Eksperymentalny North American XB-70 Valkyrie

Wraz z początkiem Zimnej Wojny, w USA rozpoczęto wiele programów zbrojeniowych, które miały znacząco zwiększyć przewagę Stanów Zjednoczonych nad ZSRR. Jednym z takich programów był projekt stratosferycznego, naddźwiękowego bombowca strategicznego B-70. Chociaż projekt nie został zrealizowany, zbudowano dwa samoloty North American XB-70 Valkyrie, które wykorzystano do testów i badań.

Geneza

Po zakończeniu II wojny światowej amerykańskie lotnictwo strategiczne zaczęło przechodzić stopniową transformację. Duże formacje tradycyjnych bombowców z silnikami tłokowymi zaczęto zastępować maszynami przystosowanymi do przenoszenia bomb atomowych. W pierwszej kolejności zastąpiono bombowce B-29, wprowadzając do eksploatacji ich ulepszony wariant B-50, który został z czasem zastąpiony bombowcami B-36 Peacemaker, a później odrzutowymi B-47.

Na początku lat 50. do służby zaczęto natomiast wprowadzać bombowce B-52 Stratofortress, które znacząco zwiększyły możliwości amerykańskiego lotnictwa strategicznego zarówno w zakresie tradycyjnych bombardowań, jak i przy użyciu broni nuklearnej. Amerykańscy wojskowi zdawali sobie jednak sprawę z istotnej wady tych maszyn. W przypadku wykrycia przez radar, bombowce te, osiągając prędkość poddźwiękową były praktycznie bezbronne w starciu z myśliwcami o napędzie odrzutowym, takimi jak MiG-19, zdolny do osiągania prędkości naddźwiękowej.

Przy ówczesnych możliwościach technicznych, najlepszym rozwiązaniem tego problemu wydawało się wprowadzenie do eksploatacji bombowca strategicznego zdolnego do lotów z prędkością naddźwiękową,  na pułapie ponad 20 km. Dzięki temu, maszyna byłaby niewrażliwa na atak myśliwców, z których większość nie była przystosowana do lotów na takiej wysokości.

W 1955 roku USAF przygotowało wstępną, ogólną specyfikację dla nowego bombowca, którą przekazano wiodącym producentom samolotów wojskowych w USA. Według założeń, nowy bombowiec miał w pewnym sensie być dalekim rozwinięciem idei przyświecającej twórcom bombowca B-58 Hustler (zdolnego do osiągania prędkości 2 Machów), ale przystosowanego do lotów na pułapie ponad 20 km, tak jak opracowany w tym samym czasie samolot rozpoznawczy Lockheed U-2. Zakładano również, że nowa maszyna zastąpi docelowo bombowce B-52 w roli nosicieli broni atomowej i maszyn pierwszego uderzenia w ataku na ZSRR. Według założeń, prędkość rejsowa bombowca miała wynosić około 0,9 Macha, a przy zastosowaniu dopalaczy, miała czasowo wzrastać do 2-3 Machów.

Początek prac

Do prac nad nowym bombowcem dla USAF przystąpiły ostatecznie zakłady Boeinga i North American. Wśród licznych koncepcji, jakie obie firmy zaczęły rozważać, było opracowanie samolotu o napędzie atomowym, ale wraz z fiaskiem programu NB-36H, pomysł ten zarzucono. Kolejna koncepcja zakładała zbudowanie modułowego samolotu, wyposażonego w dodatkowe dopalacze i zbiorniki paliwa w przedłużonych końcówkach skrzydeł, które odrzucano by po zużyciu paliwa, aby zmniejszyć opór powietrza i wydłużyć zasięg. Wyliczono, że samolot o takiej konstrukcji miałby masę startową około 340 ton.

Po przeanalizowaniu tej koncepcji, USAF kategorycznie ją odrzuciło, stwierdzając, że tak ciężki samolot byłby po prostu za duży do operowania z ówczesnych lotnisk, a jego konstrukcja byłaby zbyt skomplikowana, przez co wzrosłyby koszty produkcji i eksploatacji. W październiku 1956 roku zakończono w związku z tym tę część projektu, ale zarówno Boeing jak i North American miały kontynuować prace koncepcyjne nad bardziej realnymi maszynami.

Na bazie doświadczeń z eksploatacji świeżo wprowadzanych do służby maszyn, w 1957 roku USAF przygotowało nowe wytyczne dla przyszłego bombowca, które zakładały, że samolot będzie zdolny do lotów z prędkością 3 Machów przez całą misję, a nie tylko przez krótki czas przy użyciu dopalacza. Całkowicie zmieniło to sytuację i sprawiło, że koncepcja modułowego samolotu definitywnie straciła rację bytu. Początkowo konstruktorzy nie mieli pomysłu jak spełnić oczekiwania wojska, ale z pomocą przyszła im jednak nauka. W trakcie prowadzonych w tym czasie eksperymentów z samolotami naddźwiękowymi naukowcy odkryli zjawisko „kompresji siły nośnej”.

Zjawisko to polega na wytworzeniu fali uderzeniowej przez powierzchnie sterowe, umieszczone w przedniej części kadłuba samolotu, która prowadzi do skompresowania powietrza za nimi. Przy odpowiednim ustawieniu skrzydeł, zjawisko to zwiększa siłę nośną podczas lotów naddźwiękowych. Inżynierowie North American zauważyli ponadto, że przy zastosowaniu ruchomych końcówek skrzydeł, które można było odginać do dołu, jeszcze bardziej wzmacniano efekt kompresji siły nośnej.

Dzięki tej wiedzy, oraz dzięki nowym osiągnięciom w dziedzinie projektowania silników turboodrzutowych, możliwe stało się opracowanie samolotu zdolnego do osiągania prędkości 3 Machów. Pozostał jeszcze problem dobrania odpowiednich materiałów, odpornych na działanie bardzo wysokich temperatur, które pojawiłyby się przy takiej prędkości. Zakładano, że przy 3 Machach konstrukcja maszyny nagrzewałaby się do 230 °C, krawędzie natarcie nawet do 330 °C, a w komorach silników temperatura dochodziłaby do 540 °C.

Inżynierowie North American opracowali w związku z tym wielowarstwowe poszycie składające się z dwóch warstw stali nierdzewnej rozdzielone specjalną folią o strukturze plastra miodu. Pozostałe elementy konstrukcji, zwłaszcza silników miały być wykonane z tytanu. Rozwiązywało to większość problemów konstrukcyjnych, w związku z czym 24 stycznia 1958 roku North American otrzymał kontrakt na opracowanie nowego bombowca, który otrzymał oznaczenie B-70 i nazwę Valkyrie, którą wyłoniono w konkursie. USAF zamówiło 4 prototypy i docelowo 50 maszyn seryjnych.

Projekt bombowca B-70 Valkyrie

Prace nad bombowcem B-70 przebiegały powoli, ponieważ chociaż przezwyciężono większość najważniejszych problemów, inżynierowie musieli dopracowywać szczegóły konstrukcji, systemy nawigacyjne, sterowania itp. Projekt pochłaniał olbrzymie sumy pieniędzy, co nie przysparzało mu zwolenników, zwłaszcza w Kongresie.

Równocześnie pojawił się nowy problem. Do połowy lat 50. bombowce strategiczne były jedynymi nosicielami broni atomowej, a dokładnie bomb atomowych. W 1957 roku w ZSRR opracowano jednak międzykontynentalny pocisk balistyczny R-7, co zapoczątkowało nową erę w rozwoju broni atomowej. Kolejnym ciosem dla programu B-70 było skasowanie w 1959 roku projektu naddźwiękowego myśliwca North American XF-108 Rapier, który miał dzielić z bombowcem B-70 część rozwiązań konstrukcyjnych i niektóre elementy, w celu obniżenia kosztów.

Nie był to jednak koniec problemów projektu. Rozwój technologii rakietowej pozwolił na opracowanie nowego, skutecznego typu uzbrojenia przeciwlotniczego – rakiet przeciwlotniczych ziemia-powietrze. Chociaż pomysł wykorzystania rakiet do zwalczania samolotów sięga II wojny światowej, amerykańscy decydenci ignorowali go podczas prac nad bombowcem B-70. Gdy 1 maja 1960 roku Rosjanie zestrzelili pilotowanego przez Francisa Gary’ego Powersa Lockheeda U-2, Amerykanie zdali sobie sprawę z fakty, że nawet wysoki pułap nie będzie już zapewniał ochrony ich samolotom.

Amerykańskie władze całkowicie straciły wówczas sympatię do projektu bombowca, ale programu nie skasowano, ponieważ stał się on elementem kampanii prezydenckiej 1960 roku, którą wygrał ostatecznie John F. Kennedy, będący w trakcie walki o fotel prezydencki wielkim orędownikiem projektu (głównym powodem była walka o głosy osób związanych z przemysłem lotniczym, obawiających się o utratę pracy w przypadku skasowania zbędnych projektów).

Mimo początkowego entuzjazmu, w styczniu 1961 roku obejmując urząd prezydenta, Kennedy otrzymał dokładne analizy dotyczące programu B-70, na podstawie których 28 marca podjął decyzję o skasowaniu programu bombowca. Aby nie zmarnować wydanych już około 800 mln dolarów (współcześnie około 6,7 mld dolarów), zarekomendował przy tym kontynuowanie prac nad maszyną, w celu wykorzystania jej do badań nad lotami naddźwiękowymi.

Przez kolejnych 12 miesięcy trwała jeszcze polityczna rywalizacja w sprawie projektu. Część lokalnych polityków chciała kontynuowania prac nad bombowcem i naciskała na House Armed Services Committee, aby dalej finansowało projekt. Ostatecznie 19 marca 1962 roku Kennedy porozumiał się z Carlem Vinsonem, przewodniczącym HASC, utrzymując swoją decyzję o zawieszeniu projektu bombowca B-70.

Z bombowca w samolot eksperymentalny

Na mocy decyzji prezydenta z marca 1961 roku zredukowano zamówienie do 3 prototypów nowego samolotu, pozbawionego już wyposażenia wojskowego, oznaczonych jako North American XB-70 Valkyrie. Budowę pierwszej maszyny, oznaczonej jako AV-1 ukończono 7 maja 1964 roku, a oficjalna prezentacja miała miejsce 11 maja w Palmdale w Kalifornii. W lipcu 1964 roku zrezygnowano z budowy trzeciej maszyny. a drugi prototyp, AV-2, ukończono 15 października 1964 roku.

Parametry techniczne:

XB-70 miał 56,4 m długości i 32 m rozpiętości skrzydeł. Masa pustego samolotu wynosiła 115 ton, natomiast maksymalna masa startowa aż 245,8 tony. Napęd stanowiło 6 silników turboodrzutowych General Electric YJ93-GE-3. Zapewniały one prędkość maksymalną 3,1 Macha, a zasięg wynosił około 6900 km. Załoga liczyła dwie osoby (w przypadku bombowca B-70, załoga miała liczyć 4 osoby – dwóch pilotów, nawigator i bombardier).

Oblot pierwszego prototypu miał miejsce 21 września 1964 roku. Ze względu na problemy z silnikami (z których jeden trzeba było wyłączyć), podwoziem i poszyciem, lot wykonano z wypuszczonym podwoziem i limitem prędkości wynoszącym 630 km/h. Dodatkowo podczas lądowania zablokowało się jedno z kół podwozia, co doprowadziło do pożaru.

Mimo problemów próby kontynuowano, a podczas trzeciego lotu, 12 października 1964 roku AV-1 po raz pierwszy przekroczył prędkość dźwięku, natomiast w kolejnym locie, 24 października utrzymywał ją przez 40 minut. 14 października 1965 roku AV-1 po raz pierwszy przekroczył prędkość 3 Machów na wysokości 21 km. W trakcie lotów zaczęły wychodzić na jaw liczne problemy z poszyciem, które nie wytrzymywało tak wysokich prędkości i po prostu odpadało. W związku z tym dla prototypu AV-1 ustalono limit prędkości wynoszący 2,5 Macha.

Ze względu na problemy z pierwszym prototypem, druga maszyna wróciła do fabryki przed oblotem, gdzie poddano ją modernizacji, w ramach której poprawiono wytrzymałość poszycia. Oblot AV-2 miał miejsce 17 lipca 1965 roku, a 3 stycznia 1966 roku samolot osiągnął prędkość 3 Machów na pułapie 22 km. W trakcie dalszych prób, 12 kwietnia 1966 roku AV-2 przez 20 minut utrzymywał prędkość 3,08 Macha, a 19 maja utrzymał prędkość 3,06 Macha przez 32 minuty, co pozwoliło na pokonanie dystansu 3900 km w trakcie trwającego łącznie 91 minut lotu.

Niestety 8 czerwca 1966 roku doszło do wypadku, w którym prototyp AV-2 uległ zniszczeniu. Tego dnia XB-70 AV-2 wziął udział w wspólnym locie w formacji, w skład której wchodziły samoloty McDonnell Douglas F-4 Phantom II, Northrop F-5 i T-38 Talon oraz Lockheed F-104 Starfighter. Celem lotu było wykonanie sesji zdjęciowej dla firmy General Electric, produkującej silniki lotnicze. Po jej zakończeniu, pilot testowy NASA, Joe Walker, siedzący za sterami F-104 postanowił odwrócić maszynę, ale podczas wykonywania manewru uderzył o skrzydło i statecznik pionowy XB-70.

F-104 eksplodował, a pozbawiony statecznika i części skrzydła XB-70 zaczął spadać, po czym rozbił się niedaleko Barstow w Kalifornii. W wypadku zginął pilotujący F-104 Joe Walker, oraz drugi pilot XB-70, Carl Cross. Pierwszy pilot zdążył się katapultować i mimo odniesionych bardzo poważnych ran, przeżył. Przeprowadzone po katastrofie śledztwo wykazało, że Joe Walker prawdopodobnie nie zauważył, że znajduje się tak blisko skrzydła XB-70 (którego nie widział z kokpitu). Dodatkowo F-104 podczas wykonywania manewru prawdopodobnie wpadł w wir powietrzy wytworzony przez XB-70, co dodatkowo zniosło go z kursu.

https://www.youtube.com/watch?v=fCORwUxlNQo

Koniec programu

Po utracie AV-2, North American został z niezmodernizowanym prototypem AV-1. Podjęto w związku z tym decyzję o częściowej modernizacji maszyny i kontynuowaniu rozpoczętych już prób, wspólnie z NASA, które włączyło się do programu 3 listopada 1966 roku. Próby kontynuowano przez kolejne dwa lata, zdobywając cenne doświadczenie, wykorzystane przy projekcie bombowca B-1 Lancer (ostatecznie zrealizowanego w wersji B-1B).

Ostatni lot naddźwiękowy AV-1 miał miejsce 17 grudnia 1968 roku, a ostatni lot maszyna wykonała 4 lutego 1969 roku. Tego dnia samolot został przebazowany do bazy Wright-Patterson, gdzie stał się kolekcją lokalnego muzeum lotniczego – obecnie National Museum of the United States Air Force, gdzie znajduje się do dnia dzisiejszego. W trakcie prób, pierwszy prototyp wykonał łącznie 83 loty, spędzając w powietrzu 160 godzin. Drugi prototyp wykonał 46 lotów, spędzając w powietrzu 92 godziny. Analiza pozyskanych w trakcie wszystkich lotów danych trwała do kwietnia 1972 roku i zakończyła się opublikowaniem obszernego, czterotomowego raportu.

Ostateczny koszt programy B-70 i późniejszego XB-70 wyliczono na łącznie 1,5 mld dolarów (współcześnie około 10,8 mld dolarów). Suma ta nie jest jednak pełna i nie odzwierciedla kosztów pobocznych programów organizowanych równolegle z XB-70, a które miały znaczący wpływ na rozwój projektu.

W swoim czasie projekt XB-70 uznawany był za jeden z najdroższych projektów zbrojeniowych w USA. Jego znaczenie militarne ostatecznie nie było duże, ale pozyskane doświadczenie pomogło w przygotowaniu wielu innych projektów lotniczych w USA, oraz… ZSRR. Plany XB-70 zostały prawdopodobnie wykradzione przez rosyjskich szpiegów i posłużyły do opracowania podobnego projektu w ZSRR, pod postacią samolotu Suchoj T-4. Radziecka maszyna miała kilka wspólnych cech z XB-70, jednak ogólnie powstała według innych założeń. Jej los, chociaż mniej tragiczny, ponieważ nie doszło do żadnego wypadku, był równie nieudany i po zaledwie 10 lotach samolot trafił do muzeum w Monino.