Az űrrepülőgépek hattyúdala

Mintegy 30 év után az amerikai űrrepülés igáslova hosszú viták után nyugdíjba vonul, ennek kapcsán felidézzük az űrsikló program történetének néhány, talán kevésbé közismert fejezetét.

2011. június 28-án indul a világűrbe az utolsó STS, vagyis űrsikló-misszió, így egy korszak, az újrafelhasználható űrrepülőgépek (legalábbis első) korszaka véget ér. Szeretnénk egy kicsit belemélyedni az űrsiklók történetébe, és ennek sok tekintetben ellentmondásos, de kétségkívül komoly mérnöki eredménynek a kevésbé ismert lapjait felfedni.

X-15, az úttörő


Az X-15 vázlata és főbb elemei egy korabeli ábrán; a 'Rockets' a törzsön és szárnyakon található nyolc kicsi kormány-rakétát takarja
Az 1940-es évek vége és '50-es évek eleje a szuperszonikus sebességről, annak legyőzéséről, és az egyre nagyobb sebességek közben fellépő hatások tanulmányozásáról szólt. Ebben a közegben is igen ambiciózus volt az a program, aminek a célja a hiperszonikus (vagyis a hang sebességénél ötször gyorsabb, más szóval Mach 5 feletti) repüléssel kapcsolatos tapasztalatszerzés volt. A célhoz két komoly problémát kellett megoldani: az egyik a túlmelegedés, ugyanis a légkörben a nagy sebesség miatt fellépő súrlódástól jelentősen felhevült a gép felülete, a másik probléma pedig az, hogy ilyen nagy sebességnél is stabil és irányítható maradjon a gép.


Korai X-15, az XLR-99 hajtómű helyett még két XLR-11-essel


Hogy a futómű ne vegyel el értékes belteret, a gép gumikerekes főfutók helyett két kis "sílécet" használt leszállásnál
Az első probléma megoldását a "forró szerkezet" megközelítéssel próbálták orvosolni. Ez annyit tesz, hogy mivel főleg azok a felületek hevülnek fel, amelyek először találkoznak a légárammal - a gép orra és a szárnyak elülső éle, amit belépőélnek neveznek - ezeket igen nagy hőtűrésű fémötvözetből készítik. Emellett az egész gépet úgy alakítják ki, hogy kihasználják a fémek jó hővezető képességét, vagyis a keletkező hőt a felforrósodott részek átadják a környező szerkezeti elemeknek, amelyek átmelegedve hőt vonnak el azoktól.

Így az egész gép felmelegszik (akár 300 Celsius-fokra), de cserébe a hőterhelés kezelhető szintre (600-650 Celsiusra) csökkent a kritikus helyeken. Természetesen hogy a pilóta és a fedélzeti elektronika eközben ne süljön ropogósra, azokat aktívan hűteni kell. Később a nagy sebességű teszteknél még ez is kevésnek bizonyult - elégő festéssel kellett ellátni a gépet, amely miközben lepörkölődik a gép felszínéről, hőt von el, így óvva meg a gép testét.


Egy tipikus X-15 repülési profil


X-15 indításra készen az egyik NB-52 szárnya alatt
A stabilitást és irányíthatóságot rövid, de vaskos szárnyal és háromszög keresztmetszetű vezérsíkokkal oldották meg. Kisméretű rakétamotorokat építettek az orrba és a gép farkába, hogy biztosítsák az irányíthatóságot akkor is, amikor a légkör felső mezsgyéjében járva a vezérsíkok már nem elegendőek a gép irányításához.


Egy későbbi X-15/NB-52 páros, itt már a levegőben (katt a nagy képért)
Érdekesség, hogy a NACA (a NASA elődje) számára a legkézenfekvőbb válasz a szovjet emberes űrrepülés "veszélyére" az X-15 egy lekönnyített változata, az X-15B lett volna. Ezt három vagy négy Navaho típusú rakéta által juttattak volna a felső légkörbe, hogy saját XLR-99-es hajtóművével álljon igen alacsony Föld körüli pályára. Ám a politikai akarat keresztülhúzta ezt a tervet, Eisenhower elnök létrehozta a NASA-t, amibe beleolvasztották a NACA-t. A NASA felelős főmérnöke, Max Fagot pedig Von Braun-nak és a hordozórakéta alapú elképzelésnek adott lehetőséget, így az X-15B első körben el lett kaszálva a Mercury-űrkabin érdekében.



Az X-15-ben később megjelent nagy tolóerejű, szabályozható teljesítményű, folyékony hajtóanyagú XLR-99 hajtómű az első volt a maga nemében. Gyakorlatilag az X-15 vezette fel a későbbi űrsikló-programot, az X-15 által végrehajtott nagy magasságú repülésprofilok (gyorsítás emelkedés közben, pár perces súlytalanság, majd visszatérés a sűrűbb légkörbe, és vitorlázógépként leszállni), pedig gyakorlatilag egy egyszerűbb változata annak, amit két évtizeddel később az űrrepülőgépek hajtottak végre. A vezérsíkokkal / irányító rakétamotorokkal való kormányzás és a változtatható tolóerejű rakétahajtómű ugyanúgy megtalálható mindkettőn.

Az X-15 első repülése 1959-ben történt. Ahogy még utána 198 alkalommal, egy NB-52 szárnya alól indult, az utolsót végül 1968. október 24-én hajtották végre. (Lett volna egy 200. jubileumi repülés, de az műszaki okok miatt elmaradt.) A három megépült gépből a másodikat egy leszállás közbeni baleset után, 1964-ben átépítették. Két ledobható póttartály került a hasára, amellyel már két és fél percig tudta működtetni a hajtóműveit. A gép 7 274 km/h sebességet ért el még abban az évben. A repülési magasság terén a csúcs 107,8 km volt 1963-ban. Ugyan ezek az értékek a már bőven repkedő űrhajókhoz képest elég szegényesek voltak, de a maga nemében az X-15 úttörő volt, hiszen az űrrepülőgép előbbi korszak leggyorsabb és legmagasabbra jutott repülőgépe volt.


Póttartállyal és hővédő festékkel ellátott X-15A-2 (katt a nagy képért)
Sajnos a tragédia sem kerülte el azonban a programot, a harmadik tesztgép 1967 novemberében hiperszonikus sebességnél vibrálni kezdett, és 18 kilométer magasban széttört. Pilótája, Michael J. Adams az életét vesztette. Ezzel együtt is az X-15 tesztgépek hihetetlen sok adatot gyűjtöttek, és bebizonyították, hogy lehetséges a légkörbe való visszatérésnél a nagy sebesség közbeni irányítható repülés.


Ugyan az X-15-ben volt katapultülés, de a biztonságot leginkább a jól láthatóan megerősített pilótafülke nyújtotta