От Фау-2 до Шаттла – экспериментальный пилотируемый NORTH AMERICAN X-15

 Многоразовые космические аппараты, такие как американский «Шаттл» или советский «Буран» перевернули очередную страницу космической эпопеи, но мало кто представляет, сколько сил было затрачено на их создание. Невероятное число идей, работ, моделей, конструкций и опытных образцов, успешных и неудачных пусков …..

В Соединенных штатах достижение космического пространства на пилотируемых аппаратах начинается с изучения деталей ракет немецкой постройки Фау-2, которые были доставлены в Америку после окончания 2МВ. Первая американская «Фау-2» стартовала 10 мая 1946 года. Результат - 112 километров над уровнем моря. Далее, для изучения верхних слоев атмосферы проводили запуски ракет с рядом растений и насекомых для исследований влияния различных факторов, в основном радиации. В конце программы по исследованиям, стали запускать ракеты с мелкими грызунами и обезьянами. Данные исследования продолжались в течение 10 лет, но вследствие неудачных пусков и возвращений на землю блоков с исследовательскими компонентами, высота более 50 километров, оставалась практически неизученной. Для этого требовался пилотируемый высотный самолет. На то время, начало 50-х годов, на высоту более 50 километров не поднимались даже экспериментальные самолеты (ракетопланы) с двигателями ракетного типа. Самая большая покоренная высота такими машинами была 35 километров. В середине 50-х годов, NASA определилось с требованиями к высотному самолету – он предназначался для полета на высотах до 100 километров со скоростью до 7.2 тысячи км/ч. Для обеспечения этих требований надо было создать двигатель ракетного типа с силой тяги равной 27 тоннам. Самолет должен был обеспечить получения необходимых данных для построения и запуска суборбитального боевого аппарата «Dyna-Soar». Основное внимание на больших высотах требовалось сосредоточить на исследовании:
- аэродинамического нагрева корпуса;
- жаростойкости корпуса и конструкций;
- работы ракетного двигателя;
- обеспечение условий нахождения человека на больших высотах;
- радиации;
- геофизических характеристик.

Высотный экспериментальный аппарат (самолет) получает обозначение Х-15. Используя накопленный опыт запуска экспериментальных самолетов фирмы «Bell» - ракетных Х-1 и Х-2, которые запускались на высотах 10 километров с самолета В-29, Х-15 тоже получил носителя – реактивный бомбардировщик «В-52», который мог запустить его уже с большей высоты и на большей скорости. К носителю Х-15 подвешивали на спецпилоне, выполненном под правым крылом бомбардировщика. Именно такая подвеска Х-15, между фюзеляжем и двигателем В-52 , потребовало постоянное присутствие пилота в экспериментальном аппарате. На фюзеляже В-52 устанавливают приборы для наблюдений и кино-фотокамеры для записи. В конце 1955 года компания «North American» получила заказ на создание 3-х опытных образцов Х-15. Компания «Reaction Motors» получила заказ на создание двигателя ракетного типа согласно техзадания. XLR-99-RM-1 использовал в качестве топлива аммиак, а окислителем жидкий кислород. Но к началу испытаний первого Х-15, двигатель еще не был доработан и первый образец высотного Х-15 получил два РД «XLR-11».

Впервые North American X-15A представили в середине октября 1958 года, а через 5 месяцев состоялся первый полет в сцепке с Боингом В-52А. Для проведения испытаний 3-х опытных образцов Х-15 были переоборудованы 2 реактивных бомбардировщика В-52, которые получили название В-52А. Еще через три месяца состоялся первый самостоятельный полет-планирование Х-15 – самолет успешно планировал около пяти минут и совершил посадку. Самостоятельный полет на собственном работающем двигателе был совершен на втором экземпляре Х-15А, в середине сентября 1959 года. Второй экземпляр Х-15А при 3-м запуске потерпел аварию. 1-й экземпляр выполнял полеты до весны 1960 года, а 3-й экземпляр, совершивший первый вылет в конце 1961 года, добился в итоге рекордных характеристик полета – достиг высоты в 108 километров и добился скорости 6540 км/ч. Второй экземпляр экспериментального высотного самолета в 1962 году восстанавливают, он получает дополнительные топливные баки и сменил обозначение на Х-15А-2. На нем были поставлены рекорды скоростных характеристик полета, которые вплотную приблизились к семи Махам – 6.72 Маха. Всего на данных экспериментальных самолетах поставили более десятка рекордов по скорости и высоте.

Завершение исследований после совершенных тремя экспериментальными самолетами Х-15 191(199) полета происходит в феврале 1968 года. Пилоты-испытатели Х-15 получили звания летчиков-астронавтов, что не удивительно ведь пилоты Х-15, начинали совершать полет на высоте более 13 километров на скорости 900 км/ч, после чего пилот включал ракетный двигатель и под углом 8 градусов самолет набирал высоту. Через 1.5 минуты работы двигатель выключался – самолет имел скорость 1900 м/с и высоту 48 километров, после чего где-то 150 секунд самолет двигался по баллистической траектории, при которой пилот-испытатель находился в невесомости.

Конструкция и устройство Х-15
Экспериментальный высотный Х-15 - среднеплан с прямым трапециевидным крылом относительной толщины профиля 5 процентов, прямолинейной закругленной передней кромкой (угол стекловидности 25 градусов), тупой задней кромкой толщиной от 54 до 9.5 мм. Крыло изготовлено без кручения, с нулевым углом поперечной установки. Подвижными на крыле были выполнены только закрылки. Управление комбинированное реактивно-аэродинамическое. Аэродинамика – дифференциальный стабилизатор, подфюзеляжный киль и основной киль управляемого исполнения. Подфюзеляжный и основной киль состоят из неподвижной и поворотной секции. Поворотные (концевые) секции используются как рули управления. Концевая секция подфюзеляжного киля съемного типа – устанавливают ее после стыковки Х-15 на В-52А, перед посадкой Х-15 ее сбрасывает. Неподвижные части килей на концах имеют 4-х створчатые высокоэффективные тормозные щитки - при выставлении щитков на 90 градусов на скорости в 2 Маха, высота 18 километров – торможение достигает 5500 кГ (53.94 кН), на скорости 5 Махов, высота 46 километров торможение достигает 1000 кГ (9.8 кН). Особенностями оперения крестообразного типа есть относительная малая толщина стабилизаторных плоскостей и килевой профиль клиновидного типа. Реактивное управление обычно задействовалось на высотах более 36 километров - используется газообразные продукты разложения водородной перекиси и управляемые сопла. Выполненные в концевиках крыла сопла управляли креном, впереди на фюзеляже, управляющие тангажом и курсом. Для повышения безопасности в полете, реактивное управление курса и тангажа представляет собой сдвоенную систему.

Управление обоими системами раздельное – аэродинамика осуществляется обычными ручками управления и педалями, реактивная система управляется 2-мя боковыми рычагами, расположенными в кабине самолета.

Носовое исполнение фюзеляжа – конус с овальным сечением. В передней части фюзеляжа размещена кабина с эллиптическим фонарем монолитного исполнения. Остекление – две пластины толщиной 9.5 и 6.4 мм. Между ними воздушная прослойка 19 мм. Открытие кабины – фонарь вверх и назад. Кресло пилота катапультируемого типа с 2-мя поверхностями стабилизации и выдвижным экраном, который предохраняет пилота от высокого динамо-давления. Для нахождения пилота на больших высотах в кабине самолета, он обеспечивался высотным скафандром. Этот скафандр изготовлен из 5-ти слойной ткани, сверху покрытой краской алюминия. При авариях на большой высоте, самолет становится «капсулой» и только при входе его в плотную атмосферу, пилот начинал катапультирование. В первой фазе программы исследований верхних слоев атмосферы до 1960 года, опытные Х-15 имели острый обтекатель с удлиняющей иглой. После модификации самолетов, они получили тупой нос, который являлся оптимальным на больших скоростях. Центр и хвост фюзеляжа имеют две боковые гаргроты. В цилиндрической части фюзеляжа после кабины идет отсек оборудования, бак с окислителем, бак реактивной системы управления, бак горючего, двигатель. В гаргротах выполнена проводка, отдельные элементы вынесенного оборудования и ниши для стоек шасси. 3-х стоечное шасси убирается вперед. Стойка переднего исполнения имеет спаренные колеса, остальные стойки имеют стальные лыжи, которые периодически меняют после 5-6 приземлений. По аэродрому самолет перемещают, установив заднюю часть самолет на спецтележку.

Основные характеристики Х-15
- модификации Х-15А и Х-15А-2
- команда – 1 пилот;
- крыло 6.7 метра;
- высота 4.1 метра;
- длина 15.2 метра;
- вес пустой/максимальный – 6.3/15.4 тонны;
- РД - XLR99-RM-2 с тягой 25855 кгс;
- достигнутая скорость полета – 6.7 Маха;
- достигнутая высота – 108 километров.