小火箭 | 详解 X-15：最经典的高超声速亚轨道空天飞机
微信号：小火箭
微信ID：ixiaohuojian
小火箭出品
本文作者：邢强博士
本文共10896字，103图。预计阅读：1小时20分钟。
本文是小火箭亚轨道飞行系列文章第1季的第3篇。
本季开篇《小火箭 | 纪念人类首次载人亚轨道飞行57周年》中，小火箭和大家共同回顾了人类首次亚轨道飞行与谢泼德宇航员、冯·布劳恩博士的往事。
本季第2篇《六大看点！小火箭直播蓝色起源的2018年首次发射》中，咱们详细探讨了蓝色起源公司的新谢泼德火箭。
本文，小火箭决定和大家一起，畅聊X-15，这款首次实现人类可重复使用亚轨道飞行的空天飞行器！
背景
X项目，是美国的科学研究和技术探索系列验证飞行器的代号。自公元1946年1月19日首飞的X-1验证机在后来的飞行中一举突破声障以来，X项目就开始备受全球工程技术人员和热爱飞行器的人们的强烈关注。
如今，从X-1到X-57（2016年首飞），这57款飞行器让整个X项目成为人类技术发展史上罕有的从未断号的前沿研制项目。
这其中，除了首次突破声障的X-1之外，最为有名的或许就是飞入太空的X-15了！
另外一款X项目飞行器也比较有名，那就是整个X项目中，迄今为止，唯一一款实现较大批量生产（截止到2018年8月下旬，该机A、B、C三个亚型的总产量以达309架）的型号X-35，也就是如今以F-35为名入役的多用途战斗机。
上上图为X-35技术验证机在加利福尼亚上空飞行的场景。
上图为一架量产型F-35A战斗机在埃格林空军基地滑行的场景。
这个咱们以后详细说。
诞生
在1954年的12月份，当时的工程师们决定启动X-15验证机的原因比较直接：
为人类的高超声速飞行器和进入太空的新型飞行器积累技术。
整个项目，整体进展顺利，最终为水星载人航天计划、双子座增强型载人航天计划、阿波罗载人登月计划、航天飞机计划和如今火得一塌糊涂的高超声速飞行器、商业航天可重复使用技术提供了可靠的技术支持。
推动美国空天战斗机项目的其中一个重要的工程师就是瓦尔特·多恩伯格。
上图为多恩伯格和冯·布劳恩等德国工程师被盟军俘虏时的照片。（前排左边，头戴礼帽、左手拿烟、右手插兜、淡定微笑的那个，就是多恩伯格。前排中间左手打着石膏的是冯·布劳恩。）
瓦尔特·多恩伯格是现代火箭武器的开拓者之一。他毕业于柏林工业大学，后来进入库默斯多夫实验室研制火箭。二战期间被调入佩内明德，成为V-1导弹和V-2导弹的核心研发人员。
1945年，被盟军俘虏后，囚禁在英国监狱。1947年，美国设法将其从英国带出，并直接带到美国空军的实验室参与研究工作。上图为X-20空天战斗机。
1950年起，开始担任贝尔公司高级顾问，先担任了X-15空天飞行器的提出者和首席顾问，后任X-20空天战斗机验证机首席科学家。后来，他得以返回德国老家。
在1954年，多恩伯格正式向美国航空咨询委员会NACA（美国宇航局NASA的前身）提出了研制高超声速技术验证机的建议。
同年12月，该建议被采纳，并且高层承诺给予多恩伯格所需的一切资源。
当月，美国空军、美国海军、北美航空公司这三家单位各自派出得力干将（后来美国海军退出，延续了空军项目海军不买账的传统），接受多恩伯格领导，成立了高超声速验证机小组，代号：X-15。
博士的建议非常明确：
借助现代火箭动力或者处于技术前沿的吸气式冲压发动机动力，将一种极小展弦比的外形酷似飞机的飞行器的速度加速到马赫数5以上，并借此来挑战和摸索一种进入太空的可能性。
上图这幅艺术家的作品，展示了X-15技术验证机的概念，除机头斜激波角度略小之外，可以说是给出了X-15飞行状态和应用场景的良好表述。
总体
公元1959年6月8日，X-15技术验证机首飞成功！
自多恩伯格提出建议，到该验证机首飞成功，历时4年半，或者更精确地说是1642天。
该机总长15.5米，翼展6.8米，机高4.1米。
考虑到X-15技术验证机的产量极小，只有3架，而且露面机会很少。前人的介绍也大多从飞行记录的层面平铺直述，难以形成直观印象。
小火箭思考再三，终于想到了一个能够和大家一起对X-15的尺寸和性能立刻产生直观感受方法：
拿X-15技术验证机与米格-21战斗机进行对比。
我之所以选米格-21（Mig-21），有四个原因：
第一：米格-21与X-15诞生于同一时代，都是在1959年实现首飞的；
第二：米格-21与X-15的外形尺寸极其相近；
第三：米格-21系列的产量很大，苏联原版产量10645架，中国歼-7系列产量2400架以上，印度仿制版657架，捷克斯洛伐克的欧版194架，属于咱们这一代人经常能够见到的飞行器。
第四：米格-21系列可谓是和我们非常亲近。小火箭本人在较为年轻的时候，在2003年9月，亲眼见证了杨村机场的八一飞行表演队为纪念人类首次飞行一百周年进行的精彩表演，在整整15年后，小火箭对当年刚刚换装的歼-7EB印象依然十分深刻。
由以上小火箭制作的表格，可以发现：
X-15技术验证机与米格-21战斗机机高相同，机长比米格-21略短（98%），翼展略小（95%）。
X-15的航程为米格-21的31%，最大飞行速度是米格-21的5.6倍，最大飞行高度是米格-21的5.68倍。
相信此时大家对X-15应该有一个比较直观的印象了。
上图为美国空军试飞员米歇尔·亚当斯少校，人类第一位坐在有翼飞行器里进入太空的人，之前未在任何一个宇航机构供职但成为宇航员的人。
动力
X-15技术验证机依靠强有力的火箭发动机来产生足够将飞行器送入太空并实现高超声速飞行的动力，代表了上世纪50年代的航空用火箭发动机的最高水平。
而这台发动机的诞生历程，则要追溯到上世纪30年代。
1930年4月4日，美国3位痴迷于太空和火箭技术的小伙子，成立了美国星际联合会，共同探讨未来的星际航行技术以及这些技术对人类社会当前和以后的巨大影响。
联合会的创始人乔治·彭德雷不仅对火箭技术的研究颇有建树，而且有非常好的文笔，其科普与科幻作品留世颇多。后来，他成了美国公共关系高级顾问，并且牵头和其他工程师一起，帮助国会组建了美国宇航局NASA。
（彭德雷的科研和科普作品众多，只不过，为保护自己，他多用笔名，比如爱德华兹。）
后来，美国星际联合会规模进一步扩大，并更名为美国火箭学会，以后再次更名为美国航空航天学会。
这些小伙子们认为，要想让人类成为星际物种，研制新型的火箭发动机是至关重要的一步。
1938年，他们成立了反应发动机公司，专门用于研制高性能火箭发动机。
在新泽西州帕塞伊克县一个湖边，反应发动机公司临时搭建的试车台上，人类太空探索史具有划时代意义的一次点火成功了：
XLR-11火箭发动机点火成功。
小火箭风格，当年该试车台的坐标：
北纬41° 0'11.14 “N，西经74° 17'7.64 ”W
这台火箭发动机随后被安装到了贝尔X-1技术验证机上，推动人类实现了首次超声速飞行。
用于X-1技术验证机的XLR-11火箭发动机虽然动力强劲，推力高达3.6万牛，换算成非专业的单位，约为3.67吨，但是这种依赖多喷管并联来提升推力的设计还是有升级空间的。
于是，就有了XLR-99火箭发动机的计划。
在实际花费高于预算5倍的代价下，XLR-99火箭发动机横空出世。
这是反应发动机公司的巅峰之作，在推出后不久，该公司就终因财务捉襟见肘，而在1958年被聚硫橡胶公司收购。
这一年，聚硫橡胶公司拿到了为年轻的美国空军研制民兵I型陆基洲际弹道导弹的固体火箭发动机的金额巨大的合同，同时把反应发动机公司纳入麾下，一举成为美国当时技术实力和经济实力最强的火箭发动机企业。
XLR-99火箭发动机是反应发动机公司的绝唱，同时也是人类航空用液体火箭发动机在那个时代的代名词。
在1959年，该发动机终于被安装到X-15技术验证机尾部的时候，我们知道，一切都稳了，新的速度与高度世界纪录即将诞生。
XLR-99液体火箭发动机以液氧作为氧化剂，以液氨作为燃料，通过过氧化氢的分解产生的高压气体来驱动涡轮泵。
该火箭发动机的推力为22.241万牛，也就是22.68吨。
这是什么概念？
答：单台XLR-99液体火箭发动机的推力，相当于用于早期波音747和波音767喷气式客机的普拉特·惠特尼发动机P&W JT9D 的单台推力！
而早期波音747客机，虽说是使用了4台普惠的JT9D，但是起飞重量足足有378吨！每台发动机对应的重量为94.5吨。
早期的波音767客机，使用了2台普惠JT9D，其起飞重量为179.2吨，每台发动机对应的重量为89.6吨。
而X-15，采用推力相当的单台XLR-99火箭发动机，其最大重量仅15.42吨！
22.68吨推力的火箭发动机，15.42吨的总重，这使得X-15技术验证机实际上可以垂直爬升，而且是垂直加速爬升。
从量级角度分析，X-15技术验证机的XLR-99火箭发动机的推力，相当于1架F-22战斗机的2台普拉特·惠特尼F-119发动机在巡航状态下的推力之总和。
而F-22战斗机的最大起飞重量为38吨，X-15技术验证机的最大重量为15.42吨，由此来看，X-15的整机推重比是F-22战斗机的2.46倍！
X-15技术验证机的XLR火箭发动机，采用液氧/液氨燃料组合，海平面比冲为239秒，真空比冲为279秒，推力在49.7%到102.5%之间连续可调。
从上图可见，该发动机采用了正统的再生冷却技术。燃料在进入燃烧室之前，在喷管夹层套管中被预热，同时在热交换过程中，实现燃料对喷管的冷却。
这台仅重413公斤的发动机，能够产生22.68吨的推力，推重比为54.9。
这个让素以推重比闻名于世的F-119涡扇发动机（推重比大于9.5）汗颜了。
另，因为XLR-99是用于主要在大气层内进行载人飞行的验证机发动机，所以需要具备可重复使用能力。按设计，XLR-99火箭发动机可以在大修之前，重复使用40次，而且还支持高空熄火后自动/手动多次重新点火的能力。
珍贵
以下，小火箭和大家一起，通过好不容易获得的大量历史珍贵照片，来回顾X-15技术验证机的发展史吧！
相较于大家的热情和支持，探寻和考据过程的艰辛，算不得什么。
一架X-15技术验证机吊装在一架由B-52轰炸机改装而来的NB-52B的右侧机翼内侧起飞。
有关NB-52B载机，详见小火箭的公号报告《追梦者：冷战空天战斗机技术逐梦私人航天》。
一如她的名字，NB-52B的确是比较牛的一款飞机了。在整个空天飞行器和高超声速飞行器的发展项目中，该机把多款飞行器送入了高空。
从NB-52B载机拍摄的挂载在右侧机翼下方的一架X-15技术验证机。
注意，她旁边有一架伴飞机，型号应该是F-100。
有关伴飞试验的传统，详见小火箭的公号报告《她是宇航员的摇篮，是太空传奇的见证者》《诸神的黄昏：世界上飞行速度最快的战略轰炸机传奇》。
X-15技术验证机从NB-52B载机上脱离的瞬间。
世界上飞行速度最快的战略轰炸机XB-70与当时世界上飞行速度最快的技术验证机X-15的合影。有关该轰炸机，详见小火箭的公号报告《诸神的黄昏：世界上飞行速度最快的战略轰炸机传奇》。
挂在B-52模型飞机机翼下方的X-15模型（1:12），在兰利7英尺×10英尺风洞中，进行空气动力扰动和自由释放试验。摄于1957年。
在兰利实验室的4英尺×4英尺高超声速风洞中进行空气动力学试验的X-15技术验证机的缩比模型。
我们可以比较清晰地看到附体斜激波的曼妙身姿。
NB-52B载机挂载X-15技术验证机升空。注意，其机腹下方有一架伴飞的T-38教练机。有关该机的分析，详见小火箭的公号报告《她是宇航员的摇篮，是太空传奇的见证者》。（公众号平台的话，直接点击书名号内的蓝色文字就能进入阅读。）
X-15技术验证机的试飞员们。
一位美国空军军官正在努力做着推杆、拉杆和蹬脚的动作，并且在高悬的工字钢梁上，小心翼翼地保持着平衡。
他正在操纵的，正是X-15技术验证机的模拟器。
即使是空军里非常优秀的战斗机飞行员，也需要在这台模拟器上进行3个月的高强度训练才能驾驭X-15这匹动力十足的野马。
噢，对了，差点儿忘了说。
上图这位被遴选出来驾驶X-15技术验证机的飞行员，叫做尼尔，全名尼尔·阿姆斯特朗。
上图摄于1956年10月8日，此时X-15技术验证机还未实现首飞。
模拟器这么简陋？
没办法，那个时代，没有大规模集成电路，能够实现对高超声速飞行状态下的姿态控制的简易模拟已经是非常了不起的进步了。
我们不妨去看看为了实现阿姆斯特朗的这个简陋的模拟器的计算，当时动用了怎样的设备：
小火箭只能说：这布线，充分表达了当时工程师的心情！
十三年后，在1969年协调世界时7月20日20点18分04秒，阿姆斯特朗带着全人类的梦想，踏上了月球的土地。
嗯，我的一小步，人类的一大步。
阿姆斯特朗身穿早期的宇航服的照片。
小火箭每当吃一些用锡纸包裹的美味佳肴的时候，总是会想起这张照片。
七十年前，这样的装束，代表了人类进入太空和奔向月亮的尖端科技；
七十年后，这样的打扮，让小火箭想到了美食，总想代表月亮消灭之。
[手动馋嘴表情]
这一小步迈出之前，X-15技术验证机做出了贡献，训练了出了人类第一批宇航员。
小火箭注：上图这个脚印是和阿姆斯特朗乘坐同一艘飞船登陆月球的巴兹·奥尔德林博士的脚印，是人类踩在月球上的第二人的脚印。
后来，X-15的模拟器有了很大的进步。
上图这台模拟器，拥有了侧向推力姿态控制系统。
过氧化氢分解后的高压气体被通向X-15等比例模型的翼尖处。阿姆斯特朗能够通过控制阀门大小来改变气流大小，从而模拟和练习对X-15的滚转角和滚转角速度的控制。
这套设备，或许是飞行模拟发烧友和坎巴拉太空计划热爱者梦想中的套装吧！
尼尔·阿姆斯特朗坐在X-15技术验证机的驾驶舱里与工程师们聊天。
注意X-15的驾驶舱盖的设计。这种细杆支撑机构，如今在很多发动机前置的家用轿车和越野车上依然很常见（用于发动机盖的支撑）。
尼尔·阿姆斯特朗成功完成第二次X-15技术验证机的飞行后，与该机的亲密合影。
当然，小火箭风格的注释应该是这样的：
经小火箭考证，该照片摄于1960年12月9日中午，此时的阿姆斯特朗，时年30岁。在2个月前，他刚刚从海军航空兵洛斯·阿拉米托斯基地离职，结束了在那里的八年生活。
而在一个多星期以前，在1960年11月30日，阿姆斯特朗第一次驾驶X-15技术验证机飞上蓝天。
这是阿姆斯特朗第二次驾驶X-15技术验证机。
为什么这第二次驾驶要专门拍合影呢？
因为这是X-15技术验证机首次采用先进空气动力学数据采集设备。这个带有伺服机构的球头能够较为精确地测量空速矢量，在高速飞行状态下比空速管要好用得多。
另外注意上图X-15尾部的地面。她虽然有一个前起落架，但是并没有带轮的主起落架。取而代之的是两个滑撬。采用火箭发动机的X-15，为保证足够大的喷管扩张比和足够小的波阻，根本就没有空间来容纳主起落架机轮，只好采用滑撬。
上图，两根滑撬在干涸的湖床上划出两道长长的印记，与千年以前的古罗马战车如出一辙。
为了让大家更好地看清楚X-15的机头和前起落架的设计，小火箭专门又去探究相关的留存影像。
终于，我发现，当天尼尔·阿姆斯特朗其实拍了两张照片。一张在飞机前，一张在飞机后。
上图这张珍贵的照片恰好清晰地展示了X-15的双轮前起落架、量测球头、由过氧化氢分解后的气体来驱动的姿态控制火箭发动机。
这是老款X-15（带空速管）在干涸湖床上借助尾部滑撬进行着陆的瞬间。
这个速度有多快呢？
答：小火箭找到了当时的表速，为200英里/小时，也就是321.9公里/小时。
即使是这个速度，也还是需要X-15保持一个非常大的攻角。因为她的展弦比实在太小了。
试飞员乔瑟夫·恩格尔与X-15的彩色合影。
看到他腼腆的笑容了么？
恩格尔的父母，此时正骄傲地站在摄影师旁边看着自己的儿子。
恩格尔在人类航空航天发展史上，在1965年永久地留下了自己的名字。
还记着小火箭在之前说过，X-15技术验证机的单台发动机的推力与如今的一架F-22猛禽战斗机的2台发动机的推力总和相当吧。
X-15拥有22.68吨推力的火箭发动机，整机却只有15.42吨的总重，这使得X-15技术验证机实际上可以垂直爬升，而且是垂直加速爬升。
公元1965年6月29日，试飞员恩格尔就来了一次完全是火箭式的垂直爬升！
在他父母的注视下，恩格尔启动了X-15的火箭发动机，并且不断拉杆，直到驾驶舱内3个红灯亮起，90度，加速向上！
当时，国际上对于航空与航天的分界线，还不是100公里卡门线（为了纪念钱学森博士的导师冯·卡门），而是50英里线（相当于80.47公里）。
按设计好的弹道，恩格尔没有着急下压，而是让X-15做了类似运载火箭的程序转弯的动作。
弹道最高点：85.5公里！恩格尔成为了按当时标准进入太空的人。
从窗外看去，地球优雅而美丽的曲线尽收眼底。
1965年6月29日，挑战了85.5公里弹道高点，成功进入太空，随后平安着陆后，恩格尔与父母小聚。
一个多月后，在1965年8月10日，恩格尔驾驶同一架X-15技术验证机，再次进入太空，做了亚轨道飞行，弹道高点为82.6公里。
在1965年10月14日，恩格尔第三次挑战进入太空的亚轨道飞行任务，第三次成功进入太空，弹道高点为81.1公里。
由于当时的标准是跨过海拔50英里（80.47公里）的高度就算进入太空，恩格尔便成为了首个在4个月内3次进入太空的人类。
3次到过太空的恩格尔从此对太空产生了完全不可抑制的迷恋。
他开始正式向美国宇航局NASA递交申请，想要成为深空探索的宇航员，想要进入阿波罗计划。
但是，当时宇航局以恩格尔飞行经验不足为由，让他坐了冷板凳。拥有驾驶天赋的恩格尔，没能成为阿波罗飞船的指令长，只是作为阿波罗14号飞船的备份，在地面上望着月球发呆。
上图是恩格尔与阿波罗14号飞船登月舱的合影（在地球上），登月舱腿部的金色与银色物体是什么？详见小火箭的公号报告《卫星表面的金色薄膜，一种重要的军事和工业材料》。
不过，恩格尔完全没有放弃。他开始奋力练习飞行，成为了整个宇航局最勤奋的飞行员。到上世纪80年代，恩格尔的驾驶技术，已经炉火纯青，成为了当时人们公认的飞行家。
上图，左数第三个是恩格尔。
阿波罗计划在上世纪70年代中止了，但是航天飞机计划兴起。1981年，恩格尔成为哥伦比亚航天飞机测试飞行任务（STS-2）的首席飞行士。当时的哥伦比亚号航天飞机上，总共只有2位宇航员。
1985年，恩格尔以指令长身份，带领5人团队，完成了发现号航天飞机的太空任务。
这是1981年恩格尔驾驶哥伦比亚号航天飞机升空的场景。与1965年，也就是16年前，年轻的恩格尔驾驶X-15技术验证机进入太空的场景极为相似。
另，小火箭统计了一下恩格尔这个飞行狂魔的飞行记录：拥有15401小时的飞行小时数，其中有9001小时是喷气式飞机的。系统地学习和驾驶过185种各型飞机，其中有25种是战斗机。
对于工程复杂大系统来说，出一些状况是在所难免的。
上图为1968年，一次X-15的地面发动机静态点火测试过程中，火箭发动机突然爆炸后的试验场。
烧成灰烬的发动机残骸还被固定在夹具上。X-15的机体则被整体推到了3米远的地面上。
而有的发动机故障，发生在天上。
这是X-15项目的另外一位试飞员，名为约翰·麦凯。
注意上图，X-15机鼻左侧的两个孔，是姿态控制火箭发动机的喷口。从这个角度来看，X-15更像是航天器而不是航空器。
1922年出生的约翰在第二次世界大战期间是美国海军的飞行员。他同样也是一位有着飞行天赋的人。在太平洋战争期间，约翰对日军作战十分英勇，即使是面对水平机动性好很多的日军零式战斗机也没怎么吃过亏。
战争结束时，约翰已经是拥有两枚空中金质奖章和受过一次总统嘉奖的英雄飞行员了。
战争结束，约翰终于有机会去做他梦寐以求的两件事：求学和求婚。
这两件事情，都很顺利。
1950年，约翰·麦凯从弗吉尼亚理工学院毕业，获工学学士学位。专业，当然是航空工程学。
他的婚姻也很幸福，和他挚爱的妻子育有8个孩子。
但是，蓝天和太空始终还是在向约翰不停地发出召唤。
工程师约翰，再次走上飞行员的生涯，而且这次是试飞员。
1962年11月9日，约翰驾驶X-15技术验证机升空，执行该项目启动以来最危险的任务：飞行器稳定性极限测试。
在升空之前，这架X-15的尾鳍被拆除。这样，该机的航向稳定性就被大幅削弱。人们想要知道，X-15的增稳系统的性能极限在哪里，在尾鳍拆除的情况下，能否仅依靠副翼和方向舵的配合来在高超声速的状态下实现直线飞行。
技术娴熟的约翰从NB-52载机上脱离之后，立刻爬升到3.8万米的高空，并且实现了Ma 5.5的高超声速飞行。
X-15可以在没有尾鳍的情况下稳定飞行！
这是出事之前，约翰通过无线电发出的报告。
然后，出事了。
约翰感觉轻微一震，然后就看到速度表在急速下降。
黑匣子后来显示，此时的火箭发动机推力骤降为标称推力的30%。
约翰认为，这种状态下，X-15技术验证机是无法返航回到爱德华兹空军基地的。（事后计算验证，的确如此。）
于是，他决定在内华达荒漠中的一片干湖上迫降。
而此时，航向控制系统和油门控制系统已全部失效。
约翰发现，副翼还能用，于是就努力调整副翼来瞄准干湖，远离居民区。
X-15的腹内，还有不少液氧和液氨，带着这些燃料，是不可能迫降成功的。于是，约翰驾驶的X-15像醉汉一样，跌跌撞撞地踉跄螺旋下坠。
就这样70秒后，X-15几乎耗尽了燃料，但发动机的推力太强，虽然这段时间一直是只剩30%的推力，此时X-15的空速依然达到了Ma 1.492。
这是人类首次超声速迫降。
1962年11月，内华达荒漠上空的恐怖声音在当地的报社和当地居民的回忆中，都留下了深深的印象。
人类航空航天史上，还从未有这样快的载人飞行物以如此低的高度飞行。
而且，对低空高速飞行稳定性有着至关重要的作用的尾鳍，被摘除了。
在尾鳍摘除、襟翼失效、发动机保持30%推力关不掉、副翼最终也失效的情况下，耗尽燃料的约翰以超声速的状态刺入内华达荒漠的腹地，奇迹般地着陆了。
但是，X-15的速度还是太快了，这样的速度卷起了荒漠地面的沙尘，同时也让地面效应这股强大的力量以非对称的形式作用在机身上，引发了巨大的滚转力矩。
X-15瞬间就翻转了下来，肚皮朝天在内华达荒漠上继续冒着火花滑动。
3公里后，X-15停了下来。
当从镇子里赶来的消防队员和医生把约翰从机舱里救出来的时候，约翰已经深度昏迷。
不过，命硬的约翰还是活了下来。
可惜，这次事故给约翰带来了巨大的心理阴影。他没法再飞行了，而且开始用酒精麻痹自己，以免时常被噩梦惊醒。
1975年4月27日，约翰在加利福尼亚州的家中去世，享年52岁。
约翰经历的，不是最严重的X-15事故。
小火箭认为，想要挑战进入太空的任务，想要突破大自然给人类设置的天然限制，不付出代价，是不可能的。这就是人类与大自然，与上苍，与上帝，与腾格里做的交易与博弈吧！
1967年11月15日，37岁的试飞员米歇尔·亚当斯少校，驾驶X-15飞行时，不幸进入不可控制的发散式螺旋状态。
在Ma 5.5的高超声速状态下，米歇尔与X-15共同经受了15个g的正向过载和8个g的侧向过载。
随后，X-15在高空解体（升空10分35秒），主要残骸在内华达荒漠地区被找到。
罗伯特·拉什沃思，X-15试飞员。
他是一个精力充沛，不知疲倦的人，总共执飞了34次X-15的试飞任务，是所有试飞员里次数最多的。
在二战期间，罗伯特是C-47运输机的飞行员，多次执飞驼峰航线，为抗日战争期间的中国运输急需的战略物资。
驼峰航线：1941年12月，太平洋战争爆发后，美国参与对日本的作战。中国抗日战争进入白热化阶段。1942年5月，日军为进一步封锁中国，切断了滇缅公路这条战时中国最后一条陆上交通线。
中美两国被迫在印度东北部的阿萨姆邦和中国云南昆明之间开辟了一条转运战略物资的空中通道。该航线飞越被视为空中禁区的喜马拉雅山脉。
受螺旋桨飞机性能的限制，飞机难以直接飞越这条有着世界第三极之称的地球最高山脉。飞机只能紧贴山峰飞行，因而飞行轨迹高低起伏状似驼峰，故此得名。
罗伯特·拉什沃思在二战结束后，很快就加入了军方的各种挑战极限高度的飞行项目。
在X-15的试飞过程中，罗伯特多次驾驶飞行器进入太空。
罗伯特对人类航空航天技术发展的影响还是比较大的，他直接发起倡议或者深度参与的项目有：F-5战斗机、A-10攻击机、C-5战略运输机、F-15战斗机、F-16战斗机以及B-1轰炸机。后来，他以空军少将的军衔退役。
这张照片，是X-15着陆后不久拍摄的。注意其垂直尾翼后部的减速板设计。这是罕有的能够看到X-15减速板张开状态的照片。
这是什么情况？双发X-15？
嗯，是双发的。这是早期的原型机。当时，反应发动机公司的XLR-99火箭发动机还没能交付。等不及的北美航空公司采购了两台XLR-11火箭发动机（首次突破声障的贝尔X-1技术验证机同款），先这样以一上一下的布局方式装上，准备飞一飞试试看。
单台XLR-11火箭发动机的推力为3.67吨，并联两台就是接近7.34吨。相当于XLR-99火箭发动机推力的30%左右，刚好是X-15维持高空巡航状态所需的推力大小。
一台拖拉机正在把双发版的X-15技术验证机拖到北美航空的测试场。
其实，采用两台XLR-11火箭发动机的减推版本的X-15已经不可小觑了。按设计指标，其最大飞行速度可以达到Ma 3。
这张照片的寓意非常明显：
X-15创造了世界飞行速度纪录，一骑绝尘之后，后来者难以望其项背。而先驱者们，则调皮地把头盔反戴，回望和鼓励追随者与挑战者。
HL-10升力体验证机与X-15技术验证机的合影。
有关HL-10的传奇，详见小火箭的公号报告《追梦者：冷战空天战斗机技术逐梦私人航天》。很多在2017年以后才开始关注小火箭的好友，错过了小火箭好几个季的经典火箭与飞船系列，因此在提议小火箭分析相关型号之前，请先阅览历史报告，以免重复建议。
自1958年美国宇航局NASA成立以来，到上世纪90年代，5大重点科研型号的合影。
上图从左到右，依次为：北美航空的X-15、大名鼎鼎的F-18B和SR-71A、洛克威尔的X-31、格鲁曼的X-29。
白色版X-15，正式编号：X-15 A2。
整机外表被一层烧蚀白色涂层覆盖，用以在大气层内突破6倍声速时的防热。
改进后的XLR-99RM2火箭发动机，可靠性更高。
考虑到液氧/液氨燃料组合不易点燃的特性，新版本的发动机提供了乙炔引燃技术。该技术广受试飞员的好评。
X-15 A2 配备了两个硕大的副油箱。
注意，该机在短尾鳍下方，吊挂了一台冲压发动机。
原本设想是让X-15在高空实现高超声速飞行之后，由冲压发动机接力工作，实现长时间高超声速巡航飞行。
不过，当时人类工程师对超燃冲压的技术难度估计不足，发动机难以在超燃状态下稳定工作，试验也就作罢。（实际上，冲压发动机的安装架也未能抵住高超声速的热流侵袭。）
结束语
X-15项目为航天飞机的顺利诞生奠定了技术基础。上上图是X-15机鼻姿态控制系统的特写，上图是在太空执行任务的亚特兰蒂斯号航天飞机。可以看到，在机鼻设置姿态控制发动机的做法在太空中得到了实际应用。
XLR-99火箭发动机也为工程师积累了大量有关液体火箭发动机重复使用的经验。（共产生765份高价值技术报告。）
整个X-15项目，研制了5架飞机：
3架X-15，2架NB-52载机。
这3架X-15技术验证机，从1959年6月到1968年10月，这将近10年的时间里，共进行了199次有动力的飞行。
其中，
X-15 A1，也就是X-15的原型机，进行了 82次飞行；
X-15 A2 ,进行了 53次飞行；
X-15 A3，进行了64次飞行。
两架载机，第一架NB-52A，在1969年10月份早早地退役了。
而第二架NB-52B，则一直服役到了2004年的11月份，服役期长达45年。
这3架X-15技术验证机，第1架，留存于世，现保存在美国国家航空航天博物馆。见上图和上上图。
第2架，在褪去白色防热涂装后，涂上了原本设计用于量产型高超声速战斗机的涂装，带着两个硕大的副油箱，现存于美国空军博物馆。
钛合金与镍铬合金的外壳，诉说着往昔的荣耀。
第3架，在1967年11月15日，随米歇尔少校坠毁于内华达荒漠。
在199次试飞过程中，X-15技术验证机为人类积累了有关火箭动力、高超声速飞行的气动加热与飞行控制、再入稠密大气的制导与控制、高空姿态控制、复杂系统的人因因素等宝贵的技术和知识。
上图为X-15技术验证机的典型弹道。
两项当时的世界纪录，值得后人铭记：
7274公里/小时，也就是2.021公里/秒，Ma 6.70的高超声速飞行速度纪录。
（创造于1967年10月3日）
107.8公里，当时的可重复使用的飞行器的飞行高度纪录。即使是按照今天的标准，她也是冲出卡门线，进入了太空的飞行器。
（创造于1963年8月22日）
全文结束！感谢大家！
期待大家能够从小火箭这里，体会到技术与艺术的美感。
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