X-Planes / Dělníci kosmonautiky (24.díl)

První bezmotorový let HL-10 nedopadl úplně podle vysokých očekávání svých tvůrců. Bruce Peterson během letu hlásil postupně problémy v řízení, přesněji oscilace a malou účinnost elevonů. Zklamání bylo veliké, protože samotní tvůrci si kladli za cíl vytvořit nejlepší stroj z celé kategorie vztlakových těles. Z počátku to vypadalo pouze na lehkou úpravu ve stabilizačním systému řízení, ale jak se postupně ukázalo, problém byl mnohem rozsáhlejší. Jen díky snaze inženýra Wenta Paintera došlo k přezkoumání celé problematiky a podrobné analýze. Samotné středisko v Langley si plně uvědomilo, že na problému nese svou část „viny“ a přijalo plnou zodpovědnost za vyřešení problému. Na obranu střediska Langley je nutno dodat, že ne každý jev se dá plně odhalit v aerodynamickém tunelu, protože stále se pohybujete na úrovni modelací, tedy bez zásahu člověka do řízení. Pro HL-10 to však znamenalo „stopku“ na několik měsíců.

HL-10 „Opět na scéně“

Mravenčí práce, která čekala na aerodynamiky a konstruktéry, uzemnila HL-10 na celých patnáct měsíců. Čekala je úprava stabilizačního systému řízení SAS a dále pak hledání problémových částí letu, myšleno proudění a tlakové poměny na draku a jejich náprava. Středisko v Langley strávilo mnoho hodin práce v aerodynamickém tunelu s modelem HL-10. Během testů mohli začít porovnávat data získaná ze skutečného letu s těmi, která měli z modelací před létáním a poté je duplikovat na model. V minulém díle jsem zmínil situaci, kdy jeden z inženýrů střediska dal značně najevo své rozhořčení nad vzniklou situací. Jak sám uvedl, měl se řídit svou intuicí, že se vyskytly části letu, které nejsou v pořádku. Během prvních měření v Langely  totiž docházelo k podobným situacím s prouděním okolo stroje, jako v průběhu letu. Během rozboru však byly obavy zamítány, jelikož se předpokládalo, že se jedná o „falešný rozptyl“ v datech. Práce byla nyní rozdělena na dvě části. Středisko v Langley se plně soustředilo na řešení problému s aerodynamikou a FRC se věnovalo úpravám v systému SAS. Z hlediska systému SAS byly do systému vřazeny filtry a upraven mód strukturální rezonance 22 Hz, tedy kompenzátor předstihu, který byl na palubu montován před prvním letem.

Ten, kdo se však při řešení problému s aerodynamikou nezastavil byl Bob Kempel, který spolupracoval se střediskem v Langley. Časový objem jeho práce byl takový, že mu vedení udělilo výjimku v pracovní době, kde počet přesčasových hodin už nehrál roli. Navíc aby toho nebylo málo, byl v provozu i projekt M2-F2, u kterého měl Kempel také své zájmy, které vycházely ze zkušeností i s HL-10. Společné úsilí vyústilo ve dvě možná řešení, která se týkala vnějších stabilizátorů. První možnost navrhovala změnu profilu vnějších vertikálních stabilizátorů pomocí vyklenutí vnitřní části profilu. Druhou možností pak bylo mírné prodloužení náběžné hrany s vyklenutím hrany. To znamená, že v obou případech se jednalo změnu tvaru profilu stabilizátoru. Tyto možnosti byly představeny i Bobu Kempelovi, který měl provést vyhodnocení obou řešení. Kempel vzal všechna data/výpisy řešení a ručně je začal vykreslovat. Díky tomuto „klasickému“ způsobu musel celý tým vykreslit každou křivku, což bylo zdlouhavé. Mělo to však jednu nespornou výhodu, celý Kempelův tým tak prošel každou sekundu záznamu a měl jasný přehled o kvalitě obou řešení. Na základě této mravenčí práce pak Kempel vyhodnotil druhou možnost, jako nejlepší řešení. Nutno dodat, že v rozhodnutí nehrála konstrukční složitost úpravy žádnou roli.

Samotné rozhodnutí bylo pak podrobně diskutováno se zástupci střediska v Langley, kteří se shodli na stejné možnosti. Nyní byl tedy čas oslovit původního výrobce HL-10, společnost Northtrop, aby provedla úpravu stroje. Úprava spočívala v přidání sklolaminátové nástavby na náběžné hrany stabilizátorů, kdy vnitřní základní strukturu tvořilo klasické žebrování potažené právě sklolaminátem. Práce probíhaly přímo ve středisku FRC za přítomnosti pracovníků společnosti Northtrop. Na tuto dobu velmi rádi vzpomínají všichni zúčastnění, protože s sebou přinášela skvělé vztahy a přátelství. Nebylo nic zvláštního na tom, když například starší inženýr společnosti, Fred Erb, shodil kancelářský úbor, převlékl se do montérek a šel na dílnu pomáhat s instalací nástaveb na HL-10. To rozhodně nepatřilo k běžné praxi, a to ani dnes.

Práce pokračovaly po zbytek roku 1967 a přehouply se i do roku 1968. Po dokončení všech úprav, které se netýkaly jen stabilizátorů, ale i systému SAS bylo nutné provést i kompletní testování všech systémů, zkoušky ve větrném tunelu a simulace. Celá tato činnost si vzala také dost času a HL-10 tak byl připraven na další let v březnu 1968. Druhý let byl proveden 15. března 1968 a za řízení usedl Jerry Gentry. Během letu, který trval přes čtyři minuty měl Gentry mnoho práce, protože bylo třeba ověřit účinnost provedených úprav. Gentry tedy zcela záměrně vedl stroj do fází letu, ve kterých se vyskytly problémy už při prvním letu. Samotnou důležitost letu dokumentuje i fakt, že se na něj přišlo podívat mnoho členů základny Edwards. Podle pamětníků to bylo velmi vzácné, aby takový „dav“ přišel na jeden let. Při letu byla tentokrát použita i kamera umístěná na vertikálním stabilizátoru, aby poskytovala záznam o proudění na pravém kormidle stabilizátoru/směrovce a pravém elevonu. Povrch v této části byl opatřen „bavlnkami“, přilepenými na povrch tak, aby vlály. Díky této metodě se dodnes zjišťuje proudění vzduchu kolem zkoumaného tělesa a například pro plachtaře je bavlnka nedílnou součástí čistého létání.

Pro pochopení funkce „bavlnek“ uvedu, že pokud proud vzduchu obtéká těleso bez problémů, tedy neodtrhává se a nevíří, tak bavlnka leží naplocho ve směru proudění. Pokud však dochází k odtrhávání proudnic, tak bavlnka „víří“ v prostoru.

Během po-letového rozboru hodnotil Jerry Gentry letové vlastnosti kladně. Neměl problémy s citlivostí na náklon a podélná stabilita byla v pořádku. Gentry dokonce prohlásil, že HL-10 byl během podrovnání a přistání mnohem lepší než klasický letoun F-104! To byla skvělá zpráva především pro Boba Kempela a Wenta Paintera, kteří měli obrovský podíl na úpravě HL-10. Je nutno dodat, že po prvním letu neměl HL-10 moc velkou důvěru pilotů. Přece jen letové vlastnosti byly úplně někde jinde, než se čekalo a ambice o „nejlepším“ stroji v kategorii vztlakových těles se nepodařilo naplnit. Druhý let byl naprostá otočka. Rychle se rozšířilo, že let s HL-10 byl v pořádku a samotný stroj měl příjemné letové vlastnosti. Navíc se dynamika letu shodovala i se simulátorem a piloti se tak nemuseli obávat značných rozdílů mezi simulací a realitou, jako tomu bylo u prvního letu. Nyní byla tedy situace obrácená, na létání s HL-10 se začala stát fronta.

Nyní mohl nastat čas pro obnovení letového programu. Který tradičně začínal bezmotorovými lety. Za řízením se v této fázi střídali piloti John Manke a Jerry Gentry. Po ukončení série osmi bezmotorových letů mohl nastat čas pro létání s pohonnou jednotkou. Samotná pohonná jednotka byla instalována až po splněném programu bezmotorových letů. Motorem kluzáku byl opět známý XLR-11. První motorický let provedl opět Jerry Gentry, dne 23. října 1968. První let však nebyl úplně úspěšný, protože brzo po odpoutání od NB-52 došlo k selhání motoru a Gentry tak musel vypustit palivo a pokračovat k nouzovému přistání na dně Rosamondského jezera, které leží přibližně deset mil od Rogersova jezera. Další pokus o motorický let provedl John Manke 13. listopadu, který proběhl už úspěšně. Pro zajímavost uvedu, že v následujícím období se začínaly propojovat cesty HL-10 s X-24A ve společném provozu na Edwardsově základně. Samotný John Manke provedl první let s X-24A pět měsíců po motorickém letu s HL-10, přičemž nastala i situace, kdy John Manke sedlal v jeden den oba stroje. V průběhu letového programu byli postupně přizvání další piloti, včetně nám známého Billa Dany. Jednou ze změn, která proběhla v samotném závěru v letového programu byla demontáž motoru XLR-11. Důvodem demontáže bylo ověření použití přídavných raket během podrovnání a přistání, které dodaly dodatečný tah a zlepšovaly tak poměr vztlak odpor. Dalším úkolem bylo snížení úhlu náběhu z cca 18 stupňů na 6 stupňů. Lety v této konfiguraci provedl pilot Pete Hoag. Pete Hoag po provedení těchto letů, ale nebyl moc spokojený s přiblížením, protože měl problém s odhadem dosednutí kluzáku. Během přistání se musel více spoléhat na přední průzor/okénko a výsledkem bylo špatné vnímání hloubky. Tento špatný vjem způsoboval tvar okénka, který v pilotech vyvolával dojem, že jsou nad zemí výše, než ve skutečnosti byli.

Nyní opět trochu odbočíme z popisu letových operací a budeme se věnovat malé „aféře“, která se stala během výcviku na lety s HL-10. Hlavním a zároveň nechtěným účastníkem této aféry byl pilot John Manke. Událost se stala v období, kdy letový program přecházel na motorové lety a to znamenalo, že kluzák bude procházet více rychlostními oblastmi. V průběhu takového letu se měnily letové vlastnosti podle rychlosti a bylo nutné se na to dobře připravit. John Manke nepatřil mezi piloty, kteří by zaháleli a využíval každou možnost k létání v simulátoru. Bylo tedy běžné, že se objevil i během obědové pauzy a v ruce držel nosič s obědem. Právě během jedné obědové pauzy tak přišel do simulátoru, kde nikdo samozřejmě nebyl. Věrný své disciplinovanosti se usadil do simulátoru a spustil simulaci prvního nadzvukového letu HL-10, který měl provést. Po odpoutání vedl stroj k dosažení nadzvukové rychlosti, naklopil příď k nulovému úhlu náběhu a kluzák se náhle stal prudce nestabilním v bočním směru. Výsledkem celé této simulace byla nevyhnutelná nehoda Johna. A zde začíná celý problém. John Manke netušil, že simulační inženýr před svým odchodem na oběd nahrál do simulátoru špatný program s nastavenou směrovou stabilitou na nulu. Tento program byl používán jako demonstrační, ale rozhodně NE jako letový program, protože neodpovídal realitě. Inženýr byl klidný, protože věděl, že tento program není letový, a tak nehoda v simulátoru vlastně nic neznamená. Ale kdo to nevěděl, byl John, pro kterého byl výsledek simulace děsivý a své obavy svěřil vedení NASA. Důvodem, proč se svěřil přímo vedení NASA byl velmi prostý, ve středisku v té době nebyl přítomen jediný programový inženýr, který by jistě zjistil, co se děje. Výsledkem celé této situace bylo, že se všichni inženýři programu velmi brzy ocitli na koberečku u Paula Bikleho, tedy na pověstném „Bikle barrel“. A aby toho nebylo málo, bylo přítomno i vyšší vedení NASA, které čekalo na vysvětlení celého problému a důvodu proč se pokoušejí „zabít“ výborného pilota. Byla to velmi těžká chvíle a ani samotní inženýři plně nechápali co se děje. Po jistém uklidnění došlo ke zjištění chyby, tedy špatně nahraném programu, ale to už k uklidnění nestačilo. Bylo tedy nutné provést přímou demonstraci správného programu v simulátoru, aby všichni pochopili, kde se stala chyba.

Letový program HL-10 běžel bez větších problémů a v průběhu celého programu se podařilo naplnit všechny body výzkumu. Dne 17. července 1970 tak provedl Pete Hoag poslední let s HL-10 s pořadovým číslem třicet sedm. Kluzák nalétal během svého provozu 3 hodiny, 25 minut a 3 sekundy, přičemž průměrný bezmotorový let trval okolo pěti minut a let s motorem cca sedm minut. Díky letům vztlakových těles, jako byly M2-F3, HL-10 a X-24 se podařilo prokázat, že není nutné instalovat dodatečný pohon pro let v atmosféře. Tato skutečnost citelně ovlivnila vývoj raketoplánu, u kterého původně plánovači plánovali použít proudové motory, jako přídavného pohonu při závěrečném přiblížení. Vztlaková tělesa prokázala, že to není nutné, dokonce prokázala, že to může vést k nepříznivým jevům během podrovnání při menším úhlu náběhu.

Kluzák HL-10 byl po prvních problémech nakonec hodnocen, jako nejlepší vztlakové těleso. Piloti byli spokojeni s letovými vlastnostmi stroje, který měl i poměr vztlak/odpor o 14 % vyšší než M2-F2. Společně s X-24 tak patřily tyto stroje na vrchol celé kategorie a pomohly tak k dalšímu vývoji. Nelze nevzpomenout i na piloty, kteří odvedli veliký kus práce a pomohli označit problémové části letů, které teoreticky hrozily katastrofou. Mnohdy k tomu sami přispěli, nedodržením určených parametrů letu. Ale to bylo ku prospěchu celé věci, protože se rychle označil problém a začal se řešit. Přece jen, takový let neběží podle striktních dat simulátorů a aerodynamických tunelů.

Závěrem jen krátce zmíním, že o HL-10 bylo dále uvažováno, jako o logistickém kosmoplánu. O této myšlence se zmiňuje Dale Reed ve své knize Wingless flight. Hlavní myšlenkou byla možnost využití zbylých dvou kusů sestav Saturn 5/Apollo. V prostoru určeném pro lunární modul by se nacházela modifikace HL-10 nebo X-24A. Modifikace vybraného stroje by zahrnovala tepelnou ochranu stroje pro vstup do atmosféry. V návrhu se počítalo s jedním letem v bez posádkové konfiguraci, tzn. astronauti by letěli ve velitelském modulu Apolla, po navedení na orbitu by bylo provedeno vytažení vztlakového tělesa a následně by jeden z astronautů provedl EVA (Extravehicular activity) při které by provedl potřebné úkony pro přípravu tělesa na návrat do atmosféry. Po splnění úkolu by se pak vrátil zpět do kabiny velitelského modulu a vztlakové těleso by potom autonomně pokračovalo v návratu na Zemi. Při druhé misi by pak astronaut zůstal na palubě a provedl řízený návrat zpět na Zemi. S touto vizí Dale Reed předstoupil před Wernhera von Brauna při jeho návštěvě v FRC. Dale Reed pro tuto prezentaci dokonce postavil plastikový model, který upravil o vztlakové těleso, aby mohl lépe prezentovat svou myšlenku. Samotná myšlenka se zdála být velmi dobrou i podle Wernhera von Brauna, který se pro tuto myšlenku nadchnul. Okamžitě se začala rozvíjet debata o přípravách, kdy by Marshallovo středisko připravilo nosnou raketu a FRC by pak připravilo vztlakové těleso schopné letu do vesmíru s návratem. Ten kdo, ale nesdílel stejné nadšení byl Paul Bikle, který byl přítomen prezentaci. Jeho jednoznačné NE znamenalo stopku myšlence už na začátku. Paul Bikle nechtěl podle všeho zatěžovat takto náročným úkolem středisko FRC. Podle Dalea Reeda byl vesmír na okraji zájmu Paula a upřednostňoval tak leteckou techniku. Z jiného pohledu je škoda, že myšlenka nebyla realizována, protože se jednalo o poměrně levný způsob, jak ověřit celou teorii vztlakových těles pomocí úpravy stávajícího stroje, než by mohl být vyvinut mnohem větší stroj. Podobnou myšlenkou se v průběhu let zabývalo více společností, například Boeing, McDonnell, Lockheed nebo Northrop. Samotný kluzák byl v návrhu značně zvětšen, aby bylo možné pojmout více členů posádky. Samotný design se měnil podle projekční kanceláře a například společnost Boeing počítala s využitím kónického modulu připojeného k zadní části stroje, ve kterém by se nacházely hlavní systémy potřebné pro let na orbitě. V zadní části kónusu se pak nacházelo i stykovací zařízení s průlezem.

Tímto dílem vlastně ukončujeme i nejintenzivnější období vývoje v této kategorii, snad by se dalo i říct „zlatá éra“. Jak jsme mohli vidět, vývoj u USAF prošel metodickým řádem malých kroků a vyústil ve výborný stroj X-24B. Vývoj u NASA začínal z nadšení pracovníků agentury, kteří zvolili neformální začátek vývoje, aby nakonec došli až k HL-10. Všechny stroje, obou organizací, došly v podstatě ke stejným závěrům v oblasti aerodynamiky a řiditelnosti. Ukázaly další cestu a možnosti, ale přesto nebyla kategorie dál rozvíjena tak, jako tomu bylo od 50. let do 70. let. Vše se soustředilo na budoucí raketoplán. Další známky vývoje vztlakových těles pak přinesly úvahy o využití podobných strojů, jako záchranných člunů v osmdesátých a devadesátých letech. Jednou z cest, která přímo těžila z výsledků vztlakových těles byl i americký raketoplán. Snaha o posunutí programu sice byla, ale nakonec byl upřednostněn projekt raketoplánu, který měl zvučné zastánce a samotné rozhodnutí kongresu, které zhodnotilo, že konstrukce raketoplánu splňuje požadavky letectva i NASA. Nutno dodat, že letectvo se už muselo vzdát Dyna Soar a k připojení do projektu raketoplánu bylo „dotlačeno“.

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=vj2whetlp3g]

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
The Path to the Space Shuttle: The Evolution of Lifting Reentry Technology, Autor Dr. Richard P. Hallion, Rok vydání 1983
Developing and Flight Testing the HL-IO Lifting Body: A Precursor to the Space Shuttle, Autoři Robert W. Kempel, Weneth D. Painter, Milton O. Thompson, Rok vydání 1994
Cesty k raketoplánům, Autor Michal Polák, Rok vydání 2011

Zdroje obrázků:
Developing and Flight Testing the HL-IO Lifting Body, strana 27
Testing Lifting Bodies at Edwards, strana 66
en.wikipedia.org/
aviadejavu.ru/
i17.photobucket.com/
i17.photobucket.com/
aerospaceprojectsreview.com/blog
nassp.space/