X-15 norteamericano

El North American X-15 es un avión propulsado por un cohete hipersónico. Fue operado por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio como parte de la serie de aviones experimentales X-plane. El X-15 estableció récords de velocidad y altitud en la década de 1960, llegando al borde del espacio exterior y regresando con valiosos datos 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), se alcanzó el 3 de octubre de 1967, 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 propulsado tripulado, que permanece intacto.

Durante el programa X-15, 12 pilotos volaron un total de 199 vuelos. De estos, 8 pilotos realizaron 13 vuelos combinados 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 FAI (100 kilómetros (62 mi)) de espacio exterior. Los 5 pilotos de la Fuerza Aérea calificaron para alas de astronauta militar inmediatamente, mientras que los 3 pilotos civiles finalmente recibieron alas de astronauta de la NASA en 2005, 35 años después del último vuelo X-15.

Diseño y desarrollo

X-15 después de encender el motor del cohete

X-15A-2, con recubrimiento ablativo sellado, tanques de combustible externo y prueba de muñeco de ramjet

El X-15 se basó en un estudio conceptual de Walter Dornberger para el Comité Asesor Nacional de Aeronáutica (NACA) para un avión de investigación hipersónico. Las solicitudes de propuestas (RFP) se publicaron el 30 de diciembre de 1954 para el fuselaje 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 altura y lanzado desde debajo del ala de una nave nodriza B-52. Air Force NB-52A, "El alto y poderoso" (serie 52-0003) y NB-52B, "The Challenger" (serie 52-0008, también conocido como Balls 8) sirvió como avión de transporte para todos los vuelos X-15. La liberación del X-15 de 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). El fuselaje del X-15 era largo y cilíndrico, con carenados traseros que aplanaban su apariencia y gruesos estabilizadores dorsales y ventrales de aletas en cuña. Partes del fuselaje (la piel exterior) eran de aleación de níquel resistente al calor (Inconel-X 750). El tren de aterrizaje retráctil constaba de 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 desechara la aleta inferior justo antes de aterrizar. La aleta inferior fue recuperada en paracaídas.

Sistemas de cabina y piloto

Cockpit of an X-15

El X-15 fue el 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 se operó en varios escenarios diferentes, incluido el acoplamiento a un avión de lanzamiento, caída, arranque y aceleración del motor principal, vuelo balístico en aire / espacio enrarecido, 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 solo 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 la aeronave no podía mantener la altitud.

Como el X-15 también tenía que controlarse en un entorno en el que había muy poco aire para las superficies de control de vuelo aerodinámico, tenía un sistema de control de reacción (RCS) que usaba propulsores de cohetes. Había dos configuraciones de control piloto X-15 diferentes: una usaba tres joysticks, la otra, un joystick.

El tipo X-15 con múltiples palancas de control para el piloto colocaba una palanca central tradicional entre una palanca de mando izquierda de 3 ejes que enviaba comandos al Sistema de control de reacción y una tercera palanca de mando a la derecha que se usaba durante las maniobras de alta G para aumentar el palo central. Además de la entrada del piloto, el X-15 "Sistema de aumento de estabilidad" (SAS) envió entradas a los controles aerodinámicos para ayudar al piloto a mantener el control de actitud. El Sistema de control de reacción (RCS) podría funcionar en dos modos: manual y automático. El modo automático usaba una función llamada "Sistema de aumento de reacción" (RAS) que ayudó a estabilizar el vehículo a gran altura. El RAS se usó típicamente durante aproximadamente tres minutos de un vuelo X-15 antes del apagado automático.

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. El MH-96 podría combinar automáticamente los controles aerodinámicos y de cohetes, según la eficacia de cada sistema para controlar la aeronave.

Entre los muchos controles estaban el acelerador del motor del cohete y un control para desechar la aleta de cola ventral. Otras características de la cabina incluían ventanas con calefacción para evitar la formación de hielo y un reposacabezas delantero para períodos de alta desaceleración.

El X-15 tenía un asiento eyectable diseñado para operar a velocidades de hasta Mach 4 (4500 km/h; 2800 mph) y/o 120 000 pies (37 km) de altitud, aunque nunca se usó durante el programa. 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. Los pilotos usaban trajes presurizados, que podían presurizarse con gas nitrógeno. Por encima de los 35.000 pies (11 km) de altitud, la cabina se presurizó a 3,5 psi (24 kPa; 0,24 atm) con gas nitrógeno, mientras que el oxígeno para respirar se alimentaba por separado al piloto.

Propulsión

X-15 cola con XLR-99

Los 24 vuelos propulsados iniciales utilizaron dos motores de cohetes de propulsante líquido XLR11 de Reaction Motors, mejorados para proporcionar un total de 16 000 libras de fuerza (71 kN) de empuje en comparación con las 6000 libras de fuerza (27 kN) de un solo XLR11 proporcionado en 1947 para hacer del Bell X-1 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 usaba amoníaco anhidro y oxígeno líquido como propulsor, y peróxido de hidrógeno para accionar la turbobomba de alta velocidad que suministraba propulsores al motor. Podría quemar 15 000 libras (6804 kg) de propulsor en 80 segundos; Jules Bergman tituló su libro sobre el programa Ninety Seconds to Space para describir el tiempo total de vuelo propulsado de la aeronave.

El sistema de control de reacción (RCS) X-15, para maniobrar en un entorno de baja presión/densidad, utilizó 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). El HTP también alimentó una turbobomba para los motores principales y las unidades de potencia auxiliar (APU). Los tanques adicionales para helio y nitrógeno líquido realizaron otras funciones; el interior del fuselaje se purgó con gas helio y se utilizó nitrógeno líquido como refrigerante para varios sistemas.

Cola de cuña y estabilidad hipersónica

X-15 adjunta a su nave madre B-52 con un T-38 volando cerca

El X-15 tenía una cola gruesa en forma de cuña que le permitía volar de manera constante a velocidades hipersónicas. Esto produjo una cantidad significativa de resistencia base a velocidades más bajas; el extremo romo en la parte trasera del X-15 podría producir tanta resistencia como un F-104 Starfighter completo.

Se utilizó una forma de cuña porque es más eficaz que la cola convencional como una superficie estabilizadora a velocidades hipersónicas. Un área de cola vertical igual al 60 por ciento del área del ala fue requerido para dar la X-15 estabilidad direccional adecuada.

—Wendell H. Stillwell, X-15 Resultados de la investigación (SP-60)

La estabilidad a velocidades hipersónicas se vio favorecida por los paneles laterales que podían extenderse desde la cola para aumentar el área de superficie general, y estos paneles se duplicaron como frenos de aire.

Historial operativo

Pilotos X-15 a diciembre de 1965, izquierda a derecha: Joe Engle, Bob Rushworth, John McKay, Pete Knight, Milt Thompson y Bill Dana.

Antes de 1958, los funcionarios de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) y la NACA hablaron 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 Mercury en su lugar.

Para 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 con tripulación militar. Este programa se canceló a principios de la década de 1960 antes de que se pudiera construir un vehículo operativo. Se consideraron varias configuraciones del Navaho y otra propuesta involucró una etapa Titan I.

Se construyeron tres X-15, realizando 199 vuelos de prueba, el último el 24 de octubre de 1968.

El primer vuelo X-15 fue un vuelo sin motor de Scott Crossfield, el 8 de junio de 1959. Crossfield también pilotó el primer vuelo motorizado el 17 septiembre de 1959, y su primer vuelo con el motor cohete XLR-99 el 15 noviembre de 1960. Doce pilotos de prueba volaron el X-15. Entre ellos estaban 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 usar el B-52/X-15 como plataforma de lanzamiento para un cohete Blue Scout para colocar en órbita satélites que pesaban hasta 150 libras (68 kg).

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 exterior. espacio. La USAF otorgó alas de astronauta a cualquiera que alcanzara una altitud de 50 millas (80 km), mientras que la FAI estableció 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 EE. UU., el 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 aumentaban las fuerzas aerodinámicas después del reingreso. Como el sistema de control de vuelo de su aeronave operó las superficies de control hasta sus límites, la aceleración aumentó a 15 g0 (150 m/s2) vertical y 8,0 g0 (78 m/s2) lateral. El fuselaje se rompió a 18 km (60 000 pies) de altitud, esparciendo los restos del X-15 en 130 km² (50 millas cuadradas). El 8 de mayo de 2004, se erigió un monumento en el lugar de la cabina, cerca de Johannesburgo, California. El comandante 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 se agregó al Astronaut Memorial.

X-15-2 estrella en Mud Lake, Nevada

El segundo avión, X-15-2, fue reconstruido después de un accidente de aterrizaje el 9 de noviembre de 1962 que dañó la nave e hirió a su piloto, John McKay. El nuevo avión renombró X-15A-2, tenía un nuevo 28 -in. extensión del fuselaje para transportar hidrógeno líquido. Se alargó 73 cm (2,4 pies), tenía un par de tanques de combustible auxiliares debajo del fuselaje y las alas, y se le agregó un revestimiento ablativo resistente al calor. Tomó vuelo por primera vez el 25 de junio de 1964. Alcanzó su velocidad máxima de 4520 millas por hora (7274 km/h) en octubre de 1967 con el piloto William " Pete" Caballero de la Fuerza Aérea de EE. UU. al mando.

Se utilizaron cinco aviones principales durante el programa X-15: tres aviones X-15 y dos aviones modificados "no estándar" Bombarderos NB-52:

• X-15-1 – 56-6670, 81 vuelos gratis
• X-15-2 (Later X-15A-2) – 56-6671, 31 vuelos libres como X-15-2, 22 vuelos gratis como X-15A-2; 53 en total
• X-15-3 – 56-6672, 65 vuelos gratuitos, incluido el desastre del vuelo 191
• NB-52A – 52-003 apodado El Alto y Poderoso (retirada en octubre de 1969)
• NB-52B – 52-008 apodado El Challenger, más tarde Bolas 8 (retirada en noviembre de 2004)

Además, aviones de persecución F-100, F-104 y F5D y transportes C-130 y C-47 apoyaron el programa.

El vuelo número 200 sobre Nevada se programó por primera vez para el 21 de noviembre de 1968, a cargo de William "Pete" Caballero. Numerosos problemas técnicos y brotes de mal tiempo retrasaron este vuelo propuesto seis veces y se canceló definitivamente el 20 diciembre de 1968. Este X-15 (56-6670) se separó del B-52 y luego puesto en almacenamiento indefinido. Posteriormente, el avión fue donado al Smithsonian Air & Museo del espacio para exhibición.

• 

  NB-52A (s/n 52-003), variante de prueba permanente, llevando una X-15, con marcas de misión; siluetas horizontales X-15 denotan vuelos deslizantes, siluetas diagonales denotan vuelos propulsados.

• 

  X-15 justo después de la liberación.

• 

  X-15 derribando en sus esquiados, con la aleta ventral inferior encadenada.

• 

  X-15A-2 (56-6671) con tanques de combustible externos

Pantallas estáticas actuales

X-15 en el National Air and Space Museum de Washington, D.C.

X-15 en el Museo USAF

• X-15-1 (AF Ser. No. 56-6670) estaba en exhibición en la galería National Air and Space Museum "Milestones de Vuelo", Washington, D.C., (el avión ya no está en exhibición)
• X-15A-2 (AF Ser. No. 56-6671) está en el Museo Nacional de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, en la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson, cerca de Dayton, Ohio. Fue retirado al museo en octubre de 1969. El avión se muestra en la Galería de Investigación y Desarrollo del museo junto con otros "planos X", incluyendo el Bell X-1B y Douglas X-3 Stiletto.

Maquetas

• Dryden Flight Research Center, Edwards AFB, California, Estados Unidos (painted with AF Ser. No. 56-6672)
• Pima Air & Space Museum, adyacente a Davis-Monthan AFB, Tucson, Arizona (painted with AF Ser. No. 56-6671)
• Evergreen Aviation & Space Museum, McMinnville, Oregon (painted with AF Ser. No. 56-6672). Una maqueta de madera a gran escala del X-15, se muestra junto con uno de los motores de cohetes.

Naves nodrizas Stratofortress

NB-52B Bolas 8 despegue con un X-15

• NB-52A (AF Ser. No. 52-003) se muestra en el Pima Air & Space Museum adyacente a Davis-Monthan AFB en Tucson, Arizona. Se lanzó el X-15-1 30X-15-2, 11y el X-15-3 31(así como el M2-F2 cuatro veces, el HL-10 11veces y el X-24A dos veces).
• NB-52B (AF Ser. No. 52-008) está en exhibición permanente fuera de la puerta norte de Edwards AFB, California. Ha lanzado la mayoría de los vuelos X-15.

Récord de vuelos

Puntos de referencia clave de velocidad y altitud del X-15

Vuelos más altos

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), por lo que calificaron como astronautas según la definición de la frontera espacial de las Fuerzas Armadas de EE. UU. Los cinco pilotos de la Fuerza Aérea volaron más de 50 millas y recibieron alas de astronauta militar al mismo tiempo que sus logros, incluido Adams, quien recibió la distinción póstumamente después del vuelo 191 desastre. 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 otorgó sus primeras alas comerciales de astronauta 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 viva) y a McKay y Walker (póstumamente). 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, solo dos — vuelos 90 y 91, piloteados por Walker — superó la altitud de 100 km (62 mi) utilizada por la FAI para indicar la línea Kármán.

^† fatal

Vuelos más rápidos registrados

Pilotos

^† Muerto en el accidente de X-15-3

Especificaciones

Otras configuraciones incluyen el X-15 equipado con motores de reacción XLR11 y la versión larga.

Datos de

Características generales

• Crew: Uno
• Duración: 50 pies 9 en 15,47 m)
• Wingspan: 22 pies 4 en (6,81 m)
• Altura: 13 pies 3 en (4,04 m)
• Área de ala: 200 pies cuadrados (19 m²)
• Peso vacío: 14.600 lb (6.622 kg)
• Peso bruto: 34.000 libras (15.422 kg)
• Powerplant: 1 × Motores de reacción XLR99-RM-2 motor de cohetes de combustible líquido, 70.400 lbf (313 kN)

Rendimiento

• Velocidad máxima: 4,520 mph (7.270 km/h, 3.930 kn)
• Rango: 280 mi (450 km, 240 nmi)
• Techo de servicio: 354,330 pies (108.000 m)
• Tasa de subida: 60.000 pies/min (300 m/s)
• Trono/peso: 2.07

En la cultura popular