Experimentální letouny X: Výš a dál! Kolmé vzlety i raketový pilotovaný stroj na hranici vesmíru

V předchozím článku jsme sledovali odvážné pionýry, kteří v kokpitech prvních letounů řady X od čtyřicátých let překonávali zvukovou bariéru a dál posouvali hranice neznáma. Druhá kapitola zahrnuje rozmezí padesátých až sedmdesátých let, kdy konstruktéři z různých amerických leteckých společností pokračovali dalšími revolučními koncepcemi, od prvních pokusů o kolmý vzlet (VTOL) přes vztlaková tělesa až po špionážní projekty a výzkum návratu z oběžné dráhy. Vrcholem této éry se stal raketový X-15, který překonal hranici samotného vesmíru a dodnes drží nepřekonané rychlostní rekordy pilotovaných strojů. Pojďme se tedy podívat na další z těchto fascinujících experimentálních konstrukcí.

V letech 1955–1958 podnikala zkušební lety dvojice zajímavých experimentálních proudových letounů s kolmým vzletem a přistáním a následnou možností klasického horizontálního letu (VTOL: Vertical Take-Off and Landing) Ryan X-13 Vertijet (sériová čísla 54-1619 a 54-1620). Impulzem ke vzniku těchto strojů byla touha amerického letectva získat stíhací letoun schopný operovat nezávisle na infrastruktuře klasických letišť, která by byla v případě konvenčního či jaderného konfliktu jedním z prvních cílů protivníka.

Vertijet mohl vzlétat z mobilní platformy a nepotřeboval standardní podvozek. Vzlet i přistání však pro pilota nebyly příliš komfortní a stroj postrádal dostatečné výkony (maximální rychlost činila jen 560 km/h). Přistání pozpátku na závěsný hák za špatné viditelnosti či bočního větru bylo pro piloty příliš nebezpečné a nepraktické. Letoun disponoval delta křídlem a jeho pohonnou jednotkou byl britský proudový motor Rolls-Royce Avon.

Testování Vertijetu probíhalo na základně Edwards. Pro část zkoušek dostal první vyrobený kus X-13 odnímatelný klasický kolový podvozek. V roce 1957 se uskutečnil veřejný předváděcí let ve Washingtonu D.C., při kterém jeden z letounů přeletěl řeku Potomac a přistál před očima vojenských velitelů i pozvaných novinářů přímo u budovy Pentagonu.

Přestože zkoušky X-13 neprovázely žádné výraznější problémy, byl projekt v roce 1958 zastaven. Pro běžný provoz v rámci vojenského letectva byl Vertijet příliš komplikovaný a ukázalo se, že pro letoun tohoto typu armáda neměla ve druhé polovině padesátých let využití. Přesto obdobný princip vzletu a přistání později využily letouny jako Hawker Siddeley Harrier či Lockheed Martin F-35B. Oba Vertijety se dochovaly a jsou součástí muzejních expozic – první vyrobený kus se nachází v San Diegu a druhý v Daytonu.

Podobně jako předchozí stroj byla i tato konstrukce, létající od roku 1957, určená k testování vertikálního vzletu a přistání, ačkoli X-14 na první pohled mnohem více připomínal konvenční letadlo. Pohonnou jednotku tvořily opět britské motory, konkrétně dvojice proudových motorů Armstrong Siddeley Viper. Ty byly umístěny v přední části trupu a vizuálně narušovaly jinak vcelku tradiční vzhled stroje. Ten měl X-14 především proto, že si křídla, ocasní plochy a podvozek vypůjčil od dvojice civilních a cvičných letadel značky Beechcraft (T-34 Mentor a Bonanza).

S rychlostí něco málo přes 270 km/h nešlo o stroj aspirující na překonávání rekordů, nýbrž o poctivého testovacího dříče. Byl to vůbec první funkční letoun na světě, který dosáhl svislého startu a přistání (VTOL) výhradně pomocí vektorování tahu hlavních motorů. I když nikdy nevstoupil do sériové výroby a nevznikl jako bojový letoun, jakožto experimentální platforma zcela splnil a překonal veškerá očekávání. Během téměř čtvrtstoletí provozu poskytl NASA cenné informace o technologii VTOL pro další vývoj strojů tohoto typu. Na začátku sedmdesátých let byly motory Viper nahrazeny americkými General Electric J85. Vznikl jen jediný kus tohoto zajímavého letounu s původním sériovým číslem 56-4022, které se však během úprav a modernizací stroje několikrát změnilo. V pozdější fázi (verze X-14B) dostal letoun digitální systém řízení s palubním počítačem. Díky tomu dokázal ve vzduchu nasimulovat letové vlastnosti jakéhokoliv jiného plánovaného VTOL letadla.

Zlatým hřebem této druhé části série o letounech řady X je bezesporu hypersonický raketový letoun X-15, který spolu s původním X-1 patří mezi absolutní vrcholy a mimořádné úspěchy celého programu X. Stanovil rekordy, které se dosud podařilo překonat jen jednomu člověku – Tomu Cruisovi ve filmu Top Gun: Maverick při pilotování fiktivního stroje Darkstar :-) Vyrobeny byly celkem tři kusy X-15:

Povrch X-15 byl tvořen materiálem nazývaným Inconel X-750, což byla žáruvzdorná niklo-chromová superslitina odolná vůči oxidaci i korozi. Stroje byly vynášeny do výšky upravenými bombardéry NB-52 a vypouštěny přibližně ve 14 kilometrech, kdy nosný letoun letěl rychlostí kolem 800 km/h.

Úvodní lety v letech 1959–1960 absolvoval X-15 s dvojicí motorů XLR11 od společnosti Reaction Motors. Šlo v podstatě o stejné jednotky na ethanol a kapalný kyslík, které poháněly Yeagerův rekordní X-1 v roce 1947 (X-1 však měl motor pouze jeden). Na konci roku 1960 však firma dodala mnohonásobně výkonnější motor XLR99 na kapalný kyslík a bezvodý amoniak (čpavek). Zásoba paliva postačovala maximálně na dvouminutový motorový let, po němž X-15 klouzal na místo přistání. Tím bývalo obvykle tvrdé dno vyschlého solného jezera Rogers. K přistání stroje využívaly podvozek tvořený příďovou nohou s dvojicí kol a ližinami v zadní části.

Slavný astronaut Neil Alden Armstrong, který později jako první člověk stanul na Měsíci, pilotoval X-15 celkem sedmkrát, přičemž nejvyšší rychlosti s ním dosáhl 26. července 1962 (6 420 km/h, Mach 5,74).

Dohromady bylo podniknuto 199 testovacích letů, všechny v širším okolí základny Edwards. Při třinácti z nich byla překonána nadmořská výška 80 kilometrů a při dvou dokonce 100 kilometrů. X-15 disponoval kormidlem i vodorovnými ocasními plochami pro let v atmosféře, pro ovládání ve výškách na hranici vesmíru pak využíval systém trysek na přídi a křídlech.

Mezi úspěšné lety patřily například ty s číslem 90 a 91 z 19. a následně 22. srpna 1963, během kterých Joseph Albert Walker vystoupal do výšky 106 a 108 kilometrů. Jako jediný z pilotů v programu X-15 tak překročil Kármánovu hranici mezi zemskou atmosférou a kosmickým prostorem. Ta je určena výškou 100 kilometrů a pojmenována po maďarském vědci Theodoru von Kármánovi, který od začátku dvacátého století žil v Německu a ve třicátých letech emigroval do Spojených států.

Nejvyšší rychlosti dosáhl William John Knight během letu č. 188 podniknutého 3. října 1967. S modifikovaným X-15A-2, vybaveným přídavnými nádržemi pro další minutu motorového letu a speciálním teplovzdorným světlým ablativním nátěrem, dosáhl rychlosti přes 7 200 km/h (Mach 6,7). Rekordní let však tento konkrétní stroj poškodil natolik, že už žádný další nepodnikl. Po opravě byl umístěn do Národního muzea Letectva Spojených států v Daytonu. První vyrobený X-15-1 je zase ve sbírkách muzea Smithsonian ve Washingtonu D.C.

Pouze jeden let v celém programu (číslo 191, 15. listopadu 1967) skončil tragédií a smrtí pilota, majora Michaela Jamese Adamse. Jeho X-15-3 se během sestupu dostal do vývrtky a následně do obráceného střemhlavého letu, načež se ve vzduchu rozpadl.

Rekordmanem v počtu letů s X-15 byl vojenský pilot Robert Aitken Rushworth, který jich absolvoval celkem čtyřiatřicet. Dohromady X-15 sedlalo celkem 12 pilotů – jeden z nich zástupce společnosti North American Aviation, pět od NASA, pět od letectva (USAF) a jeden od námořnictva.

Kromě testování letounu samotného poskytl program X-15 i cenné údaje ohledně fyziologie pilotů. Bylo zjištěno, že jejich srdeční frekvence v kritických fázích letu (oddělení od nosného stroje, vypnutí motoru po spotřebování paliva, přistání) dosahovala až 185 tepů za minutu. To výrazně přesahovalo běžné hodnoty 70 až 80 tepů u jiných testovacích letů. Protože však i při takto vysoké tepové frekvenci byli piloti X-15 schopni podat stoprocentní výkon, lékaři navýšili zdravotní limity pro budoucí vesmírné lety v rámci projektu Mercury.

Jde o nerealizovaný projekt výškového průzkumného dvoumotorového letounu z padesátých let, určeného pro špionážní lety nad SSSR. Vznikla maketa a jeden částečně rozpracovaný stroj. Obdobné místo nakonec zaujal Martin RB-57D Canberra, vzniklý přestavbou licenčního britského bombardéru, který dostal křídla prodloužená na rozpětí 32 metrů.

Ještě vyššího dostupu byl schopen dosáhnout slavný Lockheed U-2, který poprvé vzlétl v roce 1955. Poslední stroje postavené za Reaganovy éry v osmdesátých letech a následně modernizované po roce 1994 používá USAF dodnes. Ve službě jich je stále třiadvacet a dle předpokladů mají být definitivně vyřazeny v roce 2027.

Třístupňová sondážní raketa na tuhé palivo sloužila armádnímu letectvu k testování návratu objektů do atmosféry při vysoké rychlosti. Testovací lety probíhaly na Mysu Canaveral ve druhé polovině padesátých let. Při simulovaném sestupu k Zemi raketa dosahovala rychlostí přes Mach 14. Získala vůbec první použitelná data o přenosu tepla, hypersonickém proudění a chování různých tvarů těles v extrémních podmínkách.

V roce 1958 sloužily rakety X-17 během operace Argus jako nosiče jaderných hlavic ke zkušebním výbuchům ve vysoké nadmořské výšce. Tato taktika neměla být použita jako klasický nukleární útok, na to byly nesené hlavice příliš slabé. Exploze ve velkých výškách měly v případě nukleární války pomocí uvolněných elektronů zlikvidovat elektroniku sovětských střel mířících na Spojené státy, či oslepit nepřátelské radary a narušit dálkovou radiokomunikaci (tzv. Christofilosův efekt).

Jeden vyrobený kus speciálního transportního konvertoplánu X-18 (sériové číslo 57-3078) vznikl z dílů různých, již existujících strojů. Objemný trup byl převzat z vojenského transportního hornoplošníku Chase YC-122 Avitruc a dvojice turbovrtulových motorů Allison T40 pocházela z jiných experimentálních VTOL strojů Convair XFY-1 Pogo a Lockheed XFV-1. Proudový motor Westinghouse J34 s výstupem za ocasní částí pak sloužil ke korekci sklonu stroje.

X-18 mohl vzlétat a přistávat kolmo z místa, nebo využít krátkou rozjezdovou dráhu; turbovrtulové motory se mohly naklápět spolu s křídlem až o 90 stupňů. Stroj byl náchylný na vítr zejména v situaci, kdy byla křídla zdvižena nahoru a fungovala jako velká plachta vystavená poryvům. Testovací lety probíhaly jen krátce na přelomu padesátých a šedesátých let. X-18 byl následně sešrotován, získané poznatky však byly využity při vývoji pozdějších konvertoplánů, například stroje Ling-Temco-Vought XC-142.

Poslední stroj vyrobený legendární americkou leteckou společností Curtiss-Wright, která patřila mezi hlavní průkopníky letectví již od počátku dvacátého století. Šlo o konvertoplán se čtyřmi naklápěcími gondolami s vrtulemi na koncích tandemových křídel, o pohon se však starala jen dvojice turbovrtulových motorů Lycoming T55 umístěná v trupu. Překlápěcí vrtule (tiltrotor) na tandemových křídlech vyžadovaly extrémně složitý systém hřídelí a převodovek.

Vznikly dva prototypy. První z nich (sériové číslo 62-12197), který podnikal letové zkoušky v první polovině šedesátých let, byl odepsán po havárii v roce 1965, druhý rozpracovaný kus (62-12198) pak nebyl nikdy dokončen. Přes komplikovaný vývoj i problematické testování šlo o poměrně výkonný stroj s maximální rychlostí přesahující 700 km/h.

Ambiciózní projekt armádního letectva Dyna-Soar si na přelomu padesátých a šedesátých let vytkl za cíl vytvořit univerzální kosmickou loď schopnou zajišťovat průzkumné i bojové úkoly na oběžné dráze Země. V podstatě se podobal raketoplánu s tepelným štítem a povrchem ze superslitiny. Do vesmíru měl být vynášen raketami řady Titan a na Zemi se měl vracet samostatně přistáním na ližinový podvozek. Realizaci však zabránil vývoj konvenčnějších kosmických lodí v programu Gemini (druhý pilotovaný vesmírný projekt NASA mezi programy Mercury a Apollo), který navíc vyšel levněji. Řada zjištěných poznatků byla ale využita u úspěšného projektu Lockheed X-15, o kterém již byla řeč.

Šlo o dvojici upravených draků původně bombardovacích / meteorologických letounů Douglas WB-66D Destroyer (sériová čísla strojů X-21A byla 55-0408 a 55-0410). Na trupu přibyl hrb a motory se přesunuly z nosníků pod křídly do zadní části trupu. Stroje X-21 měly sloužit k testování křídel s řízením laminárního proudění. Cílem bylo snížit aerodynamický odpor stroje, a tím dosáhnout vyššího doletu a nižší spotřeby paliva.

Oba letouny úspěšně prokázaly, že aktivní řízení laminárního proudění (LFC) funguje a dokáže zásadně snížit odpor vzduchu. Celý systém byl však pro tehdejší běžný provoz extrémně nepraktický a náročný na údržbu. Inženýři upravili křídla tak, že do nich vyřezali tisíce mikroskopických štěrbin, kterými vnitřní kompresory odsávaly turbulentní mezní vrstvu vzduchu. Systém fungoval a na testovaných površích dosáhl až 95% laminárního proudění, což snížilo odpor tření přibližně o 20 %. Největšími nepříteli projektu se staly všední věci jako hmyz, prach, déšť a led. Jakmile letadlo proletělo mrakem nebo se na křídlech rozplácl houf hmyzu, mikroskopické štěrbiny se ucpaly. Proudění se okamžitě změnilo zpět na turbulentní a efektivita systému prudce klesla. Aby systém fungoval, musely být štěrbiny udržovány v naprosté čistotě, což vyžadovalo neustálé a drahé čištění na zemi. Pro civilní aerolinie i armádu to bylo logisticky i finančně neúnosné.

Další z konvertoplánů disponoval čtveřicí turbohřídelových motorů General Electric YT58 a stejným počtem překlopných vrtulí s kruhovým opláštěním. Označení X-22 může být pro fanoušky letectví poněkud zavádějící, protože podobný číselný kód nese i sériově vyráběný konvertoplán Bell Boeing V-22 Osprey, obě konstrukce však mají kromě základní koncepce jen málo společného.

Vyrobeny byly dva kusy X-22 (sériová čísla 15-1520 a 15-1521). První z nich se zřítil při zkušebním letu v srpnu 1966, zatímco druhý pokračoval v testovacím programu až do druhé poloviny osmdesátých let. Dodnes se nachází v depozitáři muzea Niagara Aerospace Museum nedaleko slavných vodopádů na americko-kanadské hranici ve státě New York.

Vztlakové těleso (Lifting body) X-23 PRIME (Precision Reentry Including Maneuvering reEntry) sloužilo k testování účinků návratu těles zpět do zemské atmosféry. Celkem byly postaveny čtyři tyto stroje z titanové slitiny s příměsí dalších prvků a s povrchem pokrytým ablativním tepelným štítem.

Tři z vyrobených kusů byly otestovány v praxi, čtvrtý zůstal kompletní, ale nikdy nevzletěl. První z nich vynesla do výšky střela Atlas, ale kvůli selhání záchranného padáku následně skončil na dně Pacifiku. Druhý stroj testoval modelovou situaci hypersonického návratu a manévrování v atmosféře, ovšem i tento kus po neotevření záchranného systému skončil v oceánu. Teprve třetí stroj úspěšně provedl svůj úkol, totiž simulaci návratu z nízké oběžné dráhy, a dnes se nachází v Národním muzeu Letectva Spojených států v Daytonu spolu s nevyužitým čtvrtým demonstrátorem.

Zajímavý experimentální letoun koncepce vztlakového tělesa (Lifting body) vznikl ze spolupráce USAF a NASA. Vytvořen byl jediný exemplář (sériové číslo 66-13551), který nejprve létal ve variantě X-24A a později byl přestavěn na X-24B. Testy probíhaly na letecké základně Edwards. U vztlakových těles se o většinu potřebného vztlaku stará samotný tvar trupu. Ve stejné době (šedesátá a první polovina sedmdesátých let) se testovala i další obdobná tělesa: Northrop HL-10 a Northrop M2-F2 (později přestavěný na M2-F3), přičemž jako nejlépe ovladatelný se ukázal právě HL-10. U pozdějších amerických raketoplánů (Space Shuttle) však byla nakonec dána přednost delta křídlu.

X-24A absolvoval svůj první let na jaře 1969. Byl vynášen a vypouštěn z upraveného bombardéru B-52, načež buď klouzal, nebo aktivoval svůj raketový motor. Dosáhl maximální rychlosti přibližně 1 600 km/h a nejvyššího dostupu téměř 22 kilometrů.

V sedmdesátých letech byl X-24A výrobcem přestavěn na X-24B se špičatou přídí. Vznikly i dva stroje označené jako SV-5J, což byly v podstatě X-24A s proudovým motorem namísto původního raketového. Ani jeden z nich ale nakonec žádný let nepodnikl. Jeden byl upraven do podoby původního X-24A pro expozici v Národním muzeu letectva v Daytonu, kde tak může stát vedle dochovaného originálu X-24B.

Pravděpodobně nejtriviálnějším projektem celé řady X, za kterým se ovšem skrýval velký příběh, byl malý jednomístný vírník X-25 od společnosti Bensen, známý také pod označením B-8. Spojován s programem experimentálních letounů je především proto, že se na konci šedesátých let v průběhu války ve Vietnamu testovala možnost integrovat drobné vírníky přímo do vystřelovacích sedadel bojových strojů. Sestřeleným pilotům by tak po katapultáži umožnily doletět na bezpečnější místo.

Americké letectvo čelilo těžkým ztrátám letadel i posádek během intenzivního bombardování Severního Vietnamu v rámci operace Rolling Thunder. Hledal se způsob, jak pilota dopravit co nejdále od místa dopadu, aby se vyhnul zajetí ještě před příletem záchranných vrtulníků. Během této více než tříleté kampaně, která představovala vedle akcí druhé světové a korejské války jedno z nejintenzivnějších bombardování v historii, přišli Američané o více než devět stovek letadel a přes tisíc letců.

Letectvo testovalo standardní vírník v bezmotorové verzi, verzi s motorem a mělo i variantu na jedno použití podobnou té, jako chtělo použít u samotného vystřelovacího sedadla. Ta měla mít rotor, který se mohl vysunout za vysoké rychlosti a následně být využit k manévrování, nicméně nebyla nikdy otestována.

Původně civilní kluzáky Schweizer SGS 2-32 určené od šedesátých let pro výcvik letců U.S. Navy. X-26A byl klasický kluzák, X-26B a následné verze QT-2 pak variantami s motorem. Šlo o naprosto všední, avšak nejdéle fungující projekt řady X, některé stroje se využívaly ještě na začátku třetí dekády 21. století.

Nerealizovaný projekt exportního stíhacího letounu ze začátku sedmdesátých let byl vnitropodnikově označován jako CL-1200 Lancer. Konstrukčně z velké části vycházel ze slavného stíhače Lockheed F-104 Starfighter, disponoval však zcela novým hornoplošným křídlem a zvětšenými ocasními plochami.

Plánovaný stroj měl představovat cenově dostupnější alternativu k tehdejším stíhačům, jako byl americký McDonnell Douglas F-4 Phantom II nebo francouzský Dassault Mirage III. Označení X-27 získal projekt v momentě, kdy americké letectvo uvažovalo o stavbě demonstrátoru pro testování pokročilých technologií a pohonné jednotky Pratt & Whitney TF30-P-100. Kvůli nedostatku financí a nezájmu zahraničních odběratelů však zůstalo pouze u makety a projekt byl zrušen.

Jediný prototyp malého nízkonákladového jednomístného létajícího člunu s pístovým motorem pochází ze začátku sedmdesátých let. Označení X-28 získal původní civilní podomácku stavěný stroj od konstruktéra George Pereiry ve chvíli, kdy jej zakoupilo americké námořnictvo (U.S. Navy) v rámci programu Point Observation Patrol.

Cílem výzkumu bylo posoudit využitelnost malých, levných a na pilotáž nenáročných hydroplánů pro hlídkové operace v jihovýchodní Asii během války ve Vietnamu – zejména při patrolování v meandrech vietnamských řek a pobřežních oblastech. Válka však skončila dříve, než se projekt stihl dále rozvinout.

Příště naši sérii uzavřeme a podíváme se na poslední skupinu strojů od X-29 až po nejnovější konstrukce ze současnosti a futuristické projekty plánované do budoucna.

________

Gorn, M. H., De Chiara, G., X-Planes from the X-1 to the X-60, 2022.

Jenkins, D., Landis, T., Miller, J., American X-Vehicles: An Inventory - X-1 to X-50, 2003.

aerospaceglobalnews.com/news/usaf-u-2-dragon-lady-retirement

airandspace.si.edu/collection-objects/ryan-x-13-vertijet/nasm_A19600018000

nasa.gov/reference/x-15