvorů bylo nutné v dané části povlak odstranit a pak zase obnovit. Tento ablativní nátěr byl nakonec o 56 kg těžší, než se původně čekalo. Dne 3. října 1967 se uskutečnil rekordní let s tímto naneseným ablatorem. Za řízení usedl Pete Knight a během letu stanovil nový rychlostí rekord okřídleného tělesa, dosažením rychlosti M=6,7, ve výšce 32 km. Tento rekord vydržel až do roku 1981, kdy byl rekord překonán raketoplánem Columbia během návratu na Zemi. Samotný ablator se nakonec ukázal jako ne zcela úspěšný a dokonce sám způsoboval nadměrný ohřev konstrukce kvůli tomu, že bránil ochlazování konstrukce v místech, kde vlivem proudění docházelo k odvodu tepla. Je však nutné dodat, že samotný letoun byl od začátku konstruován pro nechráněné tepelné namáhání, které vydrží použitý materiál samotné konstrukce.

Dne 15. listopadu 1967 nastal nejtragičtější den celého programu. Od NB-52 se odpoutal X-15-3 s pilotem Michaelem J. Adamsem, který letěl na svůj sedmý let. Začal stoupat na plný výkon, ale náhle došlo k elektrické závadě, která ovlivnila řízení letounu, ale ne natolik, aby nebylo možné pokračovat v letu. Na letounu byl v té době instalován systém MH-96, který byl použit ze zrušeného programu X-20 Dyna Soar. Tento systém automaticky kompenzoval chování letounu při různých letových režimech kombinací v použití aerodynamického a reaktivního řízení (trysek) do jediného bloku povelů. Adams zahájil po nastoupání do 81 km plnění letového programu nakláněním letounu, aby palubní kamera mohla snímat horizont. Klonění ale brzy překonalo únosnou mez a letoun začal pomalu, ale jistě bočně driftovat. Odchýlení bylo 15° doprava a postupně se letoun dostal až na 30° bočního driftu a ve výšce okolo 70 km vstoupil letoun do rotace v rychlosti M=5. Nikdo z řídícího střediska nebyl ani schopen nebohému Adamsovi pomoci, protože plně netušili, co se děje, a ani nebyly známy postupy pro takovou situaci, tedy vývrtku s letounem X-15. Ve velícím středisku si dokonce v jednu chvíli mysleli, že Adams celou situaci přehání, opak byl pravdou. Adamsovi se podařilo letoun dostat z rotace pomocí aerodynamického a reaktivního řízení. Z této vývrtky se ale dostal v poloze na zádech, tedy kabinou dolů, pod úhlem 45° a rychlostí M=4,7. Bohužel v tuto chvíli, kdy měl pilot relativně dobré šance na nouzové přistání či záchranu, se plně projevila elektrická závada v systému MH-96. Systém začal limitně oscilovat a letoun začal silně klopit v obou směrech, stále v klesajícím letu, s narůstajícím dynamickým tlakem na konstrukci. Ve výšce okolo 19 km, při rychlosti M=3,93 zažíval letoun i pilot násobky 15 g vertikálně, pozitivní i negativní, a 8 g v bočním směru. To bylo i na letoun moc a severovýchodně od Johannesburgu se rozpadl, po letu trvajícím deset minut a třicet pět sekund dopadl k zemi. Rozpad letounu znamenal i smrt pro Mike Adamse.

Smrtí Mike Adamse došlo k několika změnám ve vybavení řídící místnosti, aby měli dispečeři mnohem více informací o poloze letounu. Nicméně, X-15 zbývalo už jen osm letů, a i přes snahy udržet program dál i s využitím nového, upraveného delta křídla, které vyplynulo jako budoucí forma pro další hypersonické letouny, nedošlo k další podpoře programu. Smrt Mike Adamse v tom hrála také svou roli. USAF se rozhodlo ukončit svou účast v programu do roku 1968 a další provoz by plně padnul na bedra NASA. V letuschopném stavu se nacházel již jen první kus X-15-1 a jeden let stál NASA šest set tisíc dolarů. Jenomže z těchto finančních prostředků mohly naplno těžit jiné programy v rámci NASA, a tak bylo rozhodnuto o ukončení provozu do 1. prosince 1968. Poslední let číslo 199 provedl Bill Dana. Na kulatý let číslo 200 již nedošlo vlivem deseti neúspěšných pokusů o start kvůli různým problémům od počasí, údržby atd. Z celé skupiny pilotů X-15 se celkem osmi mužům podařilo získat astronautická křidélka během výškových letů, které překonaly stanovenou hranici mezi atmosférou a kosmickým prostředím. Mezi vyznamenanými piloty byl i Mike Adams.

Pro zajímavost uvedu, jak jsou nastaveny limity pro uznání astronautických křidélek
FAI: 100 km (Kármánova linie)
USAF: 50 mil (80 km)
NASA: 100 km do roku 2005, potom 50 mil (80 km)

Program dospěl do svého konce a mohlo by se zdát, že byl plný různých selhání na straně X-15. Je faktem, že letoun měl pár nehod a problémů v průběhu celého programu a došlo i na jednu tragickou nehodu. Druhý exemplář X-15 vstával z popela jako bájný fénix, aby opět letěl. John V. Becker, patrně pomyslný otec X-15, pronesl na adresu programu.

„Projekt přišel v nejpříznivější době, jaké vůbec mohl. V době, kdy nebyl problém s jeho propagací a schválením. Nepovažovalo se za nutné mít definovaný operační program pro provádění základního výzkumu. Neexistovaly žádné okouzlující a drahé vesmírné projekty, které by se ucházely o finance, a celkový pocit národa byl, že jdeme dál a výše než ostatní. Každý úspěch něco stojí, a pokud chápete problémy dostatečně dobře na to, abyste přesně předpověděli náklady, výzkum už není nutný“.

Podle jiných, by v dnešním prostředí bylo velmi nepravděpodobné, aby program získal schválení. Letoun samotný rozšířil znalosti napříč více obory a vypsat jejich výčet by zabralo nějaký čas. Nás, ale samozřejmě, bude nejvíce zajímat přínos pro kosmonautiku, protože výsledky X-15 měly významný dopad na vesmírný program.

Hlavní otázka, která vyvolávala pochybnosti, byl lidský faktor, především schopnost vykonávat složité úkoly při vysokorychlostním, beztížném stavu. Právě letoun X-15 byl v tomto směru první program, u kterého došlo na pravidelné měření tepové frekvence a dýchání při extrémním namáhání v širokém spektru rychlostí a sil. Například bylo u pilotů změřeno, že v jistých částech letu, jako jsou oddělení od mateřského letounu, vypnutí motoru, návrat do atmosféry při výškovém letu a přistání, dochází ke zvýšení srdeční a dechové frekvence až na 160 tepů za minutu a při některých náročných letech se mohl vyšplhat až na 185 tepů za minutu. To zpočátku vyvolalo obavy u lékařů, ale jak se ukázalo, nemělo to žádný vliv na fyzické schopnosti pilota a ani na jeho soustředění během letu. Toto zjištění pomohlo přehodnotit teoretické limity stanovené pro projekt Mercury. Samotné sledování stavu pilota vedlo k vývoji přístrojového vybavení, které bude schopno sledovat fyzický stav pilota během letu. Toto vybavení našlo poté uplatnění i v medicíně, konkrétně u kardiaků. Piloti nyní podstupovali trénink na centrifuze, aby si zvykali na vyšší násobky zatížení. Standardem se stal i plnohodnotný simulátor, který byl stále aktualizován na základě dat z předchozích letů, aby mohli piloti plně nacvičit své mise i s možnými alternativami závad, které se teoreticky mohly objevit během letů. V průměru pilot strávil 20 hodin v simulátoru kvůli deseti minutám reálného letu. Dále měli piloti k dispozici letouny JF-100 C a NT-33 s proměnlivou stabilitou, aby mohli prohlubovat své dovednosti. Další z novinek, která vzešla z programu X-15, jsou například tzv. „Capcom“, se zkušeným pilotem v programu, který komunikoval s pilotem za letu a tvořil i jistou podporu.

Jednou z oblastí, kterou X-15 silně ovlivnil, byl návratový manévr raketoplánů. X-15 ukázal cestu, jak provést bezmotorové přistání u strojů, které mají malý poměr přetažení stroje. Díky možnostem využít později X-15 i jako platformu pro různá měření a vědecké úkoly, mohl rozběhnutý vesmírný program plně těžit z těchto poznatků. Jedním z přínosů do vesmírného programu byl i navigační systém, pro který X-15 prováděl měření v rámci definice horizontu a určil profil záření na zemském infračerveném horizontu. Právě tato měření byla použita v systémech navigace budoucích vesmírných lodí. Práce MIT (Massachusetts Institute of Technology) byla součástí podpůrného programu pro Apollo, který hledal alternativní prostředky pro navádění na oběžnou dráhu v případě selhání radaru nebo komunikace. Sextant, který byl zkoušen při misích Apollo 8, 10 a 11, byl výsledkem celé této práce.

Výčet přínosů X-15 není malý. Letoun dokázal přežít velmi náročné podmínky a díky své konstrukci mohl být i po, pro jiné letouny fatální, havárii opět opraven a vrácen do provozu. Letoun přišel v době, kdy lidé začali přemýšlet o nahlédnutí za hranice naší atmosféry, a X-15 pomáhal výrazným způsobem stavět architekturu všeho potřebného k takovým výpravám. Každý takový projekt, ať už budeme přemýšlet o americkém NAVAHO nebo ruském programu La-350 Buria, vždy nepřinesl jen vývoj samotného stroje, ale i celé technologie zpracování materiálů, navigačních aparatur, telemetrie atd. Jak jsem již uvedl, několik pilotů získalo astronautická křidélka. Jeden z pilotů je sice nezískal při letech s X-15, ale jeho životní osud mu to i tak plně vynahradil a kromě získání oněch křidélek se zapsal do historie lidstva jako první člověk na Měsíci…

Pro čtenáře bych ještě uvedl umístění přeživších letounů X-15

• X-15-1 (AF Ser. No. 56-6670) byl vystaven v Národním muzeu letectví a kosmonautiky ve Washingtonu, DC
• X-15-2 (AF Ser. No. 56-6671) je vystaven v Národním muzeu letectva Spojených států na letecké základně Wright-Patterson

Závěrem si dovolím přidat video z přistání X-15, na kterém je pěkně vidět odhození spodní části vertikálního stabilizátoru

Seznam pilotů, kteří získali astronautická křidélka:
Michael J.Adams (Air Force, X-15 Flight191)
William H. Dana (NASA, X-15 Flight174,197)
Joe H. Engle (Air Force, X-15 Flight138,143,153)
William J. Knight (Air Force, X-15 Flight190)
John B. McKay (NASA, X-15 Flight150)
Robert A. Rushworth (Air Force, X-15 Flight 87)
Joseph A. Walker (NASA, X-15 Flight 77, 90, 91)
Robert A. White (Air Force, X-15 Flight 62)

Zdroje informací:
Monografie Hypersonic Before the Shuttle, Dennis R.Jenkins, rok vydání 2000, NASA Publication
X-15 Research at the edge of space, NASA, rok vydání 1964
North American Aviation, Inc., Flight manual X-15, Los Angeles, rok vydání 1961
https://history.nasa.gov/
https://history.nasa.gov/
https://www.smithsonianmag.com/
https://www.sierrafoot.org/

Zdroje obrázků:
https://www.whiteeagleaerospace.com…/10/X-15A-2-Featured-Image-610×447.jpg
https://history.nasa.gov/x15lect/i-17.jpg
https://www.whiteeagleaerospace.com/wp-content/uploads/2009/10/x15a2.jpg
https://www.check-six.com/images/X15A3/X15-crash-color.jpg
https://live.staticflickr.com/5484/9442523215_37b86d564e_b.jpg
https://patchesofpride.files…._neil_armstrong_and_x-15_-1_-_gpn-2000-000121-1.jpg
https://air-and-space.com/…%20ball%20noses%20North%20American%20l.jpg
https://www.ion.org/museum/photos/29_2.JPG