X‑15 – najszybszy samolot świata. Jedyna hipersoniczna załogowa maszyna w historii

Oblatany 17 września 1957 r. samolot North American X-15 to jedna z najbardziej niezwykłych maszyn w historii lotnictwa. Nie był w stanie sam wystartować, spalał tony paliwa na minutę, a do tego w pewnym momencie lotu stery samolotu przestawały działać. Mimo to był w stanie ustanowić rekordy, których od ponad pół wieku nie pobił nikt inny.

7270 km/godz. (ponad 2 kilometry na sekundę) - taką prędkość 3 października 1967 r. osiągnął na samolocie X-15 pilot William J. Knight, nazywany przez kolegów "Pete". Pilotowany przez niego pierwszy i na razie jedyny w historii załogowy samolot hipersoniczny był prawdziwym cudem techniki. Przy 15,5 metrach długości miał zaledwie 6,7 m rozpiętości skrzydeł, a jego kadłub w przekroju bocznym przypominał bełt kuszy.

North American X-15 był napędzany silnikiem XLR99-RM-2, spalającym gigantyczne ilości paliwa w postaci bezwodnego amoniaku i ciekłego tlenu. Ciąg silnika (na dużej wysokości) wynosił 311,47 kN – dla porównania, silnik polskich F-16, Pratt & Whitney F100-PW-229, zapewnia ciąg maksymalny "zaledwie" 129,6 kN.

Choć paliwo stanowiło niemal połowę masy ważącego 15,4 tony samolotu, wystarczało na bardzo krótko. Silnik pracował około 80 sekund. W wersji X-15A-2, wyposażonej w dodatkowy zbiornik, czas pracy silnika zwiększono do 150 sekund.

Wszystko to wymusiło specyficzny sposób startu samolotu – X-15 nie startował z ziemi, ale spod skrzydła specjalnie dostosowanego samolotu B-52 (w czasie programu używano w tym celu dwóch różnych maszyn), na wysokości 13 km. Dzięki temu start następował w rozrzedzonym, stawiającym mniejszy opór powietrzu, co ułatwiało rozpędzenie X-15.

Jednym z podstawowych wyzwań, jakim musieli sprostać twórcy X-15, była wysoka temperatura. W czasie szybkiego lotu samolot adiabatycznie spręża znajdujące się przed nim powietrze. To - na skutek wzrostu ciśnienia - nagrzewa się, oddając ciepło lecącej maszynie.

W przypadku samolotów poddźwiękowych nie stanowi to wielkiego problemu – temperatury są na tyle niskie, że w roli materiału konstrukcyjnego świetnie sprawdza się lekkie i wytrzymałe aluminium. Problem polega na tym, że już przy ok. 130 stopniach Celsjusza aluminium zaczyna tracić swoje właściwości.

Z tego powodu najszybsze samoloty świata, jak MiG-25, są budowane z innych materiałów, jak stal, która jest ciężka, czy trudny w obróbce i drogi tytan. Na potrzeby X-15 opracowano specjalny stop o nazwie Inconel-X, dostosowany do silnego nagrzewania i składający się z żelaza, niklu i chromu.

Niektóre elementy wykonano z tytanu i stali nierdzewnej. Lepszemu odprowadzeniu ciepła służyła także czarna, żaroodporna farba, wytrzymująca nagrzewanie do 540 stopni Celsjusza.

W celu zapewnienia pilotowi względnego komfortu zastosowano ciekawe rozwiązanie: kombinezon był wypełniony azotem.

Oznaczało to konieczność lotów w ciśnieniowych, hermetycznych kombinezonach z aparaturą tlenową, bo jakakolwiek nieszczelność i próba oddychania azotem skończyłaby się utratą przytomności i śmiercią pilota (do takich sytuacji dochodzi na Ziemi m.in. w magazynach owoców, gdzie powietrze jest zastąpione azotem).

X-15 był nie tylko bardzo szybki, ale mógł też latać wyjątkowo wysoko - maszyna była zdolna do przekraczania umownej granicy kosmosu. Dla większości świata jest nią linia Kármána, wyznaczona na wysokości 100 km, ale Amerykanie mają własną – USAF za loty kosmiczne uznaje te na pułapie powyżej 50 mil, czyli mniej więcej 80 km.

Z tego powodu X-15 były uznawane za statki kosmiczne, a ich piloci przekraczający wysokość 80 km zdobywali odznaki astronautów.

Gdy 15 października 1967 roku podczas jednego z lotów doszło do jedynej w programie X-15 katastrofy, pilotujący jeden z samolotów Michael J. Adams został oficjalnie uznany nie za ofiarę wypadku lotniczego, ale katastrofy kosmicznej – w czasie feralnej misji osiągnął bowiem wysokość 81 km.

Ogromne pułapy, na które wzbijał się X-15 oznaczały dla konstruktorów i pilotów dodatkowy problem. Wraz ze spadkiem gęstości powietrza zmniejszała się skuteczność powierzchni aerodynamicznych samolotu. O ile kwestię lotu rozwiązywał silnik rakietowy, klasyczne usterzenie w warunkach zbliżonych do kosmicznej próżni stawało się bezużyteczne.

Z tego powodu X-15 został wyposażony w dwa systemy sterowania. Pierwszy – klasyczny – w postaci typowego dla samolotów usterzenia, działał w ziemskiej atmosferze.

Po wyleceniu ponad jej gęste warstwy, konieczne było użycie dodatkowych, małych silników rakietowych. Umieszczone w dziobie i na skrzydłach maszyny, zapewniały jej stabilność w warunkach bliskich kosmicznej próżni.

X-15 powstał w zaledwie trzech egzemplarzach, z czego jeden został utracony – wraz z pilotem – w katastrofie. Program lotów tego samolotu zakończono po wykonaniu w sumie 199 misji, w grudniu 1968 r. Choć planowano zamknąć program okrągłą liczbą 200 lotów, wykryte zużycie płatowca sprawiło, że ponad symbolikę postawiono bezpieczeństwo i z ostatniego lotu zrezygnowano.

X-15 pozostaje najszybszym załogowym samolotem (bo szybsze były tylko promy kosmiczne) w historii. Osiągnięty w 1963 r., maksymalny pułap 107 km 960 m, dopiero w 2004 r. przekroczył prywatny statek kosmiczny SpaceShipOne. Ale to nie rekordy były najważniejszym profitem z rozwoju i eksploatacji tych wyjątkowych maszyn.

Poza danymi wykorzystanymi w programach kosmicznych, prowadzony przez amerykańskie lotnictwo wojskowe (USAF) program X-15 stał się też specyficzną kuźnią kadr.

To spośród pilotów X-15 rekrutowano śmiałków mających pilotować wojskowy prom kosmiczny Dyna-Soar (program przerwano w 1963 r.), a później również dla prowadzonego przez NASA programu Apollo – jednym z pilotów X-15 był pierwszy człowiek na Księżycu, Neil Armstrong.