W kosmos na skrzydłach – krótka historia "innego" podboju przestrzeni kosmicznej

W przestrzeni radiowej nad bazą Edwards, gdzie najwyższej klasy piloci oblatują eksperymentalne maszyny, komunikat o tym, że samolot szwankuje nie budzi żadnych podejrzeń. Nie zwraca uwagi także tych, którzy nie powinni słyszeć tej rozmowy. W rzeczywistości informacja o nawalającym machometrze to zaszyfrowana wiadomość o tym, że Yeager przekroczył właśnie barierę dźwięku i porusza się z prędkością co najmniej jednego macha.

Tamten dzień nie był oficjalnie świętowany ani w bazie Edwards, ani w żadnym innym zakątku Stanów Zjednoczonych. Niedawno zakończona II wojna światowa i wciąż napięte stosunki ze Związkiem Radzieckim sprawiły, że sukces ukrywano przez kilka miesięcy, obejmując go tajemnicą wojskową. Historia tego ponaddźwiękowego lotu robi ogromne wrażenie, biorąc pod uwagę, że samolot X-1 pilotował lotnik z dwoma złamanymi żebrami. Tom Wolf, który w swojej książce "Najlepsi. Kowboje, którzy polecieli w kosmos" (Wydawnictwo Agora, 2018) odtwarza niesamowity klimat tamtych wydarzeń, przytacza opowieść o tym, jak kontuzjowany Yeager ukrył swoją niedyspozycję i przekroczył barierę dźwięku, mierząc się z bólem, który niemal uniemożliwił mu zamknięcie i zhermetyzowanie swojej kabiny. Zainteresowani szczegółami wydarzeń z 1947 roku powinni sięgnąć po wspomnianą wcześniej publikację.

Prace nad konstrukcją samolotu X-1 rozpoczęto zaledwie rok przed historycznym lotem. Celem, jaki przyświecał wówczas inżynierom, było stworzenie maszyny, która osiągnie prędkość naddźwiękową. Samolot wyglądał jak pocisk gotowy do wystrzelenia prosto w niebo. X-1 dysponował klaustrofobiczną, hermetyzowaną kabiną pilota, który siedział na dwóch zbiornikach łatwopalnego paliwa napędzającego silnik rakietowy. Jak przystało na maszynę eksperymentalną, X-15 dźwigał dodatkowy 200-kilogramowy balast w postaci aparatury pomiarowej, która rejestrowała niezliczone ilości parametrów, bezlitośnie odnotowując każdy ruch lotnika.

Pilot oblatujący X-1 osiągał wysokość kilku kilometrów wynoszony przez transportowiec, który następnie zrzucał "pocisk" i siedzącego w nim śmiałka. Dzięki temu Yeager i inni piloci testowi mogli wykorzystać niewielką ilość paliwa, by osiągać zawrotne prędkości, wzbijając się na sam czubek paraboli, a później nurkując w coraz to gęstszych warstwach powietrza. Po spaleniu całego paliwa samolot szybował aż do lądowania na oferowanym przez naturę pasie startowym – wyschniętym na wiór dnie jeziora.

Prędkość dźwięku to tempo rozchodzenia się fali dźwiękowej w danym ośrodku. Austriacki fizyk Ernst Mach dowiódł, że prędkość rozchodzenia dźwięku nie jest stała i zależy od czynników takich jak wysokość nad poziomem morza, temperatura i wilgotność powietrza oraz gęstość ośrodka. Prędkość ta w suchym powietrzu o temperaturze 20°C na wysokości równej poziomowi morza wynosi około 343 metrów na sekundę (1235 kilometrów na godzinę). Pilot lecący na wysokości 12 tysięcy metrów nad powierzchnią Ziemi, by poruszać się z prędkością dźwięku, musi rozpędzić swoją maszynę do około 1056 kilometrów na godzinę. W swoim historycznym locie Yeager poruszał się nieco szybciej. Jego maszyna przebiła niebo z prędkością około 1100 kilometrów na godzinę.

Osiągnięcie prędkości większej niż prędkość rozchodzenia się dźwięku w danym ośrodku jest określane jako przebicie bariery dźwięku. Dzisiejsze samoloty osiągają prędkości hiperdźwiękowe (powyżej pięciu machów). Jeden z najszybszych samolotów w historii, bezzałogowy Boeing X-43, osiągnął w 2004 roku prędkość 9,6 macha.

Ale w latach 40. ubiegłego wieku przekroczenie bariery dźwięku nie wydawało się wcale czymś pewnym. Piloci, którzy latali z prędkością przydźwiękową, osiągając prędkość 0,8 macha mierzyli się z utratą sterowności. Urządzenia pokładowe odmawiały posłuszeństwa, kadłuby eksperymentalnych maszyn wpadały w silne wibracje, a niektórzy piloci tracili kontrolę nad drążkiem

i nigdy jej nie odzyskawszy, ginęli. Fizycy i inżynierowie byli przekonani, że przy prędkości jednego macha fala uderzeniowa będzie tak potężna, że nie zdoła jej przerwać żadna zbudowana przez śmiertelnika maszyna. Zaczęto wówczas mówić o barierze dźwięku lub o ścianie sonicznej, prezentując prędkość dźwięku jako coś dla człowieka nieprzekraczalnego. Chuck Yeager podobno nie wierzył w istnienie tej bariery.

Huk, który dało się słyszeć 14 października 1947 roku nad bazą Edwards był znakiem triumfu pilota, który udowodnił nie tylko, że prędkość dźwięku to prędkość dla człowieka przekraczalna, lecz także dowiódł, iż po jej przekroczeniu sterowność i kontrola nad maszyną poprawiają się, umożliwiając dalszy lot, który jest już znacznie spokojniejszy.

Baza Edwards i wyschnięte jezioro Muroc, które pełniło funkcję niemal niekończącego się pasa startowego dla ześlizgujących się z nieba odrzutowców przyciągały legendy. Chuck Yeager był nią, zanim przedarł się przez barierę dźwięku, a wyczyn ten tylko umocnił jego pozycję w świecie oblatywaczy. Latem 1955 roku do bazy Edwards zawitała kolejna przyszła legenda. Nikt wtedy jeszcze nie wiedział, że 24-letni absolwent Purdue University, świeżo upieczony pilot doświadczalny, który z wielką radością przyjął posadę w Edwards, w przeciągu kolejnych 14 lat postawi nogę na Księżycu. Neil Armstrong łączył pasję do latania

z bystrym umysłem inżyniera lotnictwa, testując nowe rozwiązania w coraz szybszych, zwrotniejszych i latających wyżej i wyżej maszynach, nad którymi badania prowadziła NACA (National Advisory Committee for Aeronautics). Instytucja zapewniająca mu wówczas pracę w krótkim czasie miała przekształcić się w NASA, a przedmiot jej zainteresowania przenieść się 100 kilometrów ponad bazę Edwards i jeszcze dalej poza linię Kármána. Ale czy nastąpiło to dopiero wtedy, gdy w trakcie pierwszego amerykańskiego suborbitalnego lotu w przestrzeni kosmicznej znalazł się Alan Shepard? Historię podboju kosmicznego lotnicy pamiętają zgoła inaczej.

Sceną otwierającą "Pierwszego człowieka" w reżyserii Damiena Chazelle’a jest ujęcie z Armstrongiem (w jego rolę wciela się Ryan Gosling), który wycelowawszy dziób swojego samolotu rakietowego wprost w kopułę nieba, przedziera się przez warstwy atmosfery, aż w końcu dociera do miejsca, w którym błękit zmienia się w czerń. W jego hełmie odbija się lekko zakrzywiony horyzont ziemski, ponad którym błyszczy żółtawo-pomarańczowo-niebieska linia ziemskiej atmosfery. Urządzenia pokładowe wskazują, że pilot znajduje się na wysokości 42 kilometrów ponad powierzchnią Ziemi. Atmosfera na tej wysokości staje się na tyle rzadka, że prawa aerodynamiki przestają mieć znaczenie. By odzyskać sterowność nad pilotowaną maszyną, Armstrong musi opaść w dół o kilka kilometrów. Maszyna i grawitacja nie współpracują i oblatywacz zamiast opadać, wznosi się. W sytuacjach takich jak ta piloci doświadczalni mogli zdać się już tylko na Newtona i jego trzecią zasadę dynamiki. I tak właśnie widzowie przeżywają pierwsze chwile grozy i pierwszy oddech ulgi, gdy w piątej minucie filmu Armstrong dociera na wysokość 47 kilometrów i w końcu opada, nurkując w niskie warstwy atmosfery.

Zekranizowana biografia Armstronga pokazuje zaledwie wycinek tego, co działo się nad pustynią Mojave, zanim jeszcze pojawiły się pierwsze poważne plany załogowego podboju kosmosu. Piloci siadający okrakiem na rakietowych silnikach samolotów takich jak X-15, szczelnie opancerzeni skafandrami ciśnieniowymi podróżowali na skraj kosmosu bez rozgłosu i bez echa. Docierali tam wynoszeni najpierw na wysokość kilku, kilkunastu kilometrów przez transportowce, a później o "własnych siłach", które koncentrowały się w jednym małym punkcie ich maszyny – w drążku sterowniczym.

Wczesną jesienią, 4 października 1957 roku Związek Radziecki wystrzelił rakietę, która prosto w przestrzeń kosmiczną wyniosła 85-kilogramową bezzałogową kapsułę. Na niskiej orbicie Ziemi pojawił się pierwszy sztuczny satelita, Sputnik 1. Stalowa kula stała się symbolicznym początkiem kosmicznego wyścigu.

Na wieść o triumfie Związku Radzieckiego amerykańskie społeczeństwo zadrżało. Nietęgie miny mieli także politycy najwyższego szczebla, którzy technologiczne osiągnięcie radzieckiego przeciwnika uznali za poważne zagrożenie dla kraju. Skoro Sowieci dysponują rakietą, dzięki której w przestrzeni kosmicznej znalazł się sztuczny satelita, wkrótce mogą zademonstrować, że na niską orbitę ziemską są w stanie wynieść także broń masowego rażenia. Media skutecznie rozbudziły atmosferę grozy, opisując prawdopodobieństwo pojawiania się w kosmosie radzieckich platform, z których – jak kamienie z mostu – na dowolny obszar planety mogłyby zostać zrzucone bomby wodorowe. USA postanowiły dotrzymać przeciwnikowi kroku, tym samym napędzając tylko coraz bardziej zacięty kosmiczny pojedynek.

W obliczu zagrożenia – a w czasach zimnej wojny konflikt zbrojny był dla polityków tylko kwestią czasu – amerykańskie władze podjęły decyzję o przygotowaniu załogowych lotów kosmicznych. Te plany zrodziły się już znacznie wcześniej, w lotniczych bazach wojskowych, w których najlepsi piloci oblatywacze żyłowali odrzutowce najnowszej generacji, próbując wycisnąć z nich, co tylko się dało – prędkość i wysokość. W bazie Edwards przeprowadzano loty doświadczalne na samolotach X-15. Miały to być prototypy statków kosmicznych, w których piloci mieli wznosić się w przestrzeń kosmiczną, by tym razem pokonać inną barierę. Była nią atmosfera Ziemi. Zdarzało się, że na odrzutowcach takich jak X-15 piloci wzbijali się na rekordowe wysokości i w lotach balistycznych osiągali atmosferyczne wyżyny Ziemi, rozwijając zawrotne prędkości, kilkakrotnie przekraczające prędkość dźwięku.

NASA początkowo planowała ogłosić otwarty nabór na astronautów. Każdy, kto spełniałby określone wymagania, mógłby przysłać swoją kandydaturę i... zasypać biurka rekrutów milionami kompletnie nieprzydatnych aplikacji. Aby selekcja przebiegała sprawniej, uwagę postanowiono skierować na ponad pięciuset pilotów oblatywaczy w czynnej służbie wojskowej. NASA mogła mieć do dyspozycji najlepszej klasy pilotów, z odpowiednim wykształceniem, cennym doświadczeniem, stalowymi nerwami, a przede wszystkim... nieskazitelną i dostępną od ręki kartoteką.

Na pierwszy rzut oka strategia rekrutacji do programu załogowych lotów kosmicznych, jaką obrała NASA, wydaje się wprost idealna. Do dziś jedna z dróg, jaką dostać można się do statku umieszczonego na czubku wielkiej rakiety prowadzi przez wojsko i służbę lotniczą. Ale ponad pół wieku temu NASA przypuszczała, że jej propozycja skierowana do pilotów doświadczalnych może w ich oczach wcale nie być jedną z tych nie do odrzucenia. Oblatywacze byli pilotami najwyższej klasy, bardzo ceniącymi swoją pozycję i niezależność, jaką dawało im prowadzenie zupełnie nowych i nieobliczalnych maszyn. Tymczasem rodzący się projekt lotów załogowych w kosmos zakładał, że astronauta nie chwyci nawet za stery statku. Jego zadaniem będzie wsiąść do kapsuły sterowanej praktycznie całkowicie z Ziemi, odbyć lot i powrócić na planetę, zdając się na zautomatyzowane systemy sprowadzania. Latanie w czymś takim, przez pilotów doświadczalnych, z miejsca zostało określone jako poważna rysa na honorze. Wolf w swojej książce przytacza opinie najznakomitszych oblatywaczy, którzy program nazywali lotem w puszce lub wyśmiewali możliwość udziału w projekcie pilota ze względu na fakt, że wcześniej niż człowiek w kosmosie znaleźć miała się małpa.

Ci, którzy pozostali w bazie Edwards i nie zgłosili się do programu lotów załogowych Mercury latali na wspomnianych samolotach X-15. To, co dla oblatywaczy było sprawą honoru to fakt, że w takim samolocie zasiadał człowiek. Człowiek, nie małpa. A pilot leciał w czerń przestrzeni sam, ściskając w dłoni drążek, a nie tak jak w przypadku astronautów z pomocą zautomatyzowanego systemu.

X-15 był naddźwiękowym samolotem o napędzie rakietowym stworzonym przez firmę North American Aviation na zlecenie sił powietrznych USA współpracujących z NASA. To za sprawą tej maszyny ustanowiono jak dotąd niepobity rekord prędkości w trakcie załogowego lotu. Wydarzenie to miało miejsce w roku 1967, kiedy to William Knight na wysokości nieco ponad 31 tysięcy metrów nad Ziemią zarejestrował prędkość 6,7 macha (około 7270 kilometrów na godzinę). Od przeszło 50 lat żaden pilot nie zdołał przemknąć przez niebo z prędkością szybszą niż ta, którą ustanowił Knight.

Piloci doświadczalni sterujący samolotami X-15 latali nie tylko szybko, ale i wysoko. Kiedy w roku 1961 prezydent Kennedy zapowiadał podbój kosmosu i roztaczał wizję podróży na Srebrny Glob, gdzieś nad zakurzonym wyschniętym dnem jeziora Muroc, samolot rakietowy X-15 wzbił się na wysokość ponad 60 kilometrów. Kiedy astronauci z Siódemki Mercury wykonywali pierwsze okrążenia Niebieskiej Planety, Robert White na swoich skrzydłach przekroczył linię 80 kilometrów. Wysokość ta była wówczas uznawana za granicę oddzielającą to, co ziemskie od tego, co należało do przestrzeni kosmicznej. Formalnie rzecz biorąc, White stał się więc astronautą. Astronautą, który – co dla pilota oblatywacza było szczególnie ważne – otarł się o kosmos, samodzielnie pilotując swoją maszynę.

Co ciekawe pilotów, którzy za sprawą lotu na wysokości co najmniej 80 kilometrów stali się astronautami było siedmiu. Mieli więc przewagę nad astronautami z programu Mercury, z których tylko sześciu ze sławnej siódemki odbyło lot kosmiczny. Neil Armstrong na miano astronauty musiał poczekać aż do roku 1966 roku i misji Gemini 8, bo pilotując X-15 dotarł "jedynie" na wysokość 63 kilometrów.

Autor: Dominika Jasińska

Źródło: miesięcznik Astronomia 9/2021, www.astronomia.media.pl