Byť první umělá družice zamířila na oběžnou dráhu v říjnu 1957, neznamená to, že plány na využívání kosmického prostoru neexistovaly mnohem dříve. Jedním z hybatelů pokroku v USA (a samozřejmě nejen tam) vždy byla tomto ohledu armáda a vojenskoprůmyslový komplex. Zejména některé důležité postavy US Air Force měly za to, že aktuální podoba letectva se bude zakrátko velmi rapidně měnit. Druhá světová válka s sebou, jak už to u válek bývá, přinesla obrovský technologický skok a bylo jen otázkou času, kdy si některé z „hraček“, které neměly na průběh války vliv, nicméně představovaly zajímavé ideje, najdou cestu k realizaci a k zařazení do výzbroje. Týkalo se to nejen jednotlivých systémů jako například motory nebo nové aerodynamické koncepty, ale také i myšlenek na zcela nové oblasti vzdušné techniky. Tedy, abychom byli přesní, nejenom té vzdušné. Že se brzy bude hrát o globální nadvládu a možnost zasáhnout protivníka kdekoli a kdykoli, třeba na opačné straně zeměkoule, to bylo jasné každému, kdo sledoval tehdejší dění alespoň trochu podrobně. Nebylo tedy překvapením, že se polozapomenuté projekty z dílen Třetí říše začaly znovu vynořovat jako houby po dešti. Nejinak tomu bylo i ohledně projektu Silbervogel, jemuž vdechnul nový život Walter Dornberger…

Od BoMi k MX-2276, Brass Bell, RoBo a HYWARDS

Již během předcházejícího dílu muselo být vnímavému čtenáři jasné, že středobod tohoto seriálu má výrazně německé kořeny. Přestože se Sänger na dalším rozvoji svého konceptu nijak nepodílel, semínko jím zaseté začalo na začátku padesátých let nenápadně klíčit v americkém aeronautickém podhoubí.

V minulém díle seriálu již zmíněný Walter Dornberger nastoupil v roce 1950 do firmy Bell Aircraft Corporation, kde začal pracovat na návrzích strojů využívajících techniku „boost-glide“, tedy počáteční urychlení tělesa v atmosféře a následný klouzavý let a „skip-glide“, klouzavý let ve velké výšce s postupnými odrazy o husté vrstvy atmosféry. Tyto ideje de facto nikdy zcela nezmizely ze zorného pole vojáků, byť po vskutku titánské práci Eugena Sängera se do té doby nenašla žádná další osobnost, která by byla schopna dostat tento koncept do popředí.

V rámci operace Overcast/Paperclip bylo do USA přepraveno více než 1 600 inženýrů a techniků, jejichž curriculum vitae obsahovalo zkušenosti v mnoha technologických oborech, zejména v letectví a raketové technice. Mezi těmito nově příchozími byl krom Waltera Dornbergera také jistý Krafft Ehricke, jenž s Dornbergerem a Wernherem von Braunem pracoval v Peenemünde na vývoji V2. Dornberger v roce 1952 zlanařil Ehrickeho do firmy Bell Aircraft Corporation a spolu začali oživovat myšlenku Silbervogelu. V dubnu 1952 dokonce odcestovali do Francie, kde se neúspěšně pokoušeli Eugena Sängera a Irene Bredt přesvědčit, aby přesídlili do USA a nechali se Bellem zaměstnat.

Podle mínění Dornbergera a Ehrickeho by stroj jako Silbervogel v případě úspěšného vývoje předčil jakýkoli projekt, který v té době rozpracovávalo letectvo a letecký průmysl. V relativně krátké době připravili prezentaci pro své nadřízené a jejich nadšení natolik nabudilo příslušné činovníky Bellu, že 17. dubna 1952 firma Bell oslovila US Air Force s návrhem na jednoletý grant, na základě něhož by letectvo financovalo jednoroční práce na studii pilotované Bomber-Missile (bombardéru-střely).

Stroj s názvem BoMI, odvozeným od onoho „Bomber-Missile“ měl sestávat z urychlovacího stupně s pěti raketovými motory na hypergolické pohonné látky a samotného kluzáku se třemi motory a dvoučlennou posádkou. Zajímavé bylo rozdělení tepelné zátěže. Zatímco blíže nespecifikovaná superslitina měla tvořit vnější povrch a sama o sobě měla odolávat extrémnímu tepelnému namáhání, vnitřní konstrukci mělo v přijatelných teplotních mezích udržet aktivní vodní chlazení. Voda měla procházet tepelným výměníkem, jenž měl zajistit odvod horké páry do evaporátoru. Podle svých tvůrců nemělo smysl koncipovat BoMi pro orbitální operace, které se v té době zdály zbytečné a nepraktické. I tak však vypadaly úvodní teoretické výkony stroje docela solidně: rychlost Mach4 ve výšce 30 kilometrů a dolet zhruba 6 100 kilometrů. Celková vzletová hmotnost boosteru s kluzákem na zádech měla dosahovat něco kolem 360 tun. Letectvo tato vize evidentně nenechala chladným a sumou 398 459 dolarů na účet Bellu dalo najevo zájem o rozvoj tohoto konceptu. Jak se říká, do roka a do dne, tedy spíše do roka a několika měsíců — kontrakt na financovanou studii měl vypršet v červenci 1953 s tím, že v dubnu toho roku měl být projekt podroben auditu pod taktovkou letectva.

Povzbuzeni zájmem mužů v modrém se inženýři Bellu (včetně Dornbergera a Ehrickeho) rozmáchli k několika iteracím. Změny doznal jak koncept jako takový, tak i jeho detaily. Krafft Ehricke se stal hlavním iniciátorem zásadní změny v oblasti pohonu: na jeho popud byly zavrženy hypergoly a pozornost byla nasměrována na vysokoenergetickou kombinaci kapalný kyslík/kapalný vodík. Architektura BoMi také nezůstala stejná jako v úvodním návrhu, nyní BoMi představoval třístupňový koncept, jehož první stupeň tvořil opakovaně použitelný pilotovaný booster, následoval jednorázový urychlovací bezpilotní druhý stupeň a konečně třetí stupeň v podobě kluzáku samotného.

Přestože stále neexistovaly (minimálně v očích sponzora studie) důvody, proč by měl BoMi být schopen orbitálních letů, lákadlo oběžné dráhy bylo pro Bell příliš velkým pokušením. Orbitální varianta zahrnovala 44 metrů dlouhý booster a 22,8 metrů dlouhý kluzák z titanu. V jeho útrobách mělo být neseno až 6,3 tun užitečného zatížení (ergo bomb). Ochrana před tepelnou zátěží měla být řešena prostřednictvím ablativního tepelného štítu tvořenýho speciální pryskyřicí na bázi grafitu a epoxidu nanesenou na voštinovou strukturu. Počítalo se s tím, že po každém letu bude možné štít obnovit nasprejováním nové vrstvy pryskyřice.

Již zmíněná první revize projektu v dubnu 1953 nebyla dvakrát příznivá. Podle činovníků USAF projekt obsahoval mnoho nevyřešených neznámých, mimo jiné například efektivní chlazení povrchu a konstrukce kluzáku. Odhad hodnoty poměru odporu a vztlaku v hypersonické oblasti byl podle nich inženýry Bellu hrubě nadhodnocen. Navíc předpokládaný dolet byl příliš malý na to, aby umožňoval interkontinentální dosah ať už jako bombardér, nebo jako rozvědná platforma.

Přes uvedené výhrady se velení letectva rozhodlo, že projekt i tak stojí za hlubší náhled a 1. dubna 1954 letectvo s Bellem podepsalo kontrakt v hodnotě 220 000 dolarů na další jednoroční studii. Ta měla stavět na základech BoMi a na jejím konci měl Bell dodat návrh zbraňového systému schopného dosáhnout rychlosti 6,7 km/s (24 120 km/h) ve výšce 80 km s doletem 22 000 km. S takovými výkony se již dalo přemýšlet o globálních operacích. Systém dostal označení MX-2276.

Stejně jako BoMi, také projekt MX-2276 procházel průběžně mnoha modifikacemi a změnami, nehledě k tomu, že zhusta byly souběžně vypracovávány různé varianty, z nichž některé byly zvažovány jako „circumnavigational“, tedy varianty pro oblet Země. Postupně vykrystalizovaly čtyři možné operační varianty této verze MX-2276. Všechny měly přibližně stejnou konfiguraci sestávající ze čtyř stupňů. První měl být pilotovaný s projektovaným návratem na místo startu. Druhý stupeň měl být jednorázově použitelný a po odhození měl být zničen. Třetím stupněm měl být samotný pilotovaný kluzák s deltakřídlem, jež by přistával na podvozku tvořeném dvěma ližinami. Čtvrtý stupeň měla tvořit střela s půldruhatunovou „speciální“ hlavicí (vážený čtenář jistě tuší, co se skrývá pod pojmem „speciální“).

První ze zamýšlených variant letového profilu měla být realizována prostřednictvím zhruba osm minut trvajícího urychlení kluzáku na 28 200 km/h ve výšce 122 kilometrů. Po odpojení od nosiče by kluzák postupně klesal a po jednom obletu planety by přistál na místě startu. Druhá varianta zase počítala s urychlením na 26 630 km/h na kruhovou dráhu ve výšce 91.5 kilometrů s tím, že by následovalo několik dalších zážehů. První by zvednul apogeum na 278 km, druhý by urychlil stroj na 27 630 km/h v okamžiku, kdy by se kluzák přibližně tři čtvrtě hodiny po startu nacházel nad cílovou oblastí. Třetí varianta počítala s motorem, jenž by udržoval konstantní rychlost kluzáku ve výšce 137 km. Pro udržení potřebné rychlosti bylo počítáno přibližně se 100 kg pohonných látek na jeden oblet Země.

Poslední varianta byla ovšem nejpodivnější a dává nahlédnout do neortodoxních myšlenkových pochodů inženýrů Bellu. Podle tohoto návrhu měla být dráha kluzáku podřízena dosažení co nejvyšší rychlosti tak, aby byl stroj nad územím protivníka, tedy SSSR, za co nejkratší dobu. Pro tento účel měl být kluzák urychlen na rychlost 31 820 km/h ve výšce 88 km. Rychlost kluzáku by v tomto případě byla vyšší, než potřebná pro udržení kruhové dráhy. Aby stroj nevystoupal na přirozené apogeum odpovídající jeho rychlosti, měl být po dobu urychlování a také krátce po jeho ukončení prostřednictvím negativního úhlu náběhu udržován negativní vektor vztlaku. Jinými slovy, kluzák s boosterem měly být na své dráze udržovány „násilně“, proto byla tato varianta známa pod označením „constrained path“, tedy „omezená či sevřená trajektorie“. Po odpoutání od boosteru by byl býval negativní úhel náběhu snižován s tím, jak by klesala rychlost. Takto by v okamžiku, kdy by přibližně 19 minut po startu rychlost odpovídala kruhové dráze, mohl úhel náběhu dosáhnout nulové hodnoty a stroj by se v té době nacházel nad středem cílové oblasti v Sovětském svazu. Dále by již kluzák přirozeně klesal a po obletu Země by přistál na místě startu.

Je nabíledni, že uvedené varianty měly jeden velký oříšek k rozlousknutí: termální namáhání v průběhu letu a při návratu. Bell přišel s konvenčními i méně konvenčními nápady, které zahrnovaly například využití několika vrstev fólie z Inconelu s nanesenou tenkou vrstvou platiny jež měla zabraňovat oxidaci. Velmi interesantním návrhem bylo pokrytí celého trupu kluzáku žáruvzdornými cihlami či destičkami z křemičité směsi. Pakliže tento návrh váženému čtenáři něco připomíná, je to správně. Varianta s destičkami ze silikátu byla později skutečně použita pro program Space Shuttle. Nicméně v polovině padesátých let ještě nebyla technologie na takové úrovni, aby destičky neoplývaly příliš vysokou hmotností, která jejich využití činila nepraktickým.

1. května 1955 končila platnost smlouvy, podle níž práce na studiích MX-2276 a BoMi financovalo USAF, nicméně Bell výzkum nezastavil a finance plynuly nadále z firemní pokladny. Letectvo také nedalo ruce úplně pryč a do konce roku tak program žil z více než milionu dolarů, což v té době nebyla úplně malá suma.

Ještě v době, když studie MX-2276 probíhaly v rámci smlouvy s USAF, letectvo vytvořilo novou výzvu pro koncept hypersonického letounu určeného k rozvědce, který dostal označení „Weapon System 118P“. Nemělo se jednat o orbitální stroj, nicméně v rámci tohoto programu měla být rozlousknuta jedna důležitá otázka: který koncept trajektorie bude z vojenského a technologického hlediska více perspektivní. Nabízely se dvě varianty — boost-glide (tedy počáteční urychlení s následným klouzavým letem) a skip-glide (počáteční urychlení a následné odrazy od hustých vrstev atmosféry). Bell dostal pokyn k aplikaci poznatků z projektu MX-2276, jehož některé varianty uvažovaly o skip-glide, do studie WS-118P. Během analýz vyšly najevo dva důležité faktory, které přispěly k odpovědi na zmíněnou otázku. Samotní inženýři Bellu zjistili, že k letu po skip-glide trajektorii bude zapotřebí extrémně přesný naváděcí a ovládací systém, jenž se bude muset popasovat s ovládáním letounu jak v atmosféře, tak ve vakuu. Jakákoli odchylka od ideální polohy stroje v prostoru zejména v prvních „údolích“ a „vrcholech“ trajektorie by měla za následek změny dráhy s negativními důsledky pro okamžik kdy by se letoun měl nacházet nad cílovou oblastí. Problémem by v takovém případě bylo bývalo také neúměrné zatížení, které by mohlo překročit strukturální limity kosntrukce.

Druhý faktor vyšel z dílen NACA, kterýžto výbor letectvo na jaře 1955 požádalo, aby se na skip-glide podívala nezávislým pohledem. Problému se chopili Alvin Seiff a Julian Allen, známý svým výzkumem vlastností komolých těles při hypersonických rychlostech, jenž posléze vedl k naprosté změně konceptu pro rané balistické hlavice a také pro první návratové kabiny kosmických lodí. Po několika měsících Allen a Seiff došli k závěru, že skip-glide sice skutečně znamená delší dolet oproti jiným variantám, jak avizoval Bell, nicméně velmi problematické by bylo tepelné namáhání pláště stroje, které by mělo podobu intenzivního pulzu pokaždé, kdy by se stroj vnořil do hustých vrstev atmosféry. Po opětovném opuštění atmosféry by sice zahřívání končilo, nicméně doba, po kterou by se stroj pohyboval v relativním vakuu, by nestačila na efektivní ochlazení pláště. Zpráva, která byla letectvu doručena v srpnu 1955 znamenala definitivní stopku pro jakékoli další skip-glide koncepty. Projekt nakonec zamířil konvenčnějším směrem a koncepty jiných firem dostaly přednost před Bellem.

Houština požadavků letectva a výzev k návrhům je zejména v padesátých letech minulého století občas takřka neproniknutelná a jednotlivé koncepty byly vyvíjeny souběžně a někdy se zdánlivě vytratily, aby se jinde a jindy objevily třeba i v jiné podobě. Je velmi těžké se v této džungli orientovat. Klasickým rysem tohoto období je přesměrování výsledků jednoho programu do programu jiného a jinak tomu nebylo ani v případě studií Bellu. Na jaře 1956 USAF pověřilo Bell, aby zkombinoval výsledky práce na MX-2276 a WS-118P do studie systému WS-459L, pod kteroužto šifrou se měl skrývat rozvědný hypersonický letoun schopný operovat ve výšce minimálně 30 kilometrů a dosahovat doletu alespoň 10 000 km. V zadání byly definovány také očekávané výsledky v podobě rozlišení pořizovaných snímků — zhruba 7 metrů ve vyhledávacím módu a necelé dva metry v zaměřovacím módu s tím, že do budoucna by bylo bývalo záhodno dosáhnout rozlišení 30 centimetrů. Projekt obdržel kódový název „Brass Bell“.

Letectvo ovšem nechtělo opustit ani ofenzivní platformu, již mohl hypersonický kluzák poskytnout. Proto byla ještě v prosinci 1955 vydána výzva k návrhům na raketový bombardér označovaný zkratkou RoBo. Výzvy se chopily firmy Boeing, Convair, Douglas, North American a Republic. Jejich návrhy dodané během ledna 1956 však Air Force neuspokojily, proto byla výzva o měsíc později opakována. Druhý pokus již byl výběrové komisi více po chuti a v dubnu byla podepsána dohoda s Convairem, North American a Douglasem, podle níž měla být mezi tyto tři firmy rozdělena částka 859 000 dolarů a na konci jednoletého kontraktu měly být na stole studie perspektivního zbraňového systému. Během tohoto období se do dění vmísily také firmy Bell, Lockheed a Martin, které výzkum financovaly ze svých zdrojů.

Aby složitého dění nebylo dost, v průběhu trvání kontraktu USAF vydalo požadavky, jež definovaly výkony RoBo. Direktiva SR-126 udávala schopnost obletět Zemi ve výšce 30 kilometrů, přičemž současně měl být stroj schopen dosáhnout apogea ve výšce 79 kilometrů. Letoun měl být schopen operačního nasazení v roce 1965 a měl oplývat schopností nést užitečné zatížení o hmotnosti 680-11 300 kilogramů.

Asi není třeba zdůrazňovat, že de facto nikdo v dané době nebyl schopen přesně odhadnout, jaké prostředí na hypersonický kluzák čeká. Otázka použitých materiálů, technických řešení, pohonného systému, chladicího systému a koneckonců také fyziologie posádek zažívajících relativně solidní přetížení vystřídané v té době velmi málo prozkoumaným stavem mikrogravitace — to vše byly problémy, na které bylo třeba získat alespoň rámcové odpovědi předtím, než se stabilizuje design stroje.

To si odpovědní činitelé letectva uvědomovali a proto 14. listopadu 1956 vydalo systémový požadavek SR-131 na „Hypersonic Weapons and Research and Development Supporting Systems Program“, tedy volně přeloženo „hypersonické zbraně a program pro výzkum a vývoj podpůrných systémů“. Tento krkolomný název byl pro zachování příčetnosti a integrity mluvidel zainteresovaných zkrácen na HYWARDS. Tentokrát se nemělo jednat ani tak o studii směřující k funkčnímu zbraňovému systému, nýbrž o čistě výzkumný program s výstupem v podobě experimentálního stroje, jenž měl pomoci odhalit všechny neznámé, před nimiž vývoj hypersonických kluzáků stál.

Programu se chopila NACA, konkrétně středisko Ames Kalifornii a středisko v Langley. Obě střediska postupně přišla s několika vlastními koncepty a konfiguracemi pilotovaného výzkumného stroje. Vedoucí projektu střediska Langley John Becker přišel v lednu 1957 s doporučením svých pracovníků směrem k navýšení rychlosti o třetinu na Mach 18 ve stejné či lehce nižší výšce, než bylo původně v plánu, aby bylo možné detailně co nejlépe prozkoumat termální poměry na plášti stroje. Středisko Langley také zvolilo koncept dolnoplošníku s plochým břichem letounu a deltakřídlem. Zdůvodnění bylo jednoduché — trup se měl nacházet v relativně tepelně odstíněné oblasti nad křídlem a nemuselo by tedy být nutné jej opatřovat tepelným štítem nutným pro hornoplošnou konfiguraci.

Naproti tomu Amesovo středisko, kde se pracemi na HYWARDS zabýval tým, jehož členy byli i Alfred Eggers a Julian Allen (kteří si měli vydobít nehynoucí zásluhy konceptem komolého návratového tělesa, jež je využíváno dodnes v případech všech návratových kabin) přišlo se zcela opačnými závěry: jejich návrh měl podobu stroje s plochým hřbetem, hornoplošným deltakřídlem se sklopenými konci a trupem se zhruba půlkulatým průřezem. Návrh měl dosahovat rychlosti „pouze“ 10 Mach. Postupně se ovšem v Amesově středisku začal paralelně zkoumat i koncept dolnoplošníku.

Oba koncepty měly své výhody i nevýhody. Dolnoplošník umožňoval, jak již bylo řečeno, zjednodušit termální izolaci trupu. Hornoplošník zase poskytoval velmi dobrou stabilitu v hypersonických oblastech letové obálky. Problémem se však ukázalo být nepřekvapivě chlazení. Aktivně uchladit plášť a konstrukci letounu by nebylo bývalo pro tehdejší technologii problémem, ovšem potíž se skrývala v objemu, respektive hmotnosti nutného chladicího média. I pro malý testovací stroj bylo podle propočtů zapotřebí minimálně jedné tuny chladiva, s narůstajícími rozměry kluzáku pak množství potřebného média samozřejmě stoupalo. Za takovýchto okolností nemělo příliš smysl aktivní chlazení používat, protože hmotnost chladiva by spolehlivě vyčerpala (či spíše překročila) kapacitu pro užitečné zatížení. Jedinou možností bylo chladivo současně použít jako pohonnou látku, to však popíralo koncept kluzáku.

Vážený čtenář si jistě pomyslí, proč se tedy studie nezaměřily na efektivní způsob pasivního chlazení, tedy použití takových materiálů, které by ultravysokým teplotám dokázaly odolat. Ani tam však nebylo vše přímočaré. Krom vysokých teplot by musel takovýto materiál či kombinace materiálu odolávat aerodynamickým silám, vibracím a akustickému tlaku, jenž měl podle předpokladů dosahovat až 170 dB. A takový materiál v té době jednoduše neexistoval, pro HYWARDS a další aplikace jej bylo třeba teprve vyvinout. A to si žádalo čas. A aniž to kdo tušil, čas byla komodita, již se Americe na podzim 1957 začalo v souvislosti s vysokovýkonnými transatmosférickými a orbitálními stroji zoufale nedostávat…

(článek má pokračování)

Zdroje obrázků:

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bundesarchiv_Bild_146-1980-009-33,_Walter_Dornberger.jpg (kredit: Bundesarchiv, Bild 146-1980-009-33 / CC-BY-SA 3.0)
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Bellaircraftlogo.png
https://fantastic-plastic.com/uploads/3/5/5/3/35539432/bomi-model1_orig.jpg
https://www.secretprojects.co.uk/threads/hywards.7650/