Roku 1963 vzlétl první stroj z rodiny ASSET a začal tak další fázi výzkumu návratu tzv. lifting bodies do atmosféry. Lifting bodies byla kategorie strojů, která velmi zajímala USAF. Kategorie, která není ani dnes mrtvým tématem v kosmonautice. Rok 1963 přinesl kromě letů ASSET i zrušení většího programu X-20 Dyna Soar, o kterém jsme tu již mnohokrát mluvili. Do popředí se dostal ASSET a dalo by se říct, že v tomto případě šlo o jakési neplánované vítězství Davida nad Goliášem. X-20 byl přece jen mohutnější program oproti ASSET a to i co do velikosti obou strojů. Byl to však ASSET, který měl přinést odpovědi na všechny otázky okolo aeroelasticity a aerotermodynamiky návratového okřídleného tělesa. Ze všech strojů ASSET se do muzea dostal jediný exemplář, který dnes můžeme vidět v muzeu US Air Force v Daytoně, ve státě Ohio. Společně s ASSET jsou v muzeu i stroje, které následovaly odkazu ASSET, ale už s jinými výzkumnými úkoly.

ASSET 3/3 

Předletová kontrola vztlakového tělesa ASSET na vrcholu rakety Thor
Zdroj: wikipedia.org

Plánované lety probíhaly podle tradiční filozofie, tedy od nejméně náročného letu s postupným zvyšováním náročnosti, limitů a výkonů. V rámci programu se mělo uskutečnit šest letů strojů ASSET rozdělených do dvou skupin. První skupinou byly stroje typu ASV (Aerothermodynamic Structural Vehicle), které měly uskutečnit čtyři lety. Druhá skupina zahrnovala dva lety strojů AEV (Aerothermoelastic Vehicle). ASSET byl umístěn na vrchol rakety Thor, která pak vynesla stroj k letu. Pro ASV bylo použita kombinace rakety Thor jako prvního stupně a rakety Delta na druhém stupni. Celá tato sestava byla označena jako DSV-2G Thor/Delta. Stroje AEV byly vynášeny pouze raketou Thor bez přídavných stupňů. Stroje ASV využívaly silnější nosný systém z důvodu dosažení větší výšky, ze které mohl být proveden klouzavý let s hypersonickou rychlostí pro dosažení ohřevu celé konstrukce. Díky tomu se mohl měřit tepelný tok, rozložení tlaků a tepelné šíření po konstrukci. V realitě měly všechny lety ASSET pěti procentní chybu v předpokládaných výpočtech vzdálenosti doletu, což vedlo ke kratším misím, než bylo původně plánováno. Důležitým prvkem celého stroje bylo i umístění těžiště, které mělo, kromě aerodynamických vlastností, zajistit správné navedení na trajektorii letu. Středová osa ASSET se tedy nacházela se středovou osou nosného systému Thor a Thor/Delta. Následně se o řízení celého stroje postaral vnitřní naváděcí systém, který korigoval všechny odklony od dráhy návratového, klouzavého letu. Tyto „drifty“ vznikaly v důsledku malého odporu vlivem nízké hustoty prostředí.

Znázornění sekvence návratu a záchrany ASSET na moři
Zdroj: Office of information, Office of the secretary of the Air force

První kus ASSET dorazil do střediska Cape Canaveral na palubě letounu C-124A Globemaster II „Old Shakey“ a po předstartovních přípravách, které běžely hladce, se první stroj ASSET ASV-1 vydal dne 18. prosince vstříc nebi. Raketa Thor DSV-2F odstartovala z rampy LC-17B bez problémů. V 328 sekundě však došlo k elektrické závadě jednoho z kanálů přenosu dat a kvůli tomu byl první objem dat z prvního letu značně zredukován. I přes tuto nepříjemnost na prvním letu došlo k dosažení požadovaných cílů letu. Dle předpokladů došlo ke ztrátě spojení během návratu, ale na palubě ASSET se nacházel systém nahrávání dat, právě pro tuto část letu. Po vstupu do atmosféry ale selhal systém lokalizace na moři SOFAR a maják SARAH poskytoval pouze přerušovaný signál. ASV-1 se během přistání na hladině moře odchýlil o 6 mil doleva z plánovaného kurzu a let byl celkově kratší o 60 mil. Bohužel se ale vlivem závad záchranného systému na ASV-1 a poruše vyhledávacího systému pátracího letounu nepodařilo najít ASSET včas a po dvou hodinách a čtyřiceti minutách se nenávratně potopil. Jediné, co se podařilo najít, byl maják označující oblast dopadu, ale už ne ASV-1. Projektový manažer z laboratoře FDL to popsal slovy „Toto byla vážná ztráta, protože jsme neměli možnost prozkoumat materiálové změny na konstrukci.“ I přes tento problém na konci letu šlo o úspěch, protože ASV-1 přežil návrat do atmosféry a všechny systémy pracovaly, jak měly.

Znázornění rozložení vnitřních systémů ASSET
Zdroj: ASSET McDonnell prospect

Před dalším letem bylo nyní nutné vyřešit problémy, které se vyskytly se záchranným systémem během návratu ASV-1. Konstruktéři přistoupili ke změnám v systému záchrany, aby další stroj v řadě mohl vzletět ke své misi v březnu 1964. Pro zajímavost, ASV-2 byl první z rodiny ASSET, který se vydal vstříc nebi po zrušení programu X-20 Dyna Soar. ASV-2 byl také první stroj, který se k nebi vydal na vrcholu nosné sestavy Thor/Delta. Po ukončení práce prvního stupně Thor mělo dojít k zážehu druhého stupně Delta. To se však nestalo a celá sestava Delta/ASV-2 pokračovala po balistické dráze. Vnitřní časovač ASSETu po uplynutí času pro separaci oddělil ASV-2 od Delty a ten pak pokračoval v samostatném pádu. V tuto chvíli však dostal nechtěnou příležitost autodestrukční systém ASV-2, protože se celý stroj odklonil o 40° doprava, tedy mimo nastavený limit. Díky tomuto odklonu hrozilo, že se ASV-2 dostane do obydlené oblasti. V horní vrstvách atmosféry tedy došlo k nevyhnutelnému, autodestrukční systém v čele s výbušninou Aerex vykonal svou práci a pozemním týmům zůstal pouze pohled na zničený stroj. Selhání druhého stupně Delta byl velký problém, protože po ASV-2 měly následovat ještě další dva lety v této sestavě. SSD (Space Systems Division), která byla zodpovědná za nosný systém v rámci programu ASSET nyní musela vyšetřit příčinu a zabezpečit další spolehlivost systému. Bohužel se autorovi nepodařilo blíže zjistit přesnou příčinu selhání.

Mapa zobrazující místa přistání nebo dopadu všech strojů z programu ASSET
Zdroj: Eight Case Studies in the Hsitory of Hypersonic Technology

Třetí letový pokus přišel v červenci 1964. Na vrcholu sestavy Thor/Delta byl nyní ASV-3 a všichni doufali, že tentokrát proběhne let již bez problémů a bude splněn harmonogram letu. Po startu ze startovní rampy LC-17B v 90° azimutu se sestava natočila, aby pak nabrala správný azimut 110° pro navedení na správnou dráhu, ze které se poté ASV-3 vrátí zpět. Po 217 sekundách došlo k plánovanému oddělení od, nyní již funkčního, druhého stupně a ASV-3 začal sérii naprogramovaných povelů řízení v podélné ose. Díky těmto povelům byl nastaven správný klouzavý úhel při letu zpět. Systém řízení pracoval správně a úspěšně kompenzoval jakékoliv pokusy o „drift“ ASV-3 mimo dráhu. V čase T+ 930 začala návratová sekvence, která proběhla bez problémů. Systém řízení RCS pracoval po celou dobu bez závad a tak po průchodu zpět do atmosféry mohli záchranáři zahlédnout na obloze malý kluzák. Tentokrát pracoval záchranný systém jako hodinky a ASV-3 šplouchl do oceánu s odchylkami 8 mil z plánovaného doletu a stranovou odchylkou 5 mil, což bylo ještě v rámci 5% chyby. Do pěti minut po přistání na hladině byl ASV-3 zachycen letounem pátrací služby a během dvaceti dalších minut byl ASV-3 zabezpečen „žabími muži“, pak následovalo vytažení na palubu lodě. Po vylovení stroje na loď přicházel na řadu přesun do továrny výrobce McDonnell, kde čekala na ASV-3 podrobná prohlídka.

Let ASV-3 byl úspěšný a konečně se podařilo dostat stroj i do laboratoře výrobce, kde mohlo dojít k podrobné prohlídce a zkoumání materiálu ASSETu. Demontáž postupně ukázala, že ASV-3 je ve výborném stavu. Technici během prohlídky objevili pár problémů, ale nebyly to problémy, které ohrožovaly let stroje a navíc je měl na svědomí, pravděpodobně, dopad do vody. Díky slané vodě došlo ke ztrátě dat z nahrávacího systému, ale to bylo naštěstí vykompenzováno funkční telemetrií během návratu. Na základě prohlídky přistoupil McDonnell k překonstruování náběžných hran křídla, z niobu/columbia, na obou stranách, protože se ukázalo, že během průchodu atmosférou byly poškozeny více, než se čekalo. Tato změna se dotkla všech následujících strojů ASV-4 a AEV-1 a 2. I panely na spodní části dodané společnostmi Boeing, Bell a Martin, jako zkušební materiálové vzorky, byly v pořádku. Po celkovém zhodnocení mohla společnost McDonnell a laboratoř FDL konstatovat, že let byl naprosto úspěšný a všechny predikce tlaků a teplot byly v odhadovaných normách. Díky tomuto úspěchu bylo rozhodnuto, že ASV-3 by měl být umístěn do leteckého muzea, jako památka na pionýrské časy výzkumu tzv. lifting bodies.

Znázornění letů ASV a AEV i s přiloženou tabulkou dosahovaných hodnot letů
Zdroj: ASSET McDonnell prospect

Dalším letem, který následoval v říjnu 1964, byl let stroje AEV-1 na vrcholu rakety Thor. Tento stroj postrádal systém záchrany, který byl běžný pro ASV. Bylo to z důvodu, že AEV nebyl vynášen tak vysoko a na rozdíl od ASV nebylo úkolem zkoumat termodynamiku stroje a další parametry. Místo, které uvolnil záchranný systém bylo proto využito pro dodatečné experimenty. Další let provedl AEV-2 v prosinci 1964, při kterém došlo k problémům s měřením flutteru. Po zhodnocení obou letů, ale došlo k všeobecnému názoru, že oba lety byly úspěšné a pomohly získat cenná data z oblasti aeroelasticity. Potvrdily se předpokládané odhady flutteru a dále pak vliv strukturálního ohřevu na flutter. U obou těchto strojů nebylo v plánu provádět záchranu, jak už dokazovala absence samotného systému. Proto skončily oba stroje nenávratně na dně moře.

Posledním v řadě zůstal stroj ASV-4, který se vydal na svůj let 23. února 1965. Let probíhal opět na nosné sestavě Thor/Delta. Po odpojení od druhého stupně probíhal let podobně jako u ASV-3 až na jeden problém. ASV-4 měl nyní úhel své dráhy 25°, což bylo více než se plánovalo. Díky tomu měl ASV-4 delší klouzavý let a přesáhl plánovanou oblast dopadu a i dosah pozemních sledovacích stanic. Po celou dobu letu fungoval systém telemetrie a přenosu dat z nahrávané pásky, což bylo více než dobře. Během klouzavého letu došlo k aktivaci záchranného systému tak, jak mělo dojít. Bohužel během procesu vytahování padáku nedošlo k jeho plnému vytažení. Díky tomu, že se padák nevytáhl, jak měl, došlo k nadměrnému zatížení na vytažené části padáku a kvůli tomu byl padák odtržen od ASV-4. Celá tato situace vedla k jedinému konci, dopadu na hladinu a následnému potopení na dno. V oficiálních dokumentech se lze dočíst o shrnutí celého letu. Let, jako celek, je v těchto dokumentech hodnocen kladně díky funkčnímu systému přenosu dat, který předával po celou dobu letu a návratu všechna data. Samozřejmě, že mezi inženýry panovalo jisté zklamání z toho, že nebylo možné další zkoumání navrácené lodi a materiálů konstrukce.

Zobrazení trajektorií všech letů ASSET kromě ASV-2, který byl ztracen během startu
Zdroj: Eight Case Studies in the Hsitory of Hypersonic Technology

Letový program tímto letem došel do svého konce. Data získaná z těchto letů byla pak zpracovávána až do poloviny roku 1966. Právě díky výsledkům získaných z programu mohlo dojít ke zhodnocení přínosu ASSETu pro další vývoj. V první řadě ASSET potvrdil predikce získané z aerodynamických tunelů a dalších pozemních měření. To dodávalo nyní jistou důvěru v pozemní zařízení, protože do této doby si nebyli inženýři výsledky vždy stoprocentně jisti. Došlo k ověření uvažovaných materiálů na tzv. horkou konstrukci stroje, které dokázaly přežít návrat atmosférou. Tyto materiály měly i jiný přínos, a to vývoj zpracování materiálů použitých na ASSET. Velkým přínosem pro inženýry a budoucí nové stroje bylo měření rozložení tlaků a teplot na konstrukci během návratu. Znalost související s vlivem degradace materiálu během průchodu atmosférou. I když se podařilo zachránit pouze jeden ze strojů, ASV-3, stále to stačilo na to, aby si inženýři udělali představu o vlivu tepleného namáhání na materiál a konstrukci. V neposlední řadě musíme zmínit i dobře pracující naváděcí systém spolu se systémem řízení RCS. Výčet přínosů není malý, jak to ostatně bývá u takto průkopnických programů. Nejinak tomu bylo i například u programu X-15, který byl jakýmsi předchůdcem a dá se s klidem říct, že ASSET navázal tam, kde X-15 už nemohl pokračovat. Všechny údaje získané provozem ASSET se postupem času zúročí společně s daty získanými z dalších programů X-23 a X-24, aby nakonec pomohly při vývoji budoucí legendy kosmonautiky.

Znázornění vývoje lifting bodies až po raketoplán
Zdroj: Design Evolution and AHP-based Historiography of
Lifting Reentry Vehicle Space Programs

Program ASSET tedy došel do svého konce. I když ne úplně. Společnost McDonnell si dál hrála s využitím ASSETu v kombinaci s kosmickou lodí Gemini, jelikož byla společnost McDonnell výrobcem i Gemini. Kombinací těchto dvou strojů by vznikla nová kosmická loď, která by se vracela stejným způsobem jako ASSET, tedy s využitím spodní okřídlené části ASSETu, jako tepelného štítu. Během letu v atmosféře pak mělo dojít k oddělení této části a zbytek lodi by přistál na padácích jako klasická loď Gemini nebo na uvažované para křídle. Podle všeho, ale neměla tato nová loď plnit dlouhodobé mise, protože na to nebyla ani vybavena. Podle dostupných informací, či spíše spekulací, mohla tato loď být další snahou USAF o kosmickou loď s řízeným návratem zpět na základnu. Tato snaha se údajně měla objevit po zrušení programu Dyna Soar. Samotná myšlenka dávala smysl, protože pro USAF to bylo levnější, snadnější a rychlejší řešení nastalé situace. První interní zpráva společnosti McDonnell hovořící o okřídlené verzi Gemini se objevila 10. září 1965 a byla označena jako McDonnell Douglas Report E-045. Celá tato studie ale nakonec zůstala jen ve formě návrhu a pouze interně u společnosti McDonnell.

Zobrazení návrhu okřídlené verze Gemini
Zdroj: astronautix.com

P.S. Přidávám ještě jeden obrázek k separaci Gemini

Okřídlená verze Gemini se znázorněním separační sekvence během přípravy na přistání
Zdroj: Winged Gemini report No.E045

Zdroje informací:
Eight Case Studies in the Hsitory of Hypersonic Technology, Autor Richard P. Hallion, rok vydání 1987
ASSET McDonnell prospect, Rok vydání 1965
Office of information, Office of the secretary of the Air force, Rok vydání 1965
https://en.wikipedia.org
http://www.astronautix.com

Zdroje obrázků:
ASSET McDonnell prospect, uvodní strana
https://en.wikipedia.org/
ASSET McDonnell prospect, strana 4
Office of information, Office of the secretary of the Air force
Eight Case Studies in the Hsitory of Hypersonic Technology, strana 509
ASSET McDonnell prospect, strana 3
Eight Case Studies in the Hsitory of Hypersonic Technology, strana 507
Design Evolution and AHP-based Historiography of Lifting Reentry Vehicle Space Programs, strana 15, 20
http://www.astronautix.com/graphics/z/zgemwing.jpg
Winged Gemini, McDonnell report No.E045. strana 1.4