로켓으로 구동되고 비밀에 싸인 X-비행기는 미국 우주 프로그램의 길을 닦는 데 도움이 되었습니다. 이제 그들은 또 다른 임무를 수행합니다. 바로 초음속 여행의 붐을 없애는 것입니다.
1947년, 캘리포니아 주 머록 육군 비행장에서 구경꾼들이 음속 장벽이 무너졌다는 첫 번째 단서는 천둥 같은 소리, 즉 폭탄 폭발이었습니다. 그것은 실험용 Bell X-1 항공기의 9번째 동력 비행이었고, 속도가 증가함에 따라 항공기의 안정성이 변동함에 따라 탑승한 조종사가 컨트롤과 씨름했습니다 .
미국 X-비행기의 전설은 1940년대 중반에 태어나 로켓 비행기가 우주의 가장자리로 날아간 1960년대까지 번창했습니다. X-1 및 X-15와 같은 최첨단 항공기의 비행은 아폴로 계획의 궁극적인 승리와 닐 암스트롱의 달 착륙 첫 발걸음을 위한 길을 열었습니다. 가장 빠른 X-비행기는 인간 조종사를 음속의 6배 이상 으로 데려갈 것입니다 .
이제 2023년에는 최신 X-plane인 X-59 Quiet SuperSonic Technology(QueSST) 항공기가 첫 번째 X-plane이 달성한 위업을 반복하여 다시 한 번 음속 장벽을 허무는 것을 목표로 하고 있습니다. 이번에만 모든 것이 계획대로 진행된다면 지상의 아무도 눈치채지 못할 것입니다.
1973년 미국 정부는 미국 내에서 상업용 초음속 비행을 금지했습니다. 그 금지와 그와 유사한 다른 것들과 함께 Concorde 와 같은 항공기 에 대한 비즈니스 사례가 나왔습니다 .
조용한 소닉 붐을 만드는 방법에 대한 수년간의 연구가 결실을 맺는다면 상황은 바뀔 것입니다. NASA와 항공기 제조업체 록히드의 비밀스러운 "Skunk Works" 는 그것을 만드는 항공기를 만들려고 노력하고 있습니다. 컴퓨터 모델링과 풍동 기술의 발전에도 불구하고 기술이 작동할 것이라는 실제 증거 없이 조용한 초음속 여객기를 만드는 것은 여전히 위험이 너무 큽니다.
"X-59가 중요할 수 있다고 생각합니다." 샌안토니오의 텍사스 대학교 크리스토퍼 콤스가 말했습니다. "당신은 조용한 소닉 붐을 만들 수 있고 상업 산업이 들어와 이와 같은 항공기 제작을 시작할 수 있는 문을 열 수 있는 실제 차량으로 처음으로 시연하고 있습니다."
X-1은 음속 장벽을 부수기 위해 설계된 항공기처럼 보였다. 그것은 두 개의 직선 날개(설계 당시 미국 항공기 설계자들은 항력 감소와 같은 후퇴 날개의 이점을 완전히 이해하지 못함)와 로켓 엔진을 가진 총알 모양이었습니다.
전투기와 같은 X-59는 어려운 문제에 대한 보다 우아하고 비용 효율적인 해답입니다. 이 항공기는 F-16 전투기의 랜딩 기어, 훨씬 오래된 T-38 초음속 훈련 제트기의 캐노피 및 사출 좌석, U-2 정찰기에 사용된 일부 엔진 시스템을 포함하여 다른 비행기의 부품을 재사용합니다.
X-59의 모든 것은 55,000피트(16,800m)에서 마하 1.4(1,074mph)의 테스트 지점에서 조용한 소닉 붐을 일으키도록 설계되었으며, 이는 상업용 항공기가 비행할 수 있는 범위입니다. 항공기에서 오는 충격파의 수를 최소화하고 기체 전체에 더 넓게 퍼뜨려 큰 소리로 쌓이는 것을 방지합니다. 비행기의 긴 기수(38피트(12m)는 항공기 전체 길이의 1/3)는 기수에서 나오는 충격파와 날개에서 생성되는 충격파를 분리하도록 설계되었습니다. 엔진은 Concorde처럼 날개 아래가 아니라 날개 위에 있으므로 충격파가 지면을 향해 이동하지 않습니다. 비행기 밑면도 항공기치고는 비정상적으로 부드럽습니다. 이는 생성되는 충격파의 수를 최소화하기 위한 것입니다.
새로운 X-비행기는 또한 컴퓨터가 아닌 인간이 조종하여 그것이 비행하는 지역사회와의 신뢰를 구축하는 데 도움이 될 것입니다.
우리는 항상 X-1이 음속 장벽을 허물었고 이제 우리는 그것을 고치려고 노력하고 있다는 농담을 합니다 – Catherine Bahm
빌린 캐노피는 X-59의 긴 기수와 함께 조종사가 앞을 볼 수 없다는 것을 의미합니다. 대신 X-plane에는 디지털 XVS( eXternal Vision System )가 있습니다. 이것은 코와 그 아래에 있는 고화질 카메라를 사용하여 전방을 향한 창에 해당하는 조종사용 디스플레이를 만듭니다.
LBFD(Low Boom Flight Demonstrator) 의 프로젝트 매니저인 Catherine Bahm은 "우리는 항상 X-1이 음속 장벽을 허물었고 이제 그것을 고치려고 한다는 농담을 합니다."라고 말합니다. "그 소닉붐은 사람들이 알아차릴 만큼 크지 않을 것입니다. 멀리서 들리는 천둥소리나 이웃집 자동차 문이 닫히는 소리처럼 일상생활에 녹아들 것입니다.
Bahm은 "공동체에서 이것이 비행하는 경우라는 피드백을 받으면 [FAA]에 표준을 변경하도록 요청할 수 있습니다."라고 말합니다. "만약 이런 일이 일어난다면, X-59는 Boom, Lockheed 또는 Gulfstream과 같이 상당한 투자를 하지 않을 회사를 위해 새로운 시장을 여는 데 도움이 될 것입니다." 2021년 1월 영국 상공에서 태풍 제트 전투기 의 소닉붐을 듣고 사람들이 놀라는 것을 지켜보십시오 .
그러나 새로운 시대의 초음속 여객기가 재정적으로 실행 가능하려면 예를 들어 북미 공항에서 유럽까지 초음속으로 비행할 수 있어야 합니다.
"따라서 우리가 변화시키려는 것은 미국 표준만이 아니라 글로벌 표준입니다."라고 Bahm은 덧붙입니다.
누군가에게 조용한 붐을 일으키는 X-plane을 만드는 것은 음속 장벽을 허물던 영광의 날과는 거리가 멀다. 그것은 항공이 크고 새로운 아이디어가 부족한 성숙한 기술임을 시사합니다. 다른 사람들은 동의하지 않습니다.
독일 제트기 및 로켓 실험에 대한 소문이 커지면서 장부 외 프로젝트의 중요성이 커졌습니다.
"새로운 아이디어나 신기술을 통합하는 것은 X-59의 핵심입니다."라고 NASA Armstrong Flight Research Center 의 수석 역사학자인 Christian Gelzer는 말합니다 .
실제 데이터 수집도 마찬가지입니다. "X-59에서 작업하는 엔지니어는 X-1에서 작업한 엔지니어와 같은 이유로 데이터를 원합니다."라고 Gelzer는 말합니다. "그들은 비행기를 만들지 않고도 비행기가 어떤 모습일지 예측할 수 있는지 알아내려고 노력하고 있습니다.
"아무도 전에 이런 것을 만든 적이 없었습니다."
X-planes 이전에 Nasa의 전신인 Naca(National Advisory Committee for Aeronautics)에서 일하는 과학자들은 풍동과 수정된 생산 항공기에 대한 연구를 수행하여 품질에 대한 세계적인 명성을 쌓았습니다.
그러다가 1930년대에 모든 것이 바뀌었습니다. 공기역학자 존 스택은 음속인 마하 1에 도달할 수 있는 특수 제작된 본격적인 연구용 항공기에 대한 아이디어를 스케치했습니다 . 10년 후 스택과 소규모 엔지니어 그룹은 이 아이디어를 실제 고속 테스트 차량의 설계로 전환하기 위해 노력했습니다.
독일 제트기 및 로켓 실험에 대한 소문이 커지기 시작하면서 책에 없는 프로젝트였던 것이 중요해졌습니다. USAAF(미국 육군 공군)는 이 프로젝트에 대해 듣고 한 가지 중요한 변화를 원했습니다. 비행기는 로켓 엔진으로 구동되어야 했습니다.
로켓 추진 비행기는 우리에게 우스꽝스럽게 들릴지 모르지만 같은 크기의 제트 항공기보다 가속도와 속도가 훨씬 더 높기 때문에 음속 장벽을 뚫기에 이상적이었습니다.
오늘날의 초음속 비행은 X-1이 엔지니어에게 초음속 기류, 고속에서의 재료 성능, 가장 효과적인 추진 형태에 대해 가르친 내용과 초음속 비행이 인간의 생리에 미치는 영향에 대한 데이터를 기반으로 합니다.
"아음속 영역에서의 안정적인 비행은 Wright 형제 이후로 발생했으며 갑자기 이러한 속도를 넘어서도록 설계된 항공기를 갖게 되었습니다."라고 Combs는 말합니다. "그것은 X-1을 지금까지 제작된 항공기 중 가장 영향력 있는 항공기 중 하나로 차별화합니다. 이는 나머지 X-비행기의 높은 기준을 설정하는 상당한 랜드마크입니다."
X-비행기의 황금기는 1959년 북미 X-15 의 첫 비행과 함께 1950년대 말 절정에 달했습니다. "X-15는 큰 프로젝트였습니다. 모든 것을 지배했습니다. "라고 Gelzer는 말합니다.
그것은 극초음속 실증기였으며 여전히 마하 6.7(5,100mph/8,160km/h)의 가장 빠른 유인 극초음속 비행 기록을 보유하고 있습니다 . 1959년에서 1968년 사이에 X-15는 낙하산 캡슐이 필요 없이 우주로 갔다가 돌아올 수 있음을 보여주었습니다. 그것은 12명의 조종사 중 8명을 우주의 가장자리로 날아갔다가 다시 우주비행사의 날개를 얻었습니다.
그러나 우주 경쟁의 화려함 뒤에 X-15는 본질적으로 비행 실험실이었습니다. 고중력 비행과 무중력의 생체의학 효과, 비행과 재진입 시 안정성과 제어 문제, 초고온에서 항공기 구조의 성능, 풍동의 정확도와 같은 요소를 조사하는 약 765개의 연구 논문이 작성되었습니다 .
Breaking the Chains of Gravity: The Story of Spaceflight Before의 저자인 Amy Shira Teitel은 "X-15에서 수많은 연구가 나왔지만 실제로 간과되는 것 중 하나는 인간 요인에 대해 우리에게 가르쳐준 것"이라고 말합니다. 나사. "우리는 비전통적인 차량을 조종하는 조종사를 훈련시키는 방법과 조종사에게 정상적인 상황을 훨씬 넘어서는 방법을 가르치는 방법에 대해 많은 것을 배웠습니다."
이 연구의 상당 부분은 오늘날 특히 극초음속 비행과 관련하여 여전히 관련이 있습니다. 극초음속 풍동이 있는 자신의 연구실이 있는 Combs는 "극초음속으로 기동하는 방법과 같이 우리가 여전히 이야기하고 있는 그 프로그램에서 확실히 배운 교훈이 있었습니다."라고 말합니다.
X-15 프로그램은 199회 비행 후 1968년 12월에 취소되었습니다. 새로운 세대의 X 비행기가 뒤따랐습니다. 더 높이 더 빨리 가도록 설계된 조종식 로켓 비행기가 아니라, 새로운 X-비행기는 종종 조종되지 않고 구체적이고 화려하지 않은 기술적 문제를 해결하도록 설계되었으며 대중의 관심을 끌지 못했습니다.
X-1 및 X-15와 같은 로켓 비행기는 단순히 따라하기 어려운 행동이었습니다. Teitel은 "우주 변두리로 비행하는 소수의 조종사가 있었고 그들은 이 새로운 시대의 최전선에 있었습니다."라고 말합니다. "사람들에게도 어필할 수 있는 섹시함이 있었습니다. 놀라운 기술뿐만 아니라 미래였습니다."
그럼에도 불구하고 지난 30년 동안 많은 X-비행기가 있었고 기록은 여전히 세워지고 있습니다. Bahm은 많은 수의 작업을 수행했습니다.
Lockheed Martin X-33 Venture Star는 NASA-Lockheed Martin 프로젝트에서 우주왕복선의 후속 모델을 제작하기 위한 시연기였습니다. 2001년 85%의 공사가 완료되었지만 테스트 중 연료 탱크의 고장으로 인해 테스트 비행이 수행되기 전에 취소되었습니다 .
Bahm은 또한 X-43 스크램제트 드론을 작업했는데 , 그 매끄러운 선은 할리우드 감독이 디자인했을 수도 있습니다. 2004년 3월, X-43은 처음으로 스크램제트 동력 차량이 자체 동력으로 비행한 기록을 세웠습니다. scramjet은 엔진을 통과하는 초음속 공기 흐름에서 연소가 발생하는 일종의 공기 흡입 제트 엔진입니다. 8개월 후 X-43은 마하 9.6(또는 7,000mph/km)의 속도를 달성하고 역사상 가장 빠른 공기 호흡 항공기가 되면서 기록을 세웠습니다.
기록적인 비행의 부국장이었던 Bahm은 "그것은 훌륭하고 훌륭하고 훌륭한 프로젝트였습니다."라고 말합니다.
이제 X-59는 더 빨리 가기보다는 더 조용해지는 것을 목표로 하지만 조용한 붐 초음속 비행을 위한 여정의 시작일 뿐입니다. "X-59는 일종의 전투기 저울입니다."라고 Combs는 말합니다. "다음 질문은 737 크기의 더 큰 것을 만들 수 있습니까?"
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