"Mổ xẻ" thiết kế kì dị của máy bay nhanh nhất thế giới

  •  
  • 3.147

Dù bay lần đầu đầu cách đây hơn 60 năm, X-15 Bắc Mỹ giờ đây vẫn là máy bay có người lái bay nhanh nhất thế giới với những thiết kế đặc biệt, cách cất cánh và hạ cánh khác thường.
X-15 có hình dạng giống viên đạn hơn là máy bay thông thường và nó bay nhanh nhờ bản thân là một quả rốc-két (rocket). X-15 đã hoàn thành 199 chuyến bay thử nghiệm trong vòng 9 năm, bắt đầu từ năm 1959.

X-15 có thể bay đến rìa không gian rồi lướt trở lại Trái đất, thu thập dữ liệu thông báo về thiết kế và kỹ thuật của các tàu vũ trụ Mỹ sau này, bao gồm các tàu con thoi của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA).

X-15 do một đội bay ưu tú gồm 12 phi công điều khiển, bao gồm Neil Armstrong - người dẫn dắt chuyến hạ cánh lên Mặt trăng vào năm 1969.

“Một trong những phi công lái X-15, ông Bill Dana, từng nói với tôi rằng nó mang lại cho bạn tốc độ lớn nhất, sự phấn khích lớn nhất, nỗi kinh hoàng lớn nhất. Chúng tôi chưa chế tạo thứ gì như X-15 kể từ khi nó bay trong bầu khí quyển”, ông Christian Gelzer, nhà sử học chính tại Trung tâm Nghiên cứu Chuyến bay Armstrong của NASA, trả lời phỏng vấn CNN.

Series X bao gồm hơn 60 máy bay thử nghiệm được các cơ quan chính phủ Mỹ, bao gồm Không quân và NASA, sản xuất kể từ khi Chiến tranh Thế giới lần thứ hai kết thúc vào năm 1945.

Năm 1952, khi quá trình phát triển X-15 bắt đầu, kỷ lục tốc độ của máy bay chính thức được ghi nhận ở mức dưới 700 dặm/giờ (1.126 km/h). Nhiệm vụ của máy bay X-15 là đạt tốc độ Mach gấp 5 (gấp 5 lần tốc độ âm thanh, tức gần 4.000 dặm/giờ hoặc 6.437 km/h).

Ông Gelzer cho biết: “Một chiếc máy bay như vậy sẽ phải bay ở độ cao 250.000 feet (76,2 km), cao hơn bất kỳ độ cao nào của máy bay thời điểm đó. Đó là một yêu cầu rất khó”.

Dự án X-15 do Không quân Mỹ và Ủy ban Cố vấn Quốc gia về Hàng không (NACA, năm 1958 trở thành NASA) dẫn dắt.

“Họ thực hiện theo các dữ liệu khoa học, dữ liệu động lực bay. Nhưng trong bối cảnh Chiến tranh Lạnh, nghiên cứu đã được đẩy mạnh”, ông Gelzer nói.

 X-15 bay trên bang California của Mỹ.
X-15 bay trên bang California của Mỹ. (Ảnh: NASA).

Rocket

Về cơ bản, X-15 là một quả rocket có buồng lái. Vì vậy, không giống như các máy bay khác, nó không được thiết kế để cất cánh từ đường băng. Thay vào đó, nó được đưa lên cao và thả từ tàu mẹ, trong trường hợp này là một máy bay ném bom B-52 được cải tiến đặc biệt.

Với chiếc X-15 dài 50 foot (hơn 15m) ở dưới cánh, chiếc B-52 cất cánh từ Căn cứ Không quân Edwards ở bang California và bay về phía bang Nevada hoặc Utah, quay lại và thả máy bay ở độ cao 45.000 foot (13,7 km) và tốc độ hơn 600 dặm/giờ (hơn 965,6 km/h). Chỉ tại thời điểm đó, phi công X-15 mới kích hoạt động cơ rocket để X-15 bắt đầu vượt khỏi bầu khí quyển Trái đất và đi vào không gian.

Nhiên liệu (sự kết hợp của amoniac và oxy lỏng) được đốt cháy trong vòng chưa đầy hai phút và đó không phải là một chuyến bay êm ả. Ông Gelzer cho biết: “Nó bay theo khí động học như một chiếc máy bay bình thường, nhưng khi bay lên cao, nó bay theo kiểu ngựa bất kham. Ông Milt Thompson, một trong những phi công lái X-15, nói rằng, đó là loại máy bay duy nhất ông ấy từng bay mà ông ấy thấy vui khi động cơ ngừng hoạt động”.

X-15 nghỉ ngơi tại lòng hồ Rogers ở bang California hồi tháng 9/1961
X-15 nghỉ ngơi tại lòng hồ Rogers ở bang California hồi tháng 9/1961 sau khi thực hiện nhiệm vụ. (Ảnh: NASA).

Tàu lượn

Sau khi X-15 đạt đến độ cao mục tiêu (354.200 foot, tương đương 108 km - gấp 10 lần độ cao hành trình của một máy bay thương mại), phi công tiến hành các thí nghiệm trong môi trường khi đó chưa được biết đến, giúp các chuyên gia thu thập dữ liệu về chuyến bay siêu thanh.

Phần lớn thiết kế của X-15 hướng đến việc có thể bay ở độ cao lớn, nơi không khí loãng đến mức các phần phụ khí động học thông thường không còn hoạt động. Vì thế, X-15 được trang bị hệ thống điều khiển phản ứng, tương tự hệ thống điều khiển phản ứng sau này được sử dụng bởi các tàu con thoi và Trạm Vũ trụ Quốc tế.

Nó phun ra các luồng hydrogen peroxide (về cơ bản là nước được oxy hóa ở nồng độ rất cao), tạo ra một lực đẩy đủ để lái máy bay trong lớp không khí loãng của khí quyển tầng cao.

Bay với tốc độ hàng nghìn dặm một giờ, lớp vỏ bên ngoài của X-15 trở nên rất nóng do ma sát khí động học và do đó được làm bằng hợp kim niken-crom đặc biệt có tên là Inconel X.

“Máy bay nóng lên tới 1.200 độ F (649 độ C). Và phi công có thể nghe thấy tiếng giãn nở phía sau họ”, ông Gelzer nói.

Hạ cánh X-15 không dễ dàng. “Kể từ thời điểm máy bay hết nhiên liệu, hoặc phi công tắt động cơ, nó là một chiếc tàu lượn. Một tàu lượn rất nặng, rất nhanh với đôi cánh rất nhỏ. Vì thế, đó không phải là một chiếc tàu lượn tốt. Tại thời điểm đó, phi công phải dựa vào tốc độ và độ cao để đến đích”, ông nói.

Tệ hơn nữa, bánh trước thiếu phần lái và thiết bị hạ cánh chính chỉ có rãnh trượt (hai dầm thép có thể thu vào trượt trên bề mặt hạ cánh), vì vậy không thể hạ cánh trên đường băng. Thay vào đó, máy bay phải hạ cánh xuống lòng hồ khô.

“Vào thời điểm trở lại mặt đất, máy bay không giống với lúc nó rời căn cứ. Thân máy bay xuất hiện những lỗ do sức nóng đốt cháy tạo thành”, ông Gelzer nói.

Máy bay X-15 bay đến rìa không gian rồi lướt trở lại Trái đất.
Máy bay X-15 bay đến rìa không gian rồi lướt trở lại Trái đất. (Ảnh: NASA).

Kỷ lục

Hầu hết các máy bay đều hạ cánh cuối cùng ở tốc độ dưới 200 dặm/giờ (354 km/h). Tuy nhiên, X-15 có thể bắt đầu quá trình hạ cánh ở độ cao 20.000 foot (6,1 km) và ở tốc độ siêu âm hơn 1.500 dặm/giờ (2.414 km/h) - điều kiện hoàn toàn khác so với hầu hết các phi công đã trải qua. Mọi thứ không phải lúc nào cũng kết thúc tốt đẹp.

Ông Gelzer cho biết: “Đây là loại máy bay thử nghiệm và mọi thứ bung bét ở hầu hết mọi lần hạ cánh. Điều đáng chú ý là các phi công đã cố gắng đưa máy bay trở lại một cách ổn định, bất chấp những vấn đề mà họ gặp phải”.

Trong số gần 200 chuyến bay, chỉ có hai chuyến bay gặp nạn khi hạ cánh, gồm một sự cố chết người. Ngày 15/11/1967, phi công Michael Adams rơi vào tình trạng quay vòng trong khi tái nhập khí quyển, không thể giữ máy bay thẳng. Cuối cùng, máy bay vỡ tung trên không, phi công thiệt mạng.

Những rủi ro cố hữu khi bay X-15, nửa máy bay nửa tàu vũ trụ, là một trong những lý do khiến kỷ lục của loại máy bay này chưa bao giờ bị đánh bại với kỹ thuật hiện đại. Nó cũng là một bước đệm cho chương trình vũ trụ, chương trình có tham vọng lớn hơn là tốc độ đơn thuần.

X-15 được đánh giá là một trong những chương trình nghiên cứu chuyến bay thành công nhất
X-15 được đánh giá là một trong những chương trình nghiên cứu chuyến bay thành công nhất từng được thực hiện và trong chín năm hoạt động, nó đã thu thập được vô số dữ liệu về chuyến bay tốc độ cao, trở về từ không gian.

Năm 1967, phi công Pete Knight đã đạt tốc độ kỷ lục 4.520 dặm/giờ (hơn 7.274 km/h), hay Mach 6.7 (gấp 6,7 lần tốc độ âm thanh).

X-15 cũng sinh ra một thế hệ phi hành gia, bao gồm một trong những người vĩ đại nhất: Neil Armstrong. Trong một trong bảy chuyến bay X-15 của mình, Armstrong đã thể hiện khả năng giải quyết vấn đề huyền thoại mà cuối cùng đưa ông trở thành chỉ huy của tàu Apollo 11.

Ông Gelzer cho biết: “Năm 1962, Armstrong đã thực hiện một chuyến bay đưa ông lên độ cao 205.000 foot (62,5 km) và với tốc độ Mach 3.8 (hơn 4.692 km/h). Trên đường trở về, ông ấy rơi khỏi đỉnh bầu khí quyển ở độ cao khoảng 90.000 foot (27,4 km) và trượt như một tảng đá. Vào thời điểm máy bay quay đầu, ông ấy đã ở vùng ngoại ô Los Angeles mà không có điện. Anh ấy vẫn xoay xở để đưa máy bay quay trở lại và hạ cánh xuống hồ Rogers Dry. Đó là chuyến bay X-15 dài nhất từ trước đến nay”.

X-15 vẫn giữ kỷ lục máy bay có người lái bay nhanh nhất.
X-15 vẫn giữ kỷ lục máy bay có người lái bay nhanh nhất. (Ảnh: NASA).

X-15 Bắc Mỹ thiết lập các kỷ lục về tốc độ và độ cao vào những năm 1960, vươn tới rìa ngoài không gian và quay trở lại với dữ liệu quý giá được sử dụng trong thiết kế máy bay và tàu vũ trụ. Tốc độ cao nhất của X-15 là 7.274 km/h (2.021 m/s), đạt được vào ngày 3/10/1967, khi William Knight bay với tốc độ Mach 6,7 ở độ cao 31.120 m.

Trong chương trình X-15, 12 phi công đã bay tổng cộng 199 chuyến bay. Trong số này, 8 phi công đã bay tổng cộng 13 chuyến bay đáp ứng tiêu chí bay vào vũ trụ của Không quân Mỹ khi vượt qua độ cao 80 km, do đó đủ điều kiện để trở thành phi hành gia. Các phi công của Không quân Mỹ đủ tiêu chuẩn trở thành phi hành gia quân sự ngay lập tức, trong khi các phi công dân sự được công nhận là phi hành gia của NASA vào năm 2005, tức 35 năm sau chuyến bay X-15 cuối cùng.

Cập nhật: 19/01/2022 Theo Tiền Phong
  • 3.147

Theo dõi cộng đồng KhoaHoc.tv trên facebook