Bezskrzydłe kadłubopłaty

Zdecydowana większość z nas myśli o samolocie, jako o maszynie wyposażonej w kadłub i skrzydła - ze szczególnym naciskiem na drugi z tych elementów. Jest to słuszne i całkowicie zrozumiałe. W końcu wszystkie znane nam konstrukcje - także te najbardziej nietypowe - mają skrzydła. A nawet jeśli producent decyduje się na redukcję któregoś z elementów, to zazwyczaj podlega jej kadłub - do skrajności w postaci układu określanego mianem "latającego skrzydła". Doskonałym przykładem takiego rozwiązania jest popularny amerykański bombowiec Northrop B-2 Spirit.

NASA miała jednak nieco odmienną wizję samolotu.

W 1957 roku głowy amerykańskich naukowców z Narodowego Komitetu Doradczego ds. Aeronautyki (NACA) zaprzątało zagadnienie związane z rakietami dalekiego zasięgu. Ich zadanie polegało na opracowaniu takiego kształtu nosa rakiet, aby zapobiec przedwczesnej eksplozji podczas ponownego wprowadzania broni w atmosferę Ziemi. Badania wykazały, że idealną kombinacją jest tępy nos z lekko zaokrąglonym spodem.

Dr Alfred J. Eggers Jr. - zastępca dyrektora ds. Badań, Analizy Rozwoju i Planowania w Ames - zdawał sobie sprawę, że odpowiednia modyfikacja takiego kształtu może doprowadzić do skonstruowania czegoś, co będzie w stanie wytworzyć siłę nośną. Taka konstrukcja mogłaby bezpieczne przejść przez atmosferę, a następnie wylądować. W ten sposób badacze przeszli od pocisku, do bezskrzydłego kadłubopłatu do lotów suborbitalnych.

Tak narodził się projekt o nazwie M-2, który można opisać jako przecięty wzdłuż i tępo zakończony stożek - zaokrąglony na spodzie i zupełnie płaski na górze. Dopiero w tylnej części miały znaleźć się dwa pionowe stateczniki. Koncepcja opracowana przez Eggersa i jego kolegów z Ames miała swobodne zwiększać swoją wysokość, a manewrowanie było na poziomie umożliwiającym wylądowanie na pasie startowym.

Przedsięwzięcie mogłoby umrzeć śmiercią naturalną w szufladzie dr Eggersa, gdyby nie ciekawość Dale’a Reeda - inżyniera z Ośrodka Badania Lotu imienia L. Drydena NASA - który skonstruował niewielki zabawkowy model w oparciu o plany M-2. Okazało się, że "samolocik" pokonał kilka metrów w stabilnym locie, a następnie gładko osiadł na trawie.  Szybko stało się jasne, że model w pełnej skali zachowa się podobnie.

Reed musiał przekonać NASA do rozpoczęcia prac nad rozwojem maszyny oraz znaleźć pilota chętnego do odbycia lotów testowych. Oba cele udało się zrealizować w 1962 roku, a już kilkanaście miesięcy później powstał pierwszy prototyp "bezskrzydłego szybowca" M2-F1 w pełnej skali.

Testy maszyny miały się odbyć w bazie Edwards należącej do Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych, gdzie pierwsze próbne loty przeprowadzano w dość nietypowy sposób. Otóż konstrukcję przyczepiano do samochodu osobowego lub ciężarówki i ciągnięto z dużą prędkością. W końcu unosiła się w powietrze, a pilot mógł sprawdzić stabilność lotu i sterowanie. M2-F1 nie był jednak zwyczajnym samolotem, ponieważ nie miał skrzydeł. Aby oderwać go od ziemi, inżynierowie musieli wykorzystać naprawdę szybki samochód.

Milton Thompson - pierwszy testowy pilot M2-F1 - przekonał wówczas NASA do zakupu kabrioletu firmy Pontiac, którego silnik zamieniono na jednostkę wykorzystywaną przez samochody z wyścigowej serii Dytona 500. Tak zmodyfikowany pojazd doskonale wypełnił swoją rolę, a bezskrzydły samolot pomyśle przeszedł serię pierwszych testów. Uspokojona NASA wyraziła zgodę na kolejną fazę eksperymentu - w powietrzu, gdzie niepozorna konstrukcja miała nabierać prędkości za samolotem transportowym C-47. Tak też się stało i znowu wszystko potoczyło się po myśli jego twórców. M2-F1 przeszedł na emeryturę po serii ponad 500 testów.

Lekki korpus szybowca sprawdził się doskonale, więc NASA postanowiła sfinansować projekt budowy cięższej konstrukcji z własnym napędem, która byłaby w stanie przekroczyć barierę dźwięku. W odpowiedzi powstał nie jeden, a kilka bezskrzydłych samolotów.

Konstruktorzy szybko opracowali maszynę M2-F2, czyli zmodyfikowaną wersję M2-F1. Niezależenie powstał także HL-10 - samolot o długości 6 metrów wyposażony w trzy pionowe stateczniki oraz hydrauliczne sterowanie. W 1969 roku firma Martin Marietta stworzyła "bulwiasty" samolot X-24A o długości 7,3 oraz szerokości 4,3 metra. Maszyna została oblatana 19 marca 1970 roku, a trzy lata później przeprojektowana. W efekcie powstał X-24B. Wszystkie samoloty zostały wyposażone w ten sam silnik - XLR-11.

Ich testy nie przypominały jednak holowania wcześniejszego, pozbawionego silnika M2-F1. Maszyny były bowiem podczepiane do skrzydła bombowca B-52, który wynosił je na wysokość 17300 metrów. Tam oddzielały się od "statku matki", a piloci uruchamiali silniki. Napęd działał do wyczerpania zapasów paliwa, a w trakcie lotu samoloty osiągały wysokość 21330 metrów i prędkość rzędu 1600 km/h.

Wszystkie opisane wyżej maszyny były częścią eksperymentu z lat 70. Zakończył się jednak tak dużym sukcesem, że wielu inżynierów widzi bezskrzydłe maszyny w roli statków kosmicznych przyszłości. NASA rozważała nawet opcję wykorzystania X-24A w roli statku dla astronautów awaryjnie opuszczających Międzynarodową Stację Kosmiczną.

Nie oznacza to, że M2-F-1, HL-10 czy X-24B nie miały swoich następców. Od 1996 roku amerykański koncern zbrojeniowy Lockheed Martin projektował i konstruował bezzałogowy demonstrator technologii dla nowej generacji wahadłowców - maszynę X-33. Liczne niepowodzenia w trakcie testów ostatecznie doprowadziły do anulowania przedsięwzięcia w 2009 roku.

Kolejnym przedstawicielem współczesnych bezskrzydłych kadłubopłatów jest Dream Chaser, zbudowany przez amerykańską firmę Sierra Nevada Corporation na bazie dobrze nam znanego HL-10. Prace nad tą konstrukcją prowadzone są od 2010 roku w ramach Commercial Crew Program NASA. Jego celem jest stworzenie statku, który będzie w stanie zastąpić wycofane z użytku wahadłowce i uruchomi nowy system prywatnego transportu ludzi na Międzynarodową Stancję Kosmiczną. Warto zaznaczyć, że statek byłby wynoszony na orbitę przy pomocy rakiety nośnej, a na ziemi wyląduje jak zwykły samolot. Jeśli prace potoczą się zgodnie z planem, to pierwsze loty będą przeprowadzone jeszcze w 2016 lub 2017 roku.