X-Planes / Dělníci kosmonautiky (22.díl)

V předchozím díle jsme se věnovali dalšímu stroji z dílny NASA, M2-F2. Povídání jsme přerušili po velmi těžké nehodě tohoto stroje s pilotem Brucem Petersonem. Bruce Peterson měl veliké štěstí a nehodu přežil, i když ne bez následků. Jeho let byl zároveň posledním bezmotorovým letem, po kterém měla začít série motorických letů. Během bezmotorových letů se projevovala veliká citlivost na boční oscilace – kluzák byl nestabilní v příčném směru. O této nestabilitě se mohl přesvědčit již Milt Thompson během svého prvního letu s M2-F2. Nyní nastala situace, kdy nemohlo dojít k pokračování letového programu, protože kluzák byl značně poškozen při nehodě a otázkou tedy bylo, co bude dál.

M2-F3 „Fénix s novým jménem“

Nehoda M2-F2 znamenala přerušení celého letového programu. Důvod byl prostý, nebylo s čím létat, protože neexistoval žádný druhý stroj. Jak bylo již zmíněno v minulých dílech, přednost před stavbou dvou kusů M2-F2 dostal další stroj, a to HL-10. HL-10 se nyní stal hlavním strojem v FRC a souběžně vznikal projekt USAF, SV-5P. Jak známo, z SV-5P se vyvinul stroj X-24A, ale na uvedení do provozu si ještě v FRC museli dva roky počkat. Nyní byla hlavní otázka co dál s M2-F2. Kluzák byl značně poškozen a snad ani neexistovalo místo na plášti stroje, kde by nebylo poškození, nemluvě o vnitřním vybavení. Další otázkou bylo co dál, protože stroj měl evidentně velké problémy s boční stabilitou, která několikrát málem způsobila nehodu. Nakonec tento problém rozseknul John McTigue, programový manažer, který odeslal M2-F2 zpět k výrobci Northrop. Právě výrobce, jako jediný mohl, posoudit možnosti opravy draku, protože měl stále k dispozici přípravek ve kterém byl stroj stavěn. Další cesta tedy byla do přípravku a začala mravenčí práce s demontáží paneláže a nivelováním celého draku. Další stránkou celého posouzení možnosti opravy byly i vnitřní systémy a instalace. Northrop dostal na tento účel malý finanční obnos, ale hlavní slovo o budoucnosti stroje měla agentura NASA.

Než se však budeme věnovat dalšímu osudu M2-F2, na chvíli odbočíme. Odbočíme k pilotovi Miltu Thompsonovi, protože M2-F2 znamenal i konec letové kariéry tohoto významného pilota vztlakových těles, který stál u zrodu celé kategorie. Svůj poslední let se vztlakovým strojem, tedy M2-F2 vykonal Milt 2. září 1966. Nebyl to však poslední let jen se vztlakovým strojem, ale celkově. To znamená, že Milt Thompson opouštěl pozici zkušebního pilota a přesunoval se do vyššího managmentu FRC. Mnohým se zdálo, že odchod Milta znamená velkou ztrátu pro letový program, ale čas sám ukázal, že jako manažer letových projektů je velmi schopný a jeho zkušenosti byly velmi nápomocné. Mnozí při jeho odchodu tvrdili, že Milt již vyčerpal svých všech devět životů zkušebního pilota a nechce již dál hrát „kočkovanou“ s osudem. Samotný odchod Milta nebyl záležitostí, která by přišla, jako blesk z nebe. Už v průběhu projektu M2-F1 začal o této možnosti hovořit se šéfem FRC, Paulem Biklem. Sám Milt Thompson později komentoval své rozhodnutí takto:

„Cítil jsem, že vzrušující programy končí a neviděl jsem, že by se v blízké budoucnosti objevily nové náročné programy. Opravdu jsem si užil výzvu v podobě letů s X-15 nebo létání se vztlakovými stroji. Už mě, ale nudilo rutinní létání, které bylo vyžadováno mezi výzkumnými lety. Když pilota omrzí létání, je čas skončit“

Možná někde, hluboko v mysli Milta, byla i myšlenka typu „kolikrát to ještě vyjde“ a byl by k tomu i jeden příklad za všechny. Tato událost se stala asi osm měsíců před zahájením letů s M2-F1. Milt se připravoval na přistání s letounem F-104 Starfighter. Během vysouvání vztlakových klapek do polohy na přistání však došlo k nesymetrickému vysunutí, tzn. jedna klapka se vysunula, ale druhá zůstala „viset“ v zavřené poloze. Příčinou byla prasknutá mechanická vazba mezi klapkami. Výsledkem byla okamžitá rotace kolem podélné osy letounu. Milt dokázal udržet výšku letounu i přesto, že stále rotoval dokola. Během toho se stále pokoušel přivést klapky k „rozumu“, ale bez výsledku. Nezbývalo však nic jiného než provést katapultáž. Opatrně nasměroval letoun do neobydlené oblasti a pak začal s časováním doby na katapultáž. V průběhu takovéto rotace se nemůžete vystřelit bez rozmyslu, protože by mohlo dojít k vystřelení, když bude letoun v poloze na „zádech“, což v kombinaci s malou výškou může vést i k jisté smrti. Naštěstí se katapultáž podařila ukázkově a Milt bezpečně přistál na padáku. Po dopadu na zem si sbalil svůj padák, stopnul si nebližší auto a zamířil zpět na základnu. Když vešel do kanceláře, už probíhalo rozsáhlé pátrání. Na místě havárie přistávaly vrtulníky. Nikdo však neviděl, jestli se Milt katapultoval, protože nebyl vidět jeho padák. Předpokládalo se, že jeho tělo bude nalezeno v troskách F-104. Všichni byli pak mile překvapeni, když se náhle objevil ve dveřích kanceláře.

Nyní se vrátíme k M2-F2. Jak bylo řečeno, konečné slovo v rekonstrukci kluzáku měla NASA. Co však bylo důležitější v této otázce bylo, zda má vůbec smysl pokračovat při stejném uspořádání základní aerodynamiky stroje. Tato otázka má své opodstatnění díky PIO (Pilot Induced Oscillation) a silné boční nestabilitě kluzáku, která už potrápila pár pilotů. Ve výsledku to znamenalo návrat k modelům a aerodynamickým tunelům. Tým pod vedením Jacka Bronsona z NASA střediska v Ames se začal zabývat otázkou eliminace aerodynamického ovlivnění horních diferenciálních klapek a horizontálních stabilizátorů. Bylo zkoušeno několik způsobů, jak upravit tlakové poměry mezi řídícími plochami. Příkladem může být pokus s přidáním extra vodorovné plochy se dvěma elevony připevněnými mezi pravý a levý stabilizátor. Tím vytvořili příznivé tlaky na tyto plochy, které pomáhaly eliminovat momenty v zatáčení. Tento přístup byl opuštěn kvůli jeho složitosti a strukturálním problémům. Po mnoha zkouškách různých řešení, které nepřinášely uspokojivé řešení, došlo na instalaci středového stabilizátoru, tedy mezi horní klapky řízení. Tento přidaný stabilizátor vytvářel boční síly, které působily proti silám vnějších vertikálních stabilizátorů. Například po pokynu pilota k otočení doprava se pravý zadní elevon/klapka původního M2-F2 posunula nahoru. Tlakové pole na pravé horní straně draku se v důsledku tohoto vychýlení zvýšilo a tlačilo dolů na pravou stranu, ke krajnímu stabilizátoru. Tento zvýšený tlak tlačil na vnitřní stranu pravého stabilizátoru, vlastně tlačil „ocas“ doprava a „nos“ doleva, což mělo za následek nepříznivé vybočení. Se středovým stabilizátorem by však tento tlak tlačil také na pravou stranu středového stabilizátoru, čímž by se zabránilo nepříznivým účinkům vychýlení způsobených tlakem tlačícím doprava a zrušením momentů nepříznivého vybočení. Jinými slovy, by se eliminoval pákový efekt, který se vytvářel bez středového stabilizátoru.

Po ukončení měření a hledání nejlepšího způsobu eliminace problémů s řízením došlo na oficiální setkání zástupců střediska Ames s FRC (Flight Research Laboratory), vedením NASA a zástupci USAF. Na setkání došlo k prezentaci dosažených výsledků s použitím centrálního stabilizátoru. Všichni zástupci si plně uvědomovali problémy s řízením a s jevem PIO. Prezentované výsledky všechny zaujali a například inženýr Bob Kempel si rychlým výpočtem ověřil rozdíl mezi starým uspořádáním a novým návrhem. Podle jeho slov se jednalo o znatelný rozdíl, jako mezi dnem a nocí. Samotný Bob Kempel byl především členem týmu projektu HL-10, ale jelikož prováděl základní výpočty stability pro M2-F2, měl osobní zájem i na tomto stroji, u kterého nebyl zásadně spokojen s letovými vlastnostmi. Během těchto dvou projektů sepsal i pojednání o vlivu řídících ploch v závislosti na vazbách v řízení. Středisko FRC si vzalo výsledky z Ames a vložilo je do simulátoru M2-F2 pro ověření. Výsledkem všech jednání bylo schválení opravy M2-F2 i s modifikací řídicího systému, tedy přidáním středového stabilizátoru. Nový stroj, který byl dodán zpět na Edwards roku 1969, byl nyní přeznačen na M2-F3.

Projekt byl schválen a společnost Northtrop se mohla pustit do přestavby stroje. Bylo to na poslední chvíli, protože společnost se chystala brzy přesunout celý tým, který stavěl M2-F2 na nový projekt, ale to už se nezamlouvalo FRC. Navíc než došlo ke schválení NASA, uběhl také nějaký čas. Ani samotný proces před oficiálním požehnáním nebyl úplně hladký a opět musel probíhat utajeně na pozadí. Pro vysvětlení, byly známy výsledky z měření a technické řešení. Ale bylo také třeba udržet v chodu tým, který měl na starost přestavbu. V tomto směru fungoval výborným způsobem tandem dvou mužů, John McTigue a Fred DeMerritte. Zatímco McTigue dohlížel na projekt, DeMerritte se staral o pomalý přísun financí již před oficiálním požehnáním. Nutno dodat, že DeMerritte byl velmi houževnatý a díky své vytrvalosti svým způsobem „vybojoval“ schválení projektu. Samotná úprava stroje, tedy vnitřních systémů a části draku, pak probíhala v prostorách FRC na Edwards za přítomnosti pracovníků z Northtropu. Důvod byl prostý, snaha držet finanční nároky co nejníž.

Při samotné přestavbě došlo k úpravě několika systémů. Nyní bylo mnoho agregátů přesunuto do přední části stroje, aby byla zachována co nejvíce centráž stroje a nemuselo dojít k přidávání dodatečné váhy do přední části. V zadní části byl instalován již zmíněný středový stabilizátor. Další změnou bylo otočení polohy motoru o 90°, tedy do položené polohy. Toto řešení usnadnilo přístup a údržbu pohonné jednotky. Došlo i na dodatečnou montáž vzdušných brzd, kdy došlo k symetrickému vybočení směrových kormidel o 25°. Jedním ze systémů, který byl na palubě kluzáku byl i systém SAS. S tímto systémem se mohl čtenář setkat již u povídání o X-15. Tento systém pomáhal pilotovi s řízením stroje, kdy na základě povelů od pilota vykonával činnost tak, aby nedošlo například k PIO, tlumením proti pohybům úhlové rychlosti. Systém však nikdy nedostal takovou důvěru, aby měl více než 50% autority v řízení. Stávalo se i, že docházelo ke „konfliktům“ mezi povely pilota a systému SAS, kdy si systém řekl, že pilot „nemá pravdu“ a upřednostnil svůj povel.

Po dokončení všech úprav a následných testech mohlo dojít na návrat stroje do vzduchu. První bezmotorový let se uskutečnil 2. června 1970 a za řízení usedl pilot Bill Dana. Jeho let byl úspěšný a potvrdil, že úpravy stroje byly v pořádku. Letový program se tak mohl opět naplno rozběhnout a pokračovat i tam, kde byl předtím přerušen, a to v motorických letech.

Jednou z věcí na kterou si piloti v průběhu letového programu stěžovali, byl pocit z letu. Přesněji řečeno, měli pocit, že kluzák je „jakoby“ svým letem před nimi, co se týče řízení. Bylo to způsobeno návyky ze simulátoru, který neměl takové odezvy, jako byly při reálném letu. Došlo tedy k jeho úpravě zrychlením povelů tak, aby byl pilot v řízení před kluzákem a navykl si na rychlost odezvy. Po třináctém letu byl M2-F3 uzemněn na šest měsíců, do 25. července 1972. Důvodem byla instalace experimentálního řídicího systému a boční páky řízení s přidaným systémem RAS, obdoba systému RCS na vesmírných plavidlech. To vše bylo montováno pro hodnocení během posledních 14 letů. Se stejným typem řízení jsme se mohli setkat u X-15. Piloti byli spokojeni se systémem SAS, ale už se to nedalo říct i o systému CAS (Command Augmentation System)),u kterého piloti doufali, že systém během transsonické rychlosti s funkčním motorem zlepší letové vlastnosti. Celkově byly na M2-F3 zkoušeny tři systémy řízení.

Původní jednokanálový systém SAS byl v průběhu projektu vyměněn za trojnásobně redundantní systém Sperry, podobný systému použitému u X-24A. V první řadě byl zachován systém tlumení řízení pro klasický „knipl“, dále byla přidána boční řídící páka, side stick, která mohla ovládat až tři různé systémy s možností návratu zpět ke klasickému řízení. Návrat probíhal přepnutím spínače na kniplu či bočním panelu. Nejlépe je vidět rozdělení systému na přiloženém obrázku, kdy můžete vidět systém SAS, CAS (Command Augmentation System), RC (Reaction Control) a RAS (Reaction-control Augmentation System). Jak je vidět, na kluzáku byl postupně zkoušen i systém řízení pomocí reakčních trysek. Původně se jednalo o řízení bez elektrické regulace ve dvou stavovém režimu ON/OFF. Řízení však bylo velmi hrubé, a proto bylo použito pro jeho ovládání systému CAS, který upravoval povely pilota. Samotný systém CAS byl vlastně prvotním systémem na bázi Fly-By-Wire, kdy obdržel pokyny od pilota, prostřednictvím kniplu. Po obdržení pokynů od pilota je spároval s daty z gyroskopu a dalšími údaji a převedl pokyn do řízení. V době svého využití však neměla elektronika ještě takovou důvěru a systém dostal pouze 50 % oprávnění. Nutno dodat, že systém CAS měl potenciál k řízení strojů s nestabilním průběhem letu. Vztlaková tělesa byla přímo ukázková v tomto směru, protože mohla procházet celým rychlostní rozsahem, kdy dochází ke změnám v řízení podle rychlostní oblasti a tlumení oscilací v řízení s vyváženým poměrem řídící reakce dokáže značně ulehčit život pilota. Systém CAS uměl udržovat i úhel náběhu stroje.

Poslední let kluzáku se uskutečnil 20. prosince 1972. Za řízení stroje usedl pilot John Manke, kterého už můžete znát z projektu X-24B. Samotný kluzák po ukončení provozu putoval do Národního muzea letectví a kosmonautiky při Smithsonian Institution, ve Washingtonu, DC.

Na samotný závěr kapitoly o M2-F3 uvedu jednu událost, která se stala na základně Edwards a mohla skončit obrovskou katastrofou. Během příprav byly vždy dodržovány všechny metodiky a bezpečnost. Po ukončení bezmotorových letů s M2-F3 se připravoval kluzák na další etapu, a to motorové lety. Během plnění pohonnými látkami na rampě, kdy byl kluzák zavěšen na pylonu NB-52, však došlo k úniku kapalného kyslíku, který začal zalévat celou rampu. Únik nastal přes odvětrání kyslíkové soustavy. Celé této situace si naštěstí všiml člen posádky NB-52, Dan Garrabrant, který okamžitě z alarmoval velitele posádky a ten okamžitě z alarmoval základnu a personál. Provoz na základně byl okamžitě přerušen a oblast byla evakuována. Došlo na zrušení všech letů, včetně nadzvukových, aby nedošlo k explozi. Pro vysvětlení problému, únik kapalného kyslíku byl pouze vrchol ledovce. Došlo k selhání čtyřnásobného zpětného ventilu palivové soustavy, který zabraňoval průtoku paliva, alkohol s vodou, ke kapalnému kyslíku! Zde však došlo k selhání obou okruhů najednou a došlo tak ke smíchání paliva a kapalného kyslíku. Směs v nádržích okamžitě zamrzla, vlivem kyslíku, na cca minus 143 °C a vytvořila tak bombu s plně natankovaným letounem NB-52 nad sebou.

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=iaz6Bmitawo?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
en.wikipedia.org/wiki/Northrop_M2-F3
thelexicans.wordpress.com/

Zdroje obrázků:
en.wikipedia.org/wiki
static.thisdayinaviation.com/
history.nasa.gov/
images-assets.nasa.gov/
history.nasa.gov/
www.air-and-space.com/
Aircraft Stability and Control Augmentation, strana 10