El North American X-15 es un avión hipersónico propulsado por cohetes operado por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) como parte de la serie de aviones experimentales X-plane . El X-15 estableció récords de velocidad y altitud en la década de 1960, cruzó el borde del espacio exterior y regresó con datos valiosos utilizados en el diseño de aviones y naves espaciales . La velocidad más alta del X-15, 4.520 millas por hora (7.274 km/h; 2.021 m/s), [1] se alcanzó el 3 de octubre de 1967, [2] cuando William J. Knight voló a Mach 6,7 a una altitud de 102.100 pies (31.120 m), o 19,34 millas. Esto estableció el récord mundial oficial de velocidad más alta jamás registrada por un avión propulsado por tripulación, que permanece intacto. [3] [4]
Durante el programa X-15, 12 pilotos realizaron 199 vuelos combinados . [1] De estos, 8 pilotos volaron 13 vuelos combinados que cumplieron con el criterio de vuelo espacial de la Fuerza Aérea al exceder la altitud de 50 millas (80 km), calificando así a estos pilotos como astronautas ; de esos 13 vuelos, dos (realizados por el mismo piloto civil) cumplieron con la definición de la FAI (100 kilómetros (62 millas)) de espacio exterior . Los cinco pilotos de la Fuerza Aérea calificaron inmediatamente para recibir alas de astronauta militar, mientras que los tres pilotos civiles finalmente obtuvieron alas de astronauta de la NASA en 2005, 35 años después del último vuelo del X-15. [5] [6]
El X-15 se basó en un estudio conceptual de Walter Dornberger para el Comité Asesor Nacional de Aeronáutica (NACA) de un avión de investigación hipersónico . [7] Las solicitudes de propuestas (RFP) se publicaron el 30 de diciembre de 1954 para la estructura del avión y el 4 de febrero de 1955 para el motor del cohete . El X-15 fue construido por dos fabricantes: North American Aviation fue contratada para la estructura del avión en noviembre de 1955, y Reaction Motors fue contratada para construir los motores en 1956.
Como muchos aviones de la serie X , el X-15 fue diseñado para ser transportado en alto y lanzado desde debajo del ala de una nave nodriza B-52 . Los NB-52A de la Fuerza Aérea, "The High and Mighty One" (serie 52-0003) y NB-52B, "The Challenger" (serie 52-0008, también conocido como Balls 8 ) sirvieron como aviones de transporte para todos los X-15. vuelos. El lanzamiento del X-15 del NB-52A tuvo lugar a una altitud de aproximadamente 8,5 millas (13,7 km) y una velocidad de aproximadamente 500 millas por hora (805 km/h). [8] El fuselaje del X-15 era largo y cilíndrico, con carenados traseros que aplanaban su apariencia y estabilizadores de aletas de cuña dorsales y ventrales gruesos. Partes del fuselaje (la piel exterior [9] ) eran de aleación de níquel resistente al calor ( Inconel -X 750). [7] El tren de aterrizaje retráctil constaba de un carro con rueda de morro y dos patines traseros. Los derrapes no se extendieron más allá de la aleta ventral , lo que obligó al piloto a deshacerse de la aleta inferior justo antes de aterrizar. La aleta inferior fue recuperada mediante paracaídas.
El X-15 fue producto de una investigación de desarrollo y se realizaron cambios en varios sistemas a lo largo del programa y entre los diferentes modelos. El X-15 fue operado en varios escenarios diferentes, incluyendo conexión a un avión de lanzamiento, caída, arranque y aceleración del motor principal, vuelo balístico en el aire/espacio, reingreso en aire más denso, planeo sin motor para aterrizar y aterrizaje directo sin un arranque del motor principal. El motor principal del cohete funcionó sólo durante una parte relativamente corta del vuelo, pero impulsó al X-15 a sus altas velocidades y altitudes. Sin el empuje del motor principal, los instrumentos y las superficies de control del X-15 seguían funcionando, pero el avión no podía mantener la altitud.
Como el X-15 también tenía que ser controlado en un entorno donde había muy poco aire para las superficies de control de vuelo aerodinámicas , tenía un sistema de control de reacción (RCS) que utilizaba propulsores de cohetes. [10] Había dos configuraciones diferentes de control piloto del X-15: una usaba tres joysticks y la otra, un joystick. [11]
El tipo X-15 con múltiples palancas de control para el piloto colocaba una palanca central tradicional entre un joystick izquierdo de 3 ejes que enviaba comandos al Sistema de Control de Reacción, [12] y un tercer joystick a la derecha usado durante maniobras de alta G para aumentar el palo central. [12] Además de la información del piloto, el " Sistema de aumento de estabilidad " (SAS) X-15 envió entradas a los controles aerodinámicos para ayudar al piloto a mantener el control de actitud . [12] El sistema de control de reacción (RCS) podría funcionar en dos modos: manual y automático. [11] El modo automático utilizaba una función llamada "Sistema de aumento de reacción" (RAS) que ayudaba a estabilizar el vehículo a gran altitud. [11] El RAS se utilizó normalmente durante aproximadamente tres minutos de un vuelo X-15 antes de apagarse automáticamente. [11]
La configuración de control alternativa utilizó el sistema de control de vuelo MH-96, que permitía un joystick en lugar de tres y simplificaba la entrada del piloto. [13] El MH-96 podía combinar automáticamente controles aerodinámicos y de cohetes, dependiendo de qué tan efectivo fuera cada sistema para controlar la aeronave. [13]
Entre los muchos controles se encontraba el acelerador del motor del cohete y un control para desechar la aleta caudal ventral. [12] Otras características de la cabina incluían ventanas con calefacción para evitar la formación de hielo y un reposacabezas delantero para períodos de alta desaceleración. [12]
El X-15 tenía un asiento eyectable diseñado para operar a velocidades de hasta Mach 4 (4.500 km/h; 2.800 mph) y/o 120.000 pies (37 km) de altitud, aunque nunca se utilizó durante el programa. [12] En caso de eyección, el asiento fue diseñado para desplegar aletas, que se usaron hasta que alcanzó una velocidad/altitud más segura para desplegar su paracaídas principal. [12] Los pilotos llevaban trajes presurizados, que podían presurizarse con gas nitrógeno. [12] Por encima de 35.000 pies (11 km) de altitud, la cabina estaba presurizada a 3,5 psi (24 kPa; 0,24 atm) con gas nitrógeno, mientras que el oxígeno para respirar se suministraba por separado al piloto. [12]
Los 24 vuelos propulsados iniciales utilizaron dos motores de cohetes de propulsor líquido Reaction Motors XLR11 , mejorados para proporcionar un total de 16.000 libras de fuerza (71 kN) de empuje en comparación con las 6.000 libras de fuerza (27 kN) que proporcionaba un solo XLR11 en 1947 para convertir al Bell X-1 en el primer avión en volar más rápido que la velocidad del sonido . El XLR11 utilizaba alcohol etílico y oxígeno líquido .
En noviembre de 1960, Reaction Motors entregó el motor cohete XLR99 , que generaba 57.000 libras de fuerza (250 kN) de empuje. Los 175 vuelos restantes del X-15 utilizaron motores XLR99, en una configuración de un solo motor. El XLR99 utilizó amoníaco anhidro y oxígeno líquido como propulsor, y peróxido de hidrógeno para impulsar la turbobomba de alta velocidad que suministraba propulsores al motor. [10] Podría quemar 15.000 libras (6.804 kg) de propulsor en 80 segundos; [10] Jules Bergman tituló su libro sobre el programa Ninety Seconds to Space para describir el tiempo total de vuelo propulsado del avión. [14]
El sistema de control de reacción (RCS) del X-15, para maniobrar en un entorno de baja presión/densidad, utilizaba peróxido de alta prueba (HTP), que se descompone en agua y oxígeno en presencia de un catalizador y podría proporcionar un impulso específico de 140 s (1,4 km/s). [11] [15] El HTP también alimentó una turbobomba para los motores principales y las unidades de potencia auxiliares (APU). [10] Los tanques adicionales para helio y nitrógeno líquido cumplían otras funciones; el interior del fuselaje se purgó con gas helio y se utilizó nitrógeno líquido como refrigerante para varios sistemas. [10]
El X-15 tenía una cola de cuña gruesa que le permitía volar de manera constante a velocidades hipersónicas. [16] Esto produjo una cantidad significativa de resistencia base a velocidades más bajas; [16] el extremo romo en la parte trasera del X-15 podría producir tanta resistencia como un F-104 Starfighter completo . [dieciséis]
Se utilizó una forma de cuña porque es más eficaz que la cola convencional como superficie estabilizadora a velocidades hipersónicas. Se requería un área de cola vertical igual al 60 por ciento del área del ala para darle al X-15 una estabilidad direccional adecuada.
— Wendell H. Stillwell, Resultados de la investigación X-15 (SP-60)
La estabilidad a velocidades hipersónicas se vio favorecida por paneles laterales que podían extenderse desde la cola para aumentar la superficie total, y estos paneles funcionaban como frenos de aire. [dieciséis]
Antes de 1958, funcionarios de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) y de la NACA discutieron sobre un avión espacial orbital X-15 , el X-15B que se lanzaría al espacio exterior desde lo alto de un misil SM-64 Navaho . Esto se canceló cuando la NACA se convirtió en la NASA y adoptó el Proyecto Mercurio .
En 1959, el programa de planeadores espaciales Boeing X-20 Dyna-Soar se convertiría en el medio preferido de la USAF para poner en órbita naves espaciales militares con tripulación. Este programa fue cancelado a principios de la década de 1960 antes de que se pudiera construir un vehículo operativo. [5] Se consideraron varias configuraciones de los navajos, y otra propuesta involucró una etapa Titán I. [17]
Se construyeron tres X-15 y realizaron 199 vuelos de prueba, el último el 24 de octubre de 1968.
El primer vuelo del X-15 fue un vuelo de planeo sin motor realizado por Scott Crossfield , el 8 de junio de 1959. Crossfield también pilotó el primer vuelo con motor el 17 de septiembre de 1959, y su primer vuelo con el motor cohete XLR-99 el 15 de noviembre de 1960. Doce pruebas Los pilotos volaron el X-15. Entre ellos se encontraban Neil Armstrong , más tarde astronauta de la NASA y el primer hombre en pisar la Luna, y Joe Engle , más tarde comandante de las misiones del transbordador espacial de la NASA .
En una propuesta de 1962, la NASA consideró utilizar el B-52/X-15 como plataforma de lanzamiento para un cohete Blue Scout para colocar en órbita satélites que pesen hasta 150 libras (68 kg). [17] [18]
En julio y agosto de 1963, el piloto Joe Walker superó los 100 km de altitud, uniéndose a los astronautas de la NASA y a los cosmonautas soviéticos como los primeros seres humanos en cruzar esa línea en su camino hacia el espacio exterior . La USAF otorgó alas de astronauta a cualquiera que alcanzara una altitud de 50 millas (80 km), mientras que la FAI fijó el límite del espacio en 100 kilómetros (62,1 millas).
El 15 de noviembre de 1967, el piloto de pruebas de la Fuerza Aérea de los EE. UU., Mayor Michael J. Adams, murió durante el vuelo 191 del X-15 cuando el X-15-3, AF Ser. No. 56-6672 , entró en un giro hipersónico mientras descendía, luego osciló violentamente a medida que las fuerzas aerodinámicas aumentaban después del reingreso. A medida que el sistema de control de vuelo de su avión operó las superficies de control hasta sus límites, la aceleración aumentó a 15 g 0 (150 m/s 2 ) vertical y 8,0 g 0 (78 m/s 2 ) lateral. La estructura del avión se rompió a 18 km (60.000 pies) de altitud, esparciendo los restos del X-15 en 130 km 2 (50 millas cuadradas ). El 8 de mayo de 2004, se erigió un monumento en el lugar de la cabina, cerca de Johannesburgo, California . [19] El Mayor Adams recibió póstumamente alas de astronauta de la Fuerza Aérea para su último vuelo en el X-15-3, que había alcanzado una altitud de 50,4 millas (81,1 km). En 1991, su nombre fue añadido al Astronaut Memorial . [19]
El segundo avión, el X-15-2, fue reconstruido [20] después de un accidente de aterrizaje el 9 de noviembre de 1962 que dañó la nave e hirió a su piloto, John McKay . [21] El nuevo avión, rebautizado como X-15A-2 , tenía un nuevo avión de 28 pulgadas. Extensión del fuselaje para transportar hidrógeno líquido. [1] Se alargó 2,4 pies (73 cm), tenía un par de tanques de combustible auxiliares colocados debajo del fuselaje y las alas, y se añadió un revestimiento ablativo completo resistente al calor. Tomó vuelo por primera vez el 25 de junio de 1964. Alcanzó su velocidad máxima de 4.520 millas por hora (7.274 km/h) en octubre de 1967 con el piloto William "Pete" Knight de la Fuerza Aérea de Estados Unidos al mando.
Se utilizaron cinco aviones principales durante el programa X-15: tres aviones X-15 y dos bombarderos NB-52 "no estándar" modificados:
Además, apoyaron el programa los aviones de persecución F-100 , F-104 y F5D y los transportes C-130 y C-47 . [22]
El vuelo número 200 sobre Nevada se programó por primera vez para el 21 de noviembre de 1968 y lo realizaría William "Pete" Knight. Numerosos problemas técnicos y mal tiempo retrasaron seis veces este vuelo propuesto, y fue cancelado definitivamente el 20 de diciembre de 1968. Este X-15 (56-6670) fue separado del B-52 y luego almacenado indefinidamente. Posteriormente, el avión fue donado al Museo Smithsonian del Aire y el Espacio para su exhibición.
Los dos X-15 supervivientes se encuentran actualmente en exhibición en museos de Estados Unidos. Además, también se exhiben tres maquetas y ambas Stratofortress B-52 utilizadas como naves nodrizas.
Durante 13 de los 199 vuelos totales del X-15, ocho pilotos volaron por encima de 264.000 pies (50,0 millas; 80 km), calificando así como astronautas según la definición de frontera espacial de las Fuerzas Armadas de EE. UU . Los cinco pilotos de la Fuerza Aérea volaron a más de 50 millas y recibieron alas de astronauta militar al mismo tiempo que sus logros, incluido Adams, quien recibió la distinción póstumamente luego del desastre del vuelo 191. [24] Sin embargo, los otros tres eran empleados de la NASA y no recibieron una condecoración comparable en ese momento. En 2004, la Administración Federal de Aviación confirió sus primeras alas de astronauta comercial a Mike Melvill y Brian Binnie , pilotos del SpaceShipOne comercial , otro avión espacial con un perfil de vuelo comparable al del X-15. Después de esto, en 2005, la NASA otorgó retroactivamente sus alas de astronauta civil a Dana (que entonces vivía) y a McKay y Walker (póstumamente). [25] [26] Forrest S. Petersen, el único piloto de la Armada en el programa X-15, nunca llevó el avión por encima de la altitud requerida y, por lo tanto, nunca obtuvo alas de astronauta.
De los trece vuelos, sólo dos ( los vuelos 90 y 91, pilotados por Walker ) superaron los 100 km (62 millas) de altitud utilizados por la FAI para denotar la línea de Kármán .
† fatal
† Muerto en el accidente del X-15-3
†† Murió en un accidente de formación de grupo el 8 de junio de 1966.
Otras configuraciones incluyen el X-15 equipado con Reaction Motors XLR11 y la versión larga.
Datos de [31]
Características generales
Actuación
Aeronaves de función, configuración y época comparables.
Listas relacionadas
4.520 mph (Mach 6,7 el 3 de octubre de 1967,
Armstrong participó activamente en los aspectos de pilotaje e ingeniería del programa X-15 desde sus inicios. Completó el primer vuelo en un avión equipado con un nuevo sensor de dirección de flujo (punta esférica) y el vuelo inicial en un X-15 equipado con un sistema de control de vuelo autoadaptativo. Trabajó estrechamente con diseñadores e ingenieros en el desarrollo del sistema adaptativo y realizó siete vuelos en el avión cohete desde diciembre de 1960 hasta julio de 1962.
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