X-15ロケット機の誕生

X-15ロケット機は、人類初の宇宙船とも言われているが、宇宙への第一歩を踏み出すために設計されたわけではない。高速飛行中の航空機の挙動に関するエンジニアの理解が、新技術の進歩によって急速に追い越されていた時代に、データ収集のために設計された。

1947 年にチャック イェーガーが音速の壁を破ってから何年もの間、X-1 はエドワーズで飛行する最も先進的な航空機であり続けました。派生型は基本設計を改良しましたが、すべて同じ弾丸形の胴体、薄くて短い翼、後部のロケット エンジンを共有していました。そして、マッハ 2 という次の大きな速度目標に到達する準備が整った航空機はありませんでした。

しかし、優秀なパイロットは飛行機を飛ばすことができ、1953年末にはイェーガーとスコット・クロスフィールドが、前者はX-1A、後者はスカイロケットで、マッハ2を突破する最初の男になるために互いに競い合っていた。どちらの飛行機も操縦が難しく、マッハ1.8以上の速度では不安定だったが、両パイロットは自分の飛行機をマッハ2の限界を超えて飛ばすほど十分に熟知していた。問題は、NACAパイロットのクロスフィールドに、飛行機をマッハ2に飛ばさないように命じられていたことだった。イェーガーはデフォルトで記録を保持することになる。

クロスフィールドはひるむことなく、エドワードの高速飛行ステーションの海軍連絡係に、マッハ 2 の禁止を解除するよう個人的に訴えました。これは大胆な行動でしたが、それが功を奏しました。1 週間後、彼はスカイロケットでマッハ 2 に挑戦する許可を得ましたが、それは 1 回だけでした。彼が失敗した場合、イェーガーが X-1A で速度記録に挑戦する次の機会を得ることになりました。クロスフィールドの挑戦は 1953 年 11 月 20 日に行われ、彼はスカイロケットでマッハ 2 に到達しました。イェーガーもすぐにそれに続き、同年 12 月 12 日に X-1-A でマッハ 2.44 に到達しました。

しかし、イェーガーの飛行には致命的な代償が伴いました。マッハ 1.8 を超えると不安定になる X-1A は、マッハ 2 を超えると慣性結合に屈しました。飛行機は激しく回転し始め、70 秒で 50,000 フィート近くまで急降下しました。コックピットでは、イェーガーは 8 G の加速度、マイナス 1.3 G、および 2 G の側面荷重にさらされました。彼は意識を失い、キャノピーに頭を打ちつけましたが、間に合うように回復し、制御を取り戻して着陸しました。

イェーガーの荒々しい飛行は、当時のエドワーズ社が抱えていた根本的な問題を浮き彫りにした。不安定な X-1A は砂漠の基地では最速であり、マッハ 1.5 を超えると未知の要素が山積していた。航空業界の多くの人々がその答えを知りたがっていた。その中には、X-1 を開発したベル社のボブ・ウッズもいた。

1952 年 1 月 8 日、ウッズは NACA 航空力学委員会に宛てた書簡で、宇宙飛行を視野に入れた極超音速飛行の基本的な問題、極超音速飛行に伴う加熱や大気圏再突入などの問題に取り組むために委員会が確固たる措置を取るよう提案しました。ウッズは、従来の飛行制御では大気が薄すぎる高速高高度飛行への関心が高まっていると見て、NACA こそがこの研究を主導する組織であると確信していました。

NACA はウッズの提案になかなか乗り出さなかった (専門家は極超音速飛行には大幅な技術的進歩が必要であることに同意している) が、最終的には理想的な研究用航空機の定義を開始した。浮かび上がったのは、高度 50 マイル以上、速度マッハ 4 からマッハ 10 まで到達できる航空機の計画だった。後継機はさらに高度 50 マイル以上まで飛行し、地球周回軌道に乗せられる速度に達する予定だった。1954 年、空軍、海軍、NACA による新しい研究用航空機委員会がこの航空機を実現させ、議会からプロジェクト資金を確保した。幸運にも、研究用航空機の X シリーズは大成功を収め、新しいモデルに対する大きな支持を得た。

新しい航空機は、その翌年に形を整えた。研究の結果、再突入時の加熱に対処する最善の方法は、機首を上に向けて下半身の広い表面積を大気の摩擦にさらしながら、高迎え角で降下することだとわかった。厚いくさび形の垂直安定板、スピード ブレーキ、分割された後縁により、この航空機はさまざまな飛行環境で安定性を保つことができる。インコネル X と呼ばれる新しいニッケル ベースの合金は、航空機の飛行プロファイルに伴う過酷な熱に耐える最適な素材だった。そして、その飛行プロファイルは過酷なものだった。航空機がデータ収集用に設計された高高度と高速に到達する唯一の方法は、2 つの飛行プロファイルのいずれかに従うことだった。常に母機から空中発射され、スピード ランではパイロットがエンジンを燃やしながらより直線的な経路を飛行し、高度ランではパイロットが機首を上げて急上昇する。どちらの場合も、エンジンが燃焼した後には燃料が残っていないため、パイロットは乾燥した湖底に無動力着陸をしなければなりません。

この高高度飛行プロファイルは、別の問題を引き起こしました。空気が薄すぎて従来の飛行制御が効かない高度に到達する飛行で、パイロットはどうやって飛行機を制御するのでしょうか? 解決策は過酸化水素のジェットでした。小さな衝撃で、航空機が大気圏に再突入する際に正しい迎え角を維持するのに十分でした。

この概念研究用航空機の初期仕様は、1954 年 7 月 9 日の NACA 本部での会議中に発表されました。業界からの提案は 1955 年 5 月 9 日に NACA に届きました。ベル、ダグラス、ノースアメリカン アビエーション、リパブリックからの提案にはそれぞれ長所がありました。ベルは X-1 のシンプルさを流用し、ダグラスはスカイロケットに似たものを提案し、リパブリックは開発中のマッハ 3 迎撃機に似たアイデアを提示し、ノースアメリカンは基本的に 1 年前に設計した提案をそのまま NACA に提出しました。

ノースアメリカンは最終的に 1956 年秋に入札を勝ち取り、最初の X-15 を納入するまでにわずか 30 か月しかありませんでした。しかし、この航空機の進化はまだまだ終わらず、飛行を開始した後も進化を続けました。来週は、X-15 のストーリー、特にこの航空機が生涯にわたって経験したさまざまな変化について取り上げます。

出典: chuckyeager.com、スコット・クロスフィールド著「Always Another Dawn」、デニス・ジェンキンス著「X-15: Extending the Frontiers of Flight」