X-15 火箭飞机的起源

X-15 火箭飞机有时被认为是第一艘太空船，其设计初衷并非是将人类送入太空。当时，新技术的发展速度很快，超出了工程师对飞机在高速飞行条件下的行为方式的理解，而 X-15 火箭飞机的设计初衷是收集数据。

在查克·耶格尔于 1947 年突破音障后的多年里，X-1 一直是爱德华兹最先进的飞机。各种型号在基本设计上都有所改进，但它们都采用了相同的子弹形机身、薄而粗的机翼和后部的火箭发动机。而且没有一架飞机能够达到 2 马赫的下一个大速度目标。

但优秀的飞行员可以推动他的飞机，1953 年底，耶格尔和斯科特·克罗斯菲尔德正在争夺第一个突破 2 马赫的人，前者驾驶 X-1A，后者驾驶 Skyrocket。这两架飞机都很难飞，速度超过 1.8 马赫时不稳定，但两位飞行员都对自己的飞机非常了解，足以推动它们超越 2 马赫的门槛。问题是，身为 NACA 飞行员的克罗斯菲尔德被命令不要将他的飞机加速到 2 马赫。耶格尔将自动获得这项记录。

克罗斯菲尔德毫不气馁，亲自向爱德华高速飞行站的海军联络官请求解除 2 马赫的飞行禁令。这一大胆的举动获得了成功。一周后，他被允许驾驶 Skyrocket 尝试 2 马赫，但只能尝试一次。如果他失败了，耶格尔将驾驶 X-1A 再次尝试打破速度记录。克罗斯菲尔德的尝试发生在 1953 年 11 月 20 日，并成功驾驶 Skyrocket 达到 2 马赫。耶格尔紧随其后，于同年 12 月 12 日驾驶 X-1-A 达到 2.44 马赫。

但耶格尔的飞行却付出了几乎致命的代价。X-1A 在 1.8 马赫以上不稳定，在 2 马赫以上时因惯性耦合而失效。飞机开始剧烈翻滚，在 70 秒内坠落近 50,000 英尺。在驾驶舱内，耶格尔承受了 8 g 的加速度、负 1.3 g 的加速度和 2 g 的侧向载荷。他昏了过去，头撞破了座舱盖，但及时恢复，重新控制飞机并着陆。

耶格尔的狂野驾驶突显了当时爱德华兹航空的根本问题。不稳定的 X-1A 是沙漠站中速度最快的飞机，超过 1.5 马赫的未知数也不少，这是航空业中许多公司都想解决的问题。其中就包括 X-1 的制造商贝尔公司的鲍勃·伍兹。

1952 年 1 月 8 日，伍兹在致 NACA 空气动力学委员会的一封信中建议委员会采取坚定措施，着眼于太空飞行，解决超音速飞行的基本问题，如超音速飞行引起的加热和大气再入等问题。伍兹发现，人们对高速、高空飞行的兴趣日益浓厚，因为大气层太薄，传统飞行控制无法实现，他确信 NACA 是领导这项研究的组织。

NACA 对伍兹的提议反应迟缓——专家们一致认为，超音速飞行需要重大的技术进步——但该组织最终还是开始定义理想的研究飞机。最终的计划是，设计一架飞机，其飞行高度可达 50 英里，速度在 4 到 10 马赫之间。后续飞机的飞行速度将更远，飞行高度超过 50 英里，速度可进入绕地球轨道。1954 年，新成立的空军-海军-NACA 研究飞机委员会让这架飞机投入使用，并为该项目争取到了国会的资金。幸运的是，X 系列研究飞机非常成功，新型号得到了大力支持。

随后一年，新型飞机成型。研究表明，应对再入加热的最佳方法是让飞机以大迎角下降，即机头向上，使机身下部的较大表面积暴露在大气摩擦中。厚厚的楔形垂直稳定器、减速板和分体式后缘将使飞机在各种飞行环境下保持稳定。一种名为 Inconel X 的新型镍基合金是承受飞机飞行剖面带来的酷热的最佳材料。而且飞行剖面非常酷热。飞机要达到其设计用于收集数据的高空和高速度，唯一的方法是遵循两种飞行剖面中的一种。飞机总是从母舰上空发射，高速飞行时飞行员会在直线飞行时点燃发动机，而高空飞行时飞行员会将机头向上倾斜并急剧爬升。在这两种情况下，发动机燃烧后都没有燃料，因此飞行员必须在干涸的湖床上进行无动力降落。

这种高空飞行模式又带来了另一个问题：当飞机飞到空气稀薄、传统飞行控制系统无法控制的高度时，飞行员该如何控制飞机？解决方案是使用过氧化氢喷射器。小的脉冲足以确保飞机在重返大气层时保持正确的迎角。

1954 年 7 月 9 日，在 NACA 总部举行的一次会议上，这款概念研究飞机的早期规格被公布。1955 年 5 月 9 日，业界的提案被提交到 NACA。这些提案分别来自贝尔、道格拉斯、北美航空和共和公司，各有千秋。贝尔借鉴了 X-1 的简单性，道格拉斯提出了类似 Skyrocket 的想法，共和公司提出了一种类似于其正在研发的 3 马赫拦截机的想法，北美公司向 NACA 提交的提案与一年前设计的提案一模一样。

北美公司最终于 1956 年秋季赢得了竞标，并且只有 30 个月的时间来交付第一架 X-15。但该飞机的进化远未结束；它甚至在开始飞行后也在不断进化。下周我们将讲述 X-15 的故事，特别是该飞机在其生命周期中经历的变化！

资料来源：chuckyeager.com；Scott Crossfield 著《Always Another Dawn》；Dennis Jenkins 著《X-15：扩展飞行边界》