X-15試驗機

X-15
概况
类型火箭飛機
制造商北美航空
状态博物館收藏
主要用户美國空軍
制造数量3
历史
起役日期1959年9月17日
首飞1959年6月8日
退役日期1968年12月
查克·葉格與X-15模型

北美X-15（North American X-15）是一架由北美航空所承製開發的火箭動力實驗機。X-15可能是在貝爾X-1之後，美國空軍／NASA／美國海軍X系列試驗機中最重要的一架。在1960年代，X-15打破了許多速度與高度的記錄，由於其飛行高度到達大氣層的邊緣，為之後的研究提供了重要的資料。它同時也是美國建造的第一個有人亞軌道飛行器。

在整個X-15計畫的飛行項目中，有13架次到達了80公里以上的高度，這是美國空軍所制訂宇宙飛行的標準高度，駕駛這13架次的八名飛行員因此獲得太空人的身份。另外還有兩名飛行員獲頒NASA的太空人之翼勳章（英语：Astronaut Badge）。[1]

一些權威的航空學研究者設定的太空的起始高度比美國空軍和NASA的標準高度都低，所以還有許多X-15飛行員也可被視作太空人。在距地球19英里（31公里）的上空是適航大氣層（英语：aeropause），這裏的環境與太空基本相同，而許多X-15飛行員駕駛飛機都到達此高度以上。

另外還有兩架次（由同一飛行員駕駛）到達國際航空聯合會的宇宙飛行標準高度，即到達62.1英里高度（100公里）。

歷史

X-15用滑橇降落

對機身的請求在1954年12月30日公佈，1955年2月4日公佈對火箭發動機的請求。1955年11月北美航空公司簽訂了製造機身的合約，反應發動機（英语：Reaction Motors）在1956年簽訂了製造發動機的合約。

與其他X系列試驗機一樣，X-15首先是掛在一架B-52機翼下被帶到空中，然後火箭發動機開始工作。它的機身很長且為圓柱形。向後的整流片使機身看起來很平。背部及腹部的楔形垂直尾翼很厚。可收起的起落架包括機鼻起落架和兩個滑橇。初始型X-15A的兩具XLR-11火箭發動機提供36千牛頓推力，後來的XLR-99在海平面提供254千牛頓推力，在最高高度提供311千牛頓。

1958年之前，美國空軍和美國國家航空諮詢委員會（NACA，也就是NASA的前身）的官員提出了軌道運行式X-15（X-15B）的方案，這種X-15將會被一具SM-64納瓦荷式火箭（SM-64 Navaho missile）送入太空。在NACA成為NASA之後這個方案被拋棄，取而代之的是水星計畫。1959年，X-20Dyna-Soar太空滑翔機計畫成為美國空軍軍用載人太空飛行器的優先計畫。X-20計畫在1960年代早期被中止。

X-15的首飛是在1959年6月8日，飛行員為史考特·克勞斯菲爾德（Scott Crossfield），這次飛行實際上是一次無動力滑翔。同年9月17日進行了第一次有動力飛行。1960年11月15日進行了第一次使用XLR-99發動機的飛行。

整個項目中一共建造了三架X-15，它們總共飛了199次，最後一次在1968年10月24日。原計劃是在1968年11月21日，內華達州史密斯蘭奇（Smith Ranch），由威廉·奈特（William J. Knight）進行第200次飛行。技術與天氣的原因使這次飛行被延後了至少六次，直到1968年12月。最後因為天氣原因，此次飛行在1968年12月20日被中止。地面人員將X-15從B-52上拆下，準備將它無限期地儲存起來。一架存放在華盛頓特區的美國國家航空航天博物館，一架存放在俄亥俄州代顿萊特派特森空軍基地（Wright-Patterson AFB）內的國立美國空軍博物館（National Museum of the United States Air Force）。編號56-6672的第三架X-15則是於1967年11月15日墜毀。

一共有12名飛行員駕駛過X-15，包括第一個登上月球的人尼爾·阿姆斯壯和約瑟夫·恩格。

1963年7月和8月，駕駛X-15兩次到達100公里以上高度，成為第一個兩次進入太空的人。

1967年11月15日第三架X-15在下降時開始尾旋，重力加速度到達15G（147 m/s²），飛機在空中解體，殘骸散佈在50平方英里的範圍內，飛行員麥可·亞當斯（Michael J. Adams）不幸在這起意外中犧牲。2004年6月8日，人們在加州蘭茲堡（Randsburg）附近、那架X-15座艙被發現的地方，為他豎立了一個紀念碑。除此之外亞當斯也被追綬太空人之翼（Astronaut Wings）勳章。1991年，他的名字被放入佛羅里達州甘迺迪太空中心的太空人紀念館。

第二架X-15在一次降落事故後被重建，它被加長了約0.74米，機身下加掛了兩個副油箱，而且被進行了隔熱處理。這架新飛機被命名為X-15A-2。它的首飛日期為1964年6月28日，最終設定了一項新的速度記錄：7,274 km/h（4520mph或2021m/s）。

一直到2004年太空船一號（SpaceShipOne）的第三次試飛之前，除了太空梭以外還沒有飛行器能打破X-15的高度記錄。當然，無人空射火箭，例如“飛馬座”火箭，經常超越X-15的速度與高度記錄。被廣泛報導的X-43A超高音速飛機的新速度記錄，只是無人機新的記錄。這架小得出奇的飛機在2004年11月16日在29公里高度上達到了接近10馬赫的速度（10620km/h或6600mph或2.95km/s）。

數據

Orthographically projected diagram of the North American X-15.
Orthographically projected diagram of the North American X-15.

諸元

  • 乘員：1
  • 長度： 50.7 ft（15.45 m）
  • 翼展： 22.3 ft（6.8 m）
  • 高度： 13.5 ft（4.12 m）
  • 機翼面積： 200 ft²（18.6 m²）
  • 空重： 14,600 lb（6,620 kg）
  • 裝載燃料及飛行員後： 34,000 lb（15,420 kg）
  • 最大起飛重量： 34,000 lb（15,420 kg）
  • 動力：1x Thiokol XLR99-RM-2液體燃料火箭發動機，70,400 lbf（313 kN）推力（30公里高時）使用液氧与液氨推进剂。由于氨分子过于稳定很难烧，燃烧不稳定的声音巨大，使用一个复杂的喷注器强行向燃料中加注乙炔。

性能

  • 最高速度： 4,520 mph (7,274 km/h) Mach 6.85
  • 航程： 280 miles（450 km）
  • 最高飛航紀錄： 67 miles (108 km), 354,330 ft
  • 爬升速度： 60,000 ft/min（18,000 m/min）
  • 機翼負荷： 829 kg/m²（170 lb/ft²）
  • 推重比：2.07
  • 序列號：（X-15計劃中用到了五架飛機，包括三架X-15和兩架NB-52）
    • X-15A-1 - 56-6670, 82次有動力飛行
    • X-15A-2 - 56-6671, 53次有動力飛行
    • X-15A-3 - 56-6672, 64次有動力飛行
    • NB-52A - 52-003（1969年10月退役）
    • NB-52B - 52-008（2004年11月退役）
掛在NB-52B機翼下方，漆成白色的X-15

破紀錄的飛行

高度紀錄

在美國，對於一個人要到達怎樣的高度才能被稱為「太空人」兩種說法。美國空軍決定頒給任何到達80公里高的人太空人之翼勳章，但是國際航空聯合會將太空定義在100公里以上的高度。13架次的X-15到達了80公里高，其中兩個架次到達了100公里。駕駛飛機進入與太空環境相似的“適航大氣層”的飛行員們應該得到賞識，也許他們可以作為將來的中級或初級太空人，儘管他們沒有被官方授予“太空人”稱號。

到達80公里高的架次
架次 日期 最高速度 高度 飛行員
62 1962年6月17日 6,167 km/h 95,940 m 罗伯特·迈克尔·怀特
77 1963年1月17日 5,918 km/h 82,810 m 约瑟夫·艾伯特·沃克
87 1963年6月27日 5,512 km/h 86,870 m 羅伯特·A·拉什沃斯（英语：Robert A. Rushworth）
90 1963年7月19日 5,971 km/h 106,010 m 约瑟夫·艾伯特·沃克
91 1963年8月22日 6,106 km/h 107,960 m 约瑟夫·艾伯特·沃克
138 1965年6月29日 5,523 km/h 85,527 m 約瑟夫·恩格
143 1965年8月10日 5,713 km/h 82,601 m 約瑟夫·恩格
150 1965年9月28日 6,006 km/h 90,099 m 約翰·B·麥凱（英语：John B. McKay）
153 1965年10月14日 5,720 km/h 81,230 m 約瑟夫·恩格
174 1966年11月1日 6,035 km/h 93,543 m Bill Dana（英语：William H. Dana）
190 1967年10月17日 6,206 km/h 85,500 m Pete Knight（英语：William J. Knight）
191 1967年11月15日 5,745 km/h 81,080 m Michael J. Adams（英语：Michael J. Adams）†
197 1968年8月21日 5,541 km/h 81,530 m Bill Dana（英语：William H. Dana）

†墜毀

速度紀錄

前十速度紀錄
架次 日期 最高速度 高度 飛行員
45 1961年11月9日 6,587 km/h 30,968 m 尼爾·阿姆斯壯
59 1962年6月27日 6,605 km/h 37,704 m 约瑟夫·艾伯特·沃克
64 1962年7月26日 6,420 km/h 30,145 m 尼爾·阿姆斯壯
86 1963年6月25日 6,294 km/h 34,077 m 约瑟夫·艾伯特·沃克
89 1963年7月18日 6,317 km/h 31,943 m Robert A. Rushworth（英语：Robert A. Rushworth）
97 1963年12月5日 6,466 km/h 30,785 m Robert A. Rushworth（英语：Robert A. Rushworth）
105 1964年4月29日 6,286 km/h 30,968 m Robert A. Rushworth（英语：Robert A. Rushworth）
137 1965年6月22日 6,338 km/h 47,518 m John B. McKay（英语：John B. McKay）
175 1966年11月18日 6,840 km/h 30,145 m Pete Knight（英语：William J. Knight）
188 1967年10月3日 7,274 km/h 58,552 m Pete Knight（英语：William J. Knight）

X-15飛行員

飛行員 隸屬於 飛行
次數 		在美國空
軍進行的
太空飛行 		在國際航空
協會進行的
太空飛行 		最高
馬赫數 		最高
速度
（km/h） 		最高
高度
（m）
邁克爾·詹姆斯·亞當斯†† 美國空軍 7 1 0 5.59 6,151 81,077
尼爾·阿姆斯壯 NASA 7 0 0* 5.74 6,420 63,246
Scott Crossfield（英语：Albert Scott Crossfield） 北美航空 14 0 0 2.97 3,154 24,725
Bill Dana（英语：William H. Dana） NASA 16 2 0 5.53 6,272 93,543
約瑟夫·恩格 美國空軍 16 3 0* 5.71 6,257 85,527
Pete Knight（英语：William J. Knight） 美國空軍 16 1 0 6.70 7,274 85,496
John B. McKay（英语：John B. McKay） NASA 29 1 0 5.65 6,217 90,099
福里斯特·S·彼得森 美國海軍 5 0 0 5.3 5,794 31,029
Robert A. Rushworth（英语：Robert A. Rushworth） 美國空軍 34 1 0 6.06 6,466 86,868
Milt Thompson（英语：Milton O. Thompson） NASA 14 0 0 5.48 5,993 65,258
约瑟夫·艾伯特·沃克 美國空軍 25 3 2 5.92 6,605 107,960
罗伯特·迈克尔·怀特 美國空軍 16 1 0 6.04 6,587 95,936

† Iven Kincheloe（英语：Iven Kincheloe）上尉在1957年9月被選中成為空軍的X-15試飛員（Bob White（英语：Bob White）上尉作為他的替補），但是在X-15試飛前的一次F-104事故中犧牲。

††在第191架次中犧牲。

*這兩名飛行員在離開X-15計畫後到達了100公里高（尼尔·阿姆斯特朗在雙子星座計畫和阿波羅計畫中進入太空，而約瑟夫·恩格則是在太空梭計畫中達成）。

參考

  1. ^ Jenkins, Dennis R. Space Shuttle: The History of the National Space Transportation System 3rd. Voyageur Press. 2001. ISBN 978-0-9633974-5-4. 

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