North American X-15

North American X-15, 1959 ile 1968 yılları arasında Amerika Birleşik Devletleri Hava Kuvvetleri ve NASA tarafından yürütülen hipersonik araştırma programında kullanılan deneysel roket motorlu uçaktır. Program kapsamında üç adet X-15 üretilmiş ve toplam 199 uçuş gerçekleştirilmiştir. Uçak, atmosfer içi ve atmosfer dışı uçuşlarda aerodinamik ve termal davranışları incelemek amacıyla tasarlanmıştır.^【1】

^{North American X-15 (}Terje Nesthus⁾

North American X-15 projesinin geliştirilme süreci 1954 yılında başlamıştır. Uzay uçuşlarına ve hipersonik hızlara duyulan ihtiyacın artmasıyla birlikte, Ulusal Havacılık Danışma Komitesi (NACA - daha sonra NASA adını almıştır), ABD Hava Kuvvetleri (USAF), ABD Donanması ve özel sektörün ortak bir girişimi olarak hayata geçirilmiştir. 1954 yılının Temmuz ayında uçağın temel özellikleri belirlenmiş ve Eylül 1955'te North American Aviation şirketi ana yüklenici olarak seçilmiştir. Programın temel amacı, insanlı uçuşların atmosfer içindeki sınırlarını aşarak uzayın sınırlarına (Mach 5 ve üzeri hipersonik hızlara) ulaşmak ve bu koşullarda ortaya çıkan aerodinamik ısınma, stabilite ve kontrol sorunlarını incelemekti.^【2】

Uçağın ilk prototipi, 15 Ekim 1958'de fabrikadan çıkarılmıştır. Test süreçleri, uçağın geleneksel bir pistten kalkması yerine, modifiye edilmiş bir Boeing B-52 Stratofortress uçağının kanadı altında yaklaşık 45.000 feet irtifaya çıkarılıp havadan bırakılması şeklinde tasarlanmıştır. İlk motorsuz süzülüş uçuşu 8 Haziran 1959'da test pilotu Scott Crossfield tarafından gerçekleştirilmiştir. Uçuş testleri için Utah'tan California'daki Edwards Hava Kuvvetleri Üssü'ne kadar uzanan 485 mil uzunluğunda özel bir test koridoru oluşturulmuş ve acil inişler için düz kuru göl yatakları belirlenmiştir.^【3】

X-15, tamamen deneysel bir "X-Serisi" araştırma uçağı olduğu için hiçbir zaman seri üretime geçmemiş, yalnızca 3 adet üretilmiştir. Bu üç uçak üzerinde uçuş sistemleri sürekli olarak geliştirilmiştir. İlk aşamalarda iki adet XLR-11 motoruyla uçan X-15, daha sonra 57.000 libre itki gücü üreten devasa XLR-99 roket motoru ile donatılmıştır. Uçak, bir savaş aracı olarak tasarlanmadığı için mühimmat testleri yapılmamış, bunun yerine aerodinamik sensörler, yalıtım malzemeleri ve astronotların kullanacağı tam basınçlı koruyucu uzay giysileri test edilmiştir.

^{North American X-15 teknik çizim (Yapay zeka ile üretilmiştir)}

X-15, atmosferik uçuş ile uzay uçuşu arasında köprü kuran roket motorlu deneysel bir araçtır. Hipersonik hızlarda ortaya çıkan ve 1.200 °F dereceleri bulan muazzam aerodinamik sıcaklıklara dayanabilmesi için uçağın gövdesi, "Inconel X" adı verilen yüksek mukavemetli özel bir nikel-krom alaşımından üretilmiştir. Pilot kabini ise bu aşırı ısıdan korunmak üzere dış yüzeyden yalıtılmış alüminyum malzemeden yapılmıştır. İniş takımlarında standart pist inişleri yerine, kurumuş göl yataklarına iniş yapılabilmesi için burun kısmında geleneksel bir tekerlek,

kuyruk kısmında ise çelik kızaklar kullanılmıştır; ayrıca yere temas etmeden hemen önce alt dikey kuyruk kanatçığı gövdeden paraşütle ayrılarak uçağın iniş açısı güvenceye alınmıştır.^【4】

X-15'in kontrol sistemleri, atmosferik ve atmosfer dışı olmak üzere uçtuğu iki farklı ortama özel olarak uyarlanmıştır. Araç atmosfer içinde seyrederken kuyruk ve kanatçıklardaki geleneksel aerodinamik kontrol yüzeylerini kullanırken, havanın çok ince olduğu uzay sınırında uçağı yönlendirebilmek için burun ve kanat uçlarına yerleştirilmiş hidrojen peroksit ile çalışan özel reaksiyon kontrol iticilerinden (thruster) faydalanmaktadır. Uçağın burnunda Northrop tarafından geliştirilen "ball nose" (küresel burun) adında, yüksek sıcaklıklarda dahi hava akımını ölçerek hücum ve kayma açılarını pilota ileten hassas bir sensör bulunmaktadır. Kokpit camları ise uçuş sırasındaki şiddetli ısınmalara karşı dayanabilmesi amacıyla alümino-silikat dış katman ve soda-kireç temperli iç katman kullanılarak iki aşamalı özel bir yapıda tasarlanmıştır.

^{North American X-15 Sensörleri (}Smithsonian National Air and Space Museum⁾

Tek bir pilot tarafından uçurulan X-15, genel boyutları itibarıyla yaklaşık 15,2 metre (50-51 feet) uzunluğunda, 6,7 metre (22 feet) kanat açıklığına ve 13 feet dikey kuyruk yüksekliğine sahip bir hava aracıdır. B-52 ana uçağından fırlatıldığı anda tam yüklü ağırlığı 31.275 libre olan uçağın, roket yakıtını tamamen tükettikten sonraki süzülerek iniş ağırlığı ise 12.295 libreye kadar düşmektedir. Ana güç kaynağı olarak, sıvı oksijen ve susuz amonyak (kriyojenik) karışımıyla çalışan ve maksimum kapasitede 57.000 libreye kadar itki üretebilen devasa Reaction Motors XLR-99 roket motoru entegre edilmiştir. Bu olağanüstü itki gücü, uçağın saniyede 4.000 feet gibi muazzam bir tırmanma hızına ulaşmasını sağlamış ve X-15 resmi uçuşlarında saatte 4.520 mil (Mach 6.72) hıza ve 354.200 feet (yaklaşık 67 mil) rekor irtifaya çıkarak havacılık tarihine geçmiştir.^【5】

X-15 projesi, tamamen sivil (NASA) ve askeri (ABD Hava Kuvvetleri ile Donanması) kurumlarca yürütülen deneysel bir araştırma platformu olduğu için, muharebe uçaklarında bulunan hava-hava veya hava-yer mühimmat taşıma kapasitesine, elektronik harp sistemlerine veya taktiksel keşif donanımlarına sahip değildir. Araç, silah entegrasyonu yerine tamamen uzay sınırındaki koşulları ölçmek için astronomi deney kitleri, mikrometeorit toplama cihazları, uzay aracı yaşam destek üniteleri ve geleceğin hipersonik uçuşları için tasarlanan ramjet motor prototipleri gibi bilimsel test yüklerini taşımak ve veri toplamak amacıyla kullanılmıştır.

^{North American X-15A-2 Varyantı (}Johnny Comstedt⁾

Proje süresince yalnızca üç adet X-15 uçağı üretilmiş ve her biri uçuş programının farklı bir aşamasına hizmet etmiştir. 56-6670 kuyruk numaralı ilk uçak (X-15-1), 81 görev ile programın en çok uçan varyantı olup ilk testlerin de yapıldığı tarihi araçtır. İkinci araç (X-15-2 / 56-6671) yaşadığı bir iniş kazasının ardından gövdesi genişletilmiş, dışarıdan iki büyük sıvı hidrojen ve amonyak yakıt tankı eklenmiş ve ısıya dayanıklı ablatif bir katmanla kaplanarak "X-15A-2" adıyla daha ileri seviye bir varyant olarak yeniden inşa edilmiştir. Bu varyant, uçağın sahip olduğu en yüksek hız olan Mach 6.72 rekorunu kıran versiyondur.^【6】Üçüncü araç (X-15-3 / 56-6672) ise çok daha gelişmiş bir kokpit ekran paneline ve otonom tepkiler veren adaptif bir uçuş kontrol sistemine sahipti; ancak uçağın atmosferik geri dönüşü sırasında sistemlerinde

yaşanan bir hata sonucu kontrolünü kaybederek parçalanmıştır.

Proje ABD Hava Kuvvetleri ve Donanması tarafından fonlansa da amaç savaş taktikleri değil, havacılık tıbbı ve geleceğin uzay uçuşları için veri toplamaktı. Uçuşlar sırasında pilotların fırlatma stresi kaynaklı kalp atış hızlarının 145 ila 185 bpm seviyelerine ulaştığı belgelenmiş, bu askeri fizyolojik veriler daha sonraki astronot eğitimlerinde standart olarak kullanılmıştır.

Sivil kanatta NASA'nın öncülüğünde uzaydan kanatlı yeniden giriş (reentry), aerodinamik ısı transferi ve uzay aracı yaşam destek sistemleri gibi konularda hayati veriler toplanmıştır. Program sonucunda üretilen 700'den fazla teknik doküman, Amerika'nın uzay programının altyapısını oluşturmuştur.^【7】

X-15 programı 1968 yılında sona ermiştir. Uçağın aktif bir geleceği olmamakla birlikte; X-15'ten elde edilen uçuş kontrol, enerji yönetimi ve materyal bilgileri Mercury, Gemini, Apollo ve özellikle Uzay Mekiği (Space Shuttle) projelerinin başarılı olmasını sağlayarak mirasını uzay araçlarına devretmiştir.

1959 ile 1968 yılları arasında üç X-15 uçağıyla toplam 199 araştırma uçuşu gerçekleştirilmiştir. Bir uçuş ortalama 10 dakika sürüyor, bunun sadece 80 ila 120 saniyelik kısmında roket motoru çalıştırılıyordu. Yakıt bittikten sonra uçak tamamen motorsuz bir süzülüş ile yeryüzüne iniyordu.

Operasyonlar son derece zorlu ve tehlikeliydi. Uçağın inanılmaz tırmanma hızı (saniyede 4.000 feet) nedeniyle pilot motoru bir saniye geç kapatsa hedeflediği irtifadan 4.000 feet sapabiliyordu. Kokpit camları, uçuş sırasında 1.000 °F (yaklaşık 537 °C) dereceleri gördüğü için standart temperli camlar parçalanmış ve sonradan alümino-silikat camlarla değiştirilmek zorunda kalınmıştır.

X-15, bir uçakla ulaşılan resmi olmayan hız ve irtifa rekorlarını kırmıştır. 22 Ağustos 1963'te NASA pilotu Joseph Walker 354.200 feet irtifaya ulaşmış; 3 Ekim 1967'de ise Hava Kuvvetleri pilotu Pete Knight Mach 6.72 hıza ulaşmıştır. Toplamda 12 pilot uçmuş ve 50 mil sınırını geçen 8 pilot "astronot kanadı" kazanmıştır (aralarında Ay'a ayak basan ilk insan olacak Neil Armstrong da bulunuyordu).^【8】

En trajik olay ise 15 Kasım 1967'de yaşanmış; X-15-3 varyantı ile atmosfere giriş yapan Binbaşı Michael Adams, sistem arızası ve pilot disoryantasyonu sonucu uçağın hipersonik dönüşe girip parçalanmasıyla hayatını kaybetmiştir.^【9】

Proje, Soğuk Savaş döneminde tamamen ABD sınırları içinde yürütülmüş spesifik bir test platformudur. Yalnızca ABD hükümetine bağlı kuruluşlar (NASA, ABD Hava Kuvvetleri, ABD Donanması) tarafından kullanılmıştır. İhracatı, satışı veya başka bir ülke tarafından siparişi söz konusu olmamıştır. ^【10】

Projenin doğası gereği uluslararası bir işbirliği yapılmamış, tamamen ABD ordusu ve sivil endüstrisinin (North American Aviation, Reaction Motors vb.) ortaklığıyla yerel bir teknoloji geliştirme süreci yürütülmüştür.

^{North American X-15 üstten Görünüm (}James H⁾

X-15, test uçuşu esnasında pilotajın uzay araçlarındaki sınırlarını test etmek üzere yapıldığı için insanlı bir sistemdir; dolayısıyla dönemin veya günümüzün insansız hava araçları (İHA) ile doğrudan karşılaştırılamaz. Program, özellikle atmosferik çıkış ve giriş sırasında roket itkili bir aracı bir pilotun manuel olarak kontrol edip edemeyeceğini kanıtlamak için yürütülmüştür.

Sistemin en büyük performansı, kendisinden sonra on yıllar boyunca ulaşılamayan uçuk Mach 6+ hızlara ve 100 kilometreyi aşan irtifalara çıkabilmesiydi. Zayıf yönü ise; bağımsız bir şekilde kalkış yapamaması (mutlaka B-52 ana gemisine ihtiyaç duyması), motorun çok kısa süre (en fazla 85-120 saniye) yakıt sağlayabilmesi ve tamamen pilotsuz bir güvenceye (safety net) sahip olmaması nedeniyle ölümcül risk barındırmasıydı.^【11】