人類第一次駕駛飛機飛到太空邊緣
在世界航空技術的發展中，對於速度的追求一直以來都沒有鬆懈過，尤其是在大氣層內實現極超音速飛行動力系統的研發也從未停下腳步，本期武器大講堂和大家分析一款使用超聲速燃燒衝壓式發動機的高超音速研究項目-美國北美公司研發的X-15試驗機。
使用轟炸機空中投放的X-15試驗機中
X-15試驗機是在上個世紀50年代開始研發的，當年美國國家航空航天局打算對衝壓發動機在4~8馬赫時的工作情況並試驗在高空高速條件下對氣動力、材料和飛行控制技術以及飛行員的生理情況，開始發展一個高超音速研究發動機計劃。
當時北美航空、貝爾、道格拉斯以及共和公司都參與了項目的競標，最終在1955年9月北美航空公司獲得項目競標，此項目中北美航空公司負責飛機機身的打造，而發動機則由React Motors製造，相當於由兩家公司共同研發。
北美航空公司在1959年3月19日開始進行X-15飛機的第一次試飛，並在隨後優化之後，進行了大量的挑戰，並不斷的刷新世界飛行記錄，最大的飛行速度達到了M6.72，而飛行高度甚至達到了大氣層的邊緣，這些實驗為之後的研究提供了重要的資料基礎。
當年研發出來的X-15試驗機長15.45 m、高4.12m、空重6.62噸，機身設計非常小巧，整體的外形非常細長，截面類似於圓柱形。
前部為機艙的結構中後部是引擎和燃油系統，機艙採用由鋁製成，與機身的結構是隔離開的，這樣的設計是為了避免在大氣層中高速飛行時機身外表面產生大量的熱量影響到機艙內的溫度。
同時為了讓機身能夠承受住在大氣層中飛行時空氣動力加熱，機身外殼採用名稱為Inconel X的鎳鉻合金製成，這種材料可以承受1200華氏度的空氣動力學溫度，機背使用整流罩處理，讓整個機背變平，從而更符合空氣動力學設計。
在機身中後的部位，設計了一對楔形的中單翼，用以穩定機身和增加升力，並且主翼上設計有襟翼並安裝有特殊的推力反應控制火箭，這個火箭主要用於調整飛機的姿態使用。
尾翼為十字形尾翼，尾翼設計有垂尾和平尾，平尾稍微向下傾斜，垂尾的形狀設計也一樣採用了楔形形狀。
當時設計師設計的時候發現楔形的形狀會比傳統的形狀在高超聲速下作為穩定表面更加有效，再加上要X-15在高速飛行的時候具有足夠的方向穩定性，就需要垂直尾翼面積等於機翼面積的60％，所以跟主機翼使用一樣的形狀是最好不過的了。
在尾部的腹部，還設計有一個腹鰭，腹鰭作用是為了控制高速飛行時的穩定性能，配合尾翼的結構形成類似於高速飛彈的翼面控制，不過這個腹鰭的高度略微大，所以在放下之後會超過後部的著陸橇，所以腹鰭設計成了兩段式的結構，當降落的時候最下方的一部分會通過降落傘拋棄掉，並在後續回收利用。
這裡需要提下這款飛行器的支撐結構，為了降低整個飛機的重量，期前起落架使用的是常規的雙輪起落架，不使用的時候向前收入機鼻內，而後部則直接拋棄了輪式起落架的結構，使用了更加簡單的一對降落橇用來支撐飛機降落。
動力系統方面，X-15高速試驗機使用了一具XLR99 -RM-2 液體燃料火箭發動機，這具引擎使用液氨和液態氧作為燃料提供動力，使用過氧化氫來驅動將渦輪推進劑輸送至發動機的高速渦輪泵，能輸出313 kN的推力，攜帶的燃料大約有8噸。
但是這些燃料能提供給火箭發動機的時間非常少，也是因為火箭發動機燃料消耗量驚人，所以這款飛行器並不能直接從地面起飛，而是通過載機進行攜帶到高空起飛。
當時的操作是使用一架 B-52載機，將X-15試驗機掛在B-52載機的機翼下，然後將這款飛行器運到高空並給它一個初速度，當到達一定的高度和初速度之後，在空中向上發射飛行。
當發射出去之後，X-15試驗機自身攜帶的燃料可以維持飛行 80～120 秒進行持續的加速，在後期實驗的時候還把機身加長了71釐米，並機翼下增加了兩個分別裝有液氨和液氧的罐體，這樣可以額外的多提供60秒的飛行時間。
通過這種方式讓其達到了驚人的6.72馬赫最大速度，直接刷新了有人飛行器的世界速度紀錄，而最大的爬升高度更是達到了108000米，這個高度已經超過了美國空軍所制訂宇宙飛行的標準高度，已經到達外太空邊緣。
這個高度的大氣已經非常稀薄，所以飛行器上的各種氣動結構都不起作用了，因此設計師在機鼻和機翼上加裝了推力反應控制系統，這個系統是通過機頭上的過氧化氫推力火箭用來提供了飛行器的俯仰和偏航控制，而機翼上的則是側傾控制，用來取代垂尾和機翼的常規空氣動力學控制面的工作。
通過這套系統飛行員能夠保持飛行器在太空邊緣飛行時進行控制，當下降到大氣層內部空氣密集的高度時，就可以直接使用常規的空氣動力學控制面在大氣中滑翔。
也是因為能到達太空的邊緣，飛行員都需要穿戴太空衣進行駕駛，駕駛艙內還配備有彈射座椅以便突發情況下緊急逃生。
而降落的過程中為什麼說是滑翔呢？這是因為X-15從載機上釋放後，火箭助推器只有不到120秒的時間進行加速，然後剩下的差不多10分鐘左右的時間只能是無動力滑翔加速，當到達極限速度之後就沒有到動力了，因此降落的過程只能是滑翔降落。
當年X-15試驗機出色的完成了試驗，並記錄了飛行過程中的穩定性和控制性，包括材料變化、衝擊相互作用、高超音速湍流邊界層、蒙皮摩擦、反應控制射流的基準高超音速數據、空氣動力學加熱和傳熱等等一系列問數據。
同時還創造了大量的世界紀錄，是此類飛行器首次載人飛向太空邊緣，並且還是世界上第一架達到超音速或超過聲速五倍的飛機。
這款飛行器可以說是美國1960年代發展太空飛行的重要工具，為後來的太空發展和超音速飛行器的發展奠定了基礎，並積累了大量的技術，不愧是一款跨時代的試驗機。