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 la 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, cruzando el borde del espacio exterior y regresando con datos valiosos utilizados en el diseño de aeronaves y naves espaciales . La velocidad más alta del X-15, 4520 millas por hora (7274 km/h; 2021 m/s), [1] se logró 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 la velocidad más alta jamás registrada por un avión tripulado y propulsado, que sigue sin superarse. [3] [4]
Durante el programa X-15, 12 pilotos volaron un total de 199 vuelos. [1] De ellos, 8 pilotos volaron un total de 13 vuelos que cumplieron con el criterio de vuelo espacial de la Fuerza Aérea al superar la altitud de 50 millas (80 km), calificando así a estos pilotos como astronautas ; de esos 13 vuelos, dos (volados por el mismo piloto civil) cumplieron con la definición de la FAI (100 kilómetros (62 mi)) de espacio exterior . Los 5 pilotos de la Fuerza Aérea calificaron para las alas de astronauta militar inmediatamente, mientras que los 3 pilotos civiles finalmente recibieron las alas de astronauta de la NASA en 2005, 35 años después del último vuelo 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 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.
Al igual que muchos aviones de la serie X , el X-15 fue diseñado para ser transportado en el aire y lanzado desde debajo del ala de una nave nodriza B-52 . El NB-52A de la Fuerza Aérea, "The High and Mighty One" (número de serie 52-0003), y el NB-52B, "The Challenger" (número de serie 52-0008, también conocido como Balls 8 ) sirvieron como aviones de transporte para todos los vuelos del X-15. El lanzamiento del X-15 desde el NB-52A tuvo lugar a una altitud de aproximadamente 8,5 millas (13,7 km) (45.000 pies) 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 gruesos de aleta de cuña dorsal y ventral. Partes del fuselaje (la piel exterior [9] ) eran de aleación de níquel resistente al calor ( Inconel -X 750). [7] El tren de aterrizaje retráctil comprendía un carro de rueda de morro y dos patines traseros. Los patines no se extendían más allá de la aleta ventral , lo que requería que el piloto soltara la aleta inferior justo antes de aterrizar. La aleta inferior se recuperaba mediante paracaídas.
El X-15 fue el resultado 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 se operó en varios escenarios diferentes, incluyendo la conexión a un avión de lanzamiento, el lanzamiento, el arranque y la aceleración del motor principal, el vuelo balístico en el aire/espacio enrarecido, el reingreso en aire más denso, el planeo sin motor hasta el aterrizaje y el aterrizaje directo sin el arranque del motor principal. El motor cohete principal funcionó solo durante una parte relativamente corta del vuelo, pero impulsó al X-15 a sus altas velocidades y altitudes. Sin el empuje del motor cohete principal, los instrumentos y las superficies de control del X-15 permanecieron funcionales, pero la aeronave no pudo mantener la altitud.
Como el X-15 también tenía que ser controlado en un entorno donde había muy poco aire para superficies de control de vuelo aerodinámicas , tenía un sistema de control de reacción (RCS) que usaba propulsores de cohete. [10] Había dos configuraciones diferentes de control del piloto del X-15: una usaba tres joysticks, la otra, un joystick. [11]
El tipo X-15 con múltiples palancas de control para el piloto colocó 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 utilizado durante maniobras de alta G para aumentar la palanca central. [12] Además de la entrada del piloto, el " Sistema de Aumento de Estabilidad " (SAS) del X-15 enviaba entradas a los controles aerodinámicos para ayudar al piloto a mantener el control de actitud . [12] El Sistema de Control de Reacción (RCS) podía operar en dos modos: manual y automático. [11] El modo automático utilizaba una característica llamada "Sistema de Aumento de Reacción" (RAS) que ayudaba a estabilizar el vehículo a gran altitud. [11] El RAS se usaba típicamente durante aproximadamente tres minutos de un vuelo del X-15 antes del apagado automático. [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 los controles aerodinámicos y de cohetes, dependiendo de la eficacia de cada sistema para controlar la aeronave. [13]
Entre los muchos controles se encontraban el acelerador del motor del cohete y un control para soltar la aleta de cola 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) (23 millas) de altitud, aunque nunca se utilizó durante el programa. [12] En caso de eyección, el asiento estaba diseñado para desplegar aletas, que se usaban hasta que alcanzaba una velocidad/altitud más segura a la que desplegar su paracaídas principal. [12] Los pilotos usaban trajes presurizados, que podían presurizarse con gas nitrógeno. [12] Por encima de los 35.000 pies (11 km) de altitud, la cabina se presurizaba 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 cohete de propulsante líquido Reaction Motors XLR11 , mejorados para proporcionar un total de 16.000 libras-fuerza (71 kN) de empuje en comparación con las 6.000 libras-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-fuerza (250 kN) de empuje. Los 175 vuelos restantes del X-15 utilizaron motores XLR99, en una configuración de un solo motor. El XLR99 utilizaba amoníaco anhidro y oxígeno líquido como propulsor, y peróxido de hidrógeno para impulsar la turbobomba de alta velocidad que suministraba propulsores al motor. [10] Podía 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 de la aeronave. [14]
El sistema de control de reacción (RCS) del X-15, para maniobrar en un entorno de baja presión y densidad, utilizaba peróxido de hidrógeno de alta pureza (HTP), que se descompone en agua y oxígeno en presencia de un catalizador y podía proporcionar un impulso específico de 140 s (1,4 km/s). [11] [15] El HTP también alimentaba una turbobomba para los motores principales y las unidades de potencia auxiliares (APU). [10] Los tanques adicionales para helio y nitrógeno líquido realizaban otras funciones; el interior del fuselaje se purgaba con gas helio y se utilizaba nitrógeno líquido como refrigerante para varios sistemas. [10]
El X-15 tenía una cola gruesa en forma de cuña que le permitía volar de manera constante a velocidades hipersónicas. [16] Esto producía una cantidad significativa de resistencia de base a velocidades más bajas; [16] el extremo romo en la parte trasera del X-15 podía producir tanta resistencia como un F-104 Starfighter completo . [16]
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 equivalente 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 también como frenos de aire. [16]
Antes de 1958, los funcionarios de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) y 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 en su lugar el Proyecto Mercury .
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 tripuladas militares. Este programa se canceló a principios de los años 1960 antes de que se pudiera construir un vehículo operativo. [5] Se consideraron varias configuraciones del Navaho y otra propuesta implicaba una etapa Titan I. [17]
Se construyeron tres X-15, que realizaron 199 vuelos de prueba, el último el 24 de octubre de 1968.
El primer vuelo del X-15 fue un vuelo planeado 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 pilotos de pruebas 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 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 satélites que pesaran hasta 150 libras (68 kg) en órbita. [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 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 todo aquel que lograra una altitud de 50 millas (80 km), mientras que la FAI fijó el límite del espacio en 100 kilómetros (62,1 mi).
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 una barrena hipersónica mientras descendía, luego osciló violentamente a medida que las fuerzas aerodinámicas aumentaron después del reingreso. A medida que el sistema de control de vuelo de su aeronave operaba 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 60.000 pies (18 km) de altitud, esparciendo los restos del X-15 en 50 millas cuadradas (130 km 2 ). 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 las alas de astronauta de la Fuerza Aérea por 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 Memorial de los Astronautas . [19]
El segundo avión, 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 una nueva extensión de fuselaje de 28 pulgadas para transportar hidrógeno líquido. [1] Se alargó 2,4 pies (73 cm), tenía un par de tanques de combustible auxiliares unidos debajo de su fuselaje y alas, y se le añadió un revestimiento ablativo resistente al calor completo . Voló 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 los EE. UU. al mando.
Durante el programa X-15 se utilizaron cinco aviones principales: tres aviones X-15 y dos bombarderos NB-52 modificados "no estándar" :
Además, los aviones de persecución F-100 , F-104 y F5D y los transportes C-130 y C-47 apoyaron el programa. [22]
El vuelo número 200 sobre Nevada estaba previsto inicialmente para el 21 de noviembre de 1968 y lo pilotaría William "Pete" Knight. Numerosos problemas técnicos y episodios de mal tiempo retrasaron este vuelo previsto seis veces, y se canceló definitivamente el 20 de diciembre de 1968. Este X-15 (56-6670) se separó del B-52 y se almacenó por tiempo indefinido. El avión fue donado posteriormente al Museo del Aire y el Espacio del Instituto Smithsoniano para su exposición.
Actualmente, los dos X-15 supervivientes se exhiben en museos de Estados Unidos. Además, también se exhiben tres maquetas y los dos B-52 Stratofortress utilizados como naves nodrizas.
Durante 13 de los 199 vuelos totales del X-15, ocho pilotos volaron por encima de los 264.000 pies (50,0 mi; 80 km), lo que los calificó como astronautas según la definición de la frontera espacial de las Fuerzas Armadas de los EE . UU . Los cinco pilotos de la Fuerza Aérea volaron por encima de las 50 millas y recibieron alas de astronauta militar simultáneamente con sus logros, incluido Adams, quien recibió la distinción póstumamente después 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 (entonces con vida) y a McKay y Walker (póstumamente). [25] [26] Forrest S. Petersen, el único piloto de la Marina 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 la altitud de 100 km (62 mi) utilizada por la FAI para marcar la línea Kármán .
† fatal
† Murió 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 su inicio. Completó el primer vuelo en la aeronave equipada con un nuevo sensor de dirección de flujo (nariz esférica) y el vuelo inicial en un X-15 equipado con un sistema de control de vuelo autoadaptativo. Trabajó en estrecha colaboración 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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