"Smocza Dama", chiński balon i stary Junkers

Samolot szpiegowski i rozpoznawczy U-2 firmy Lockheed pozostaje w służbie już ponad 68 lat! Przed paroma dniami przypomniał o swoim istnieniu i zaszczytnej służbie, dzięki opublikowanej przez Air Force sweetfoci z chińskim balonem szpiegowskim.

Z rozbawieniem czytałem różne opinie krytykujące Prezydenta Bidena za to, że nie zestrzelił od razu chińskiego szpiega. Tymczasem balon poruszający się na wysokości ponad 18 500 metrów miał bardzo dobre towarzystwo. Bacznie przyglądała mu się „Smocza Dama”, bo takie przezwisko nadali piloci maszynie U-2. „Smoczyca” nie tylko mu się przyglądała, ale rejestrowała wszelkie sygnały elektromagnetyczne jakie ten balon emitował.

Popatrzmy na tego selfisa poniżej. Widzimy na nim na pierwszym planie hełm pilota, przypominający hełmy astronautów. Na drugim planie widzimy skrzydło samolotu zakończone małym zasobnikiem na aparaturę i płozą, na której skrzydło opiera się po ukończeniu dobiegu podczas lądowania.

Ciśnieniowy strój pilota to nie przypadek. Nasza „Smocza Dama” dzięki bardzo przemyślanej konstrukcji skrzydeł i silnika potrafi latać bardzo wysoko. Podczas misji bojowych, lata na wysokościach ponad 24 kilometry. To bardzo dużo i kiedy w 1955 roku samolot ten wykonywał swój pierwszy lot nie mógł go sięgnąć żaden myśliwiec, znajdujący się wtedy na służbie po obu stronach zimnowojennej barykady. Nie było także żadnej klasycznej ani rakietowej artylerii przeciwlotniczej zdolnej go zestrzelić.

Na planie trzecim widzimy chiński balon szpiegowski, na którego powłoce zaznacza się cień U-2.

Przyjrzyjmy się temu balonowi.

Pod balonem widzimy sporych rozmiarów konstrukcję nośną dla gondoli, zawierającej aparaturę sterującą i instrumenty szpiegowskie. Po obu końcach konstrukcji widzimy zespoły paneli ogniw słonecznych, stanowiących źródło energii dla zespołu akumulatorów zasilających przetwornice napięcia. Akumulatory ładowane są podczas dnia i pozwalają na stabilną pracę w nocy, kiedy ogniwa słoneczne nie działają. Widzimy także ogromną liczbę różnego typu anten odbiorczych i nadawczych.

Moje podejrzenie jest też takie, że balon jest wyposażony w nowatorskie wysokonapięciowe sterowanie.

Balon, jako aerostat nie przemiesza się wobec masy powietrza go otaczającego. Do tej pory jedyna możliwość sterowania polegała na zmianie wysokości tak, aby znaleźć się w masie powietrza o innym kierunku przemieszczania się.

Przykładowo standardowy kierunek wiatru przyziemnego różni się od kierunku wiatru na wysokości 1000 metrów o ok. 30°. Ten sposób sterowania wykorzystujemy podczas lotów balonami na ogrzane powietrze i jest on dość efektywny.

W przypadku balonów gazowych, aby ustalić wysokość lotu operuje się balastem i upuszczaniem gazu z powłoki, co jest bardo nieefektywnym sposobem, bo stale tracimy i balast i bezcenny gaz.

Innym pomysłem są tzw balonety, czyli wewnętrzne komory wypełniane nie gazem, a powietrzem. Działają one podobnie jak zbiorniki balastowe na okrętach podwodnych. Balonety stosowano od dawna w bardzo zaawansowanych konstrukcjach balonów. Na przykład, klasyczne balony zaporowe stosowane podczas drugiej wojny światowej. Balonety stosuje się też konstrukcjach sterowców. Dzięki balonetom nie potrzeba otwierać klap upuszczających z powłoki cenny gaz. A pamiętać należy, że każda zmiana wysokości powoduje zmianę objętości gazu – i całej powłoki - jeśli ta powłoka na to pozwala. Jeśli powłoka nie posiada nadmiaru objętości, to oczywiście rośnie ciśnienie gazu wewnątrz powłoki, mogące w konsekwencji doprowadzić do jej rozerwania, co zdarzało się nie tak rzadko. Zatem w prostych balonach gazowych podczas wznoszenia gaz musi uchodzić przez specjalny rękaw, znajdujący się u dołu powłoki. To oczywista nieodwracalna strata ograniczająca czas przebywania balonu w powietrzu, oraz ilość możliwych do wykonania manewrów.

Chiński balon jest zbudowany inaczej. Widać, że posiada powłokę nadmiarową, czyli podczas startu wypełniona była zaledwie w ¼ objętości. Na wysokości, na której nasza "Smoczyca" sfotografowała balon nie ma już miejsca na rozszerzanie się gazu, czyli balon ten wydaje się być na pułapie operacyjnym. Ale to może być złudne. Nie znam wyników badań, ale mogę podejrzewać, że wewnątrz powłoki mogą znajdować się wspomniane już balonety, więc ten balon mógł być może wznieść się jeszcze wyżej. Doniesienia prasowe mówią, że balon manewrował w zakresie wysokości lotu, ale i kierunku przemieszczania, przemieszczając się powoli względem masy powietrza, w której się znajdował. To budzi podejrzenia o aktywny napęd. Przyglądając się powłoce zauważamy pewne struktury w jej budowie. Moim zdaniem budzi to podejrzenia starowania wysokim napięciem przykładanym do powłoki, co daje efekt napędu jonowego, a także klasycznego efektu „rotorowego”. Sterowanie to nie nadaje "dużej" prędkości, takiej jak napędzane śmigłami sterowce, ale ten balon „miał czas“, aby cierpliwie korygować kurs. Oczywiście w bardzo ograniczonym zakresie.

Ale wracajmy do naszej Smoczycy.

Nasz smok, jak to smok, jest oczywiście długowieczny. Testy konstrukcji wykazały, że konstrukcja bez problemu zniesie 75 000 godzin nalotu. Muszę dodać, że współcześnie najbardziej eksploatowany U-2 wylatał 17 000 godzin.

Smoki jak wiadomo należą do bardzo szlachetnych zwierząt niebiańskich. W kulturze Tao pełnią ważną funkcję mądrych strażników Niebios. Pojawienie się smoków na niebie w postaci heksagramu słynnej wyroczni chińskiej, to jeden z najlepszych znaków pomyślności na przyszłość. Ale z zastrzeżeniem, że zna się smocze zwyczaje i pamięta, że miły smok może w każdej sekundzie pokazać swoje pazury, jeśli uzna, że nie jesteśmy godni jego towarzystwa.

W tym opisie smoczych zwyczajów zawarta jest charakterystyka własności pilotażowych Lockheeda U2. To prawdziwy narowisty smok, ale kiedy trafi na pilota potrafiącego go zrozumieć i pokochać, dokonuje rzeczy niezwykłych i niewyobrażalnych.

Ten smok wystartował nawet z lotniskowca, ba potrafił na nim wylądować! Tak, to nie fantazja! Ten smok w specjalnej wersji morskiej, wyposażony w hak do lądowania, w latach sześćdziesiątych testował swoje możliwości startując i lądując na lotniskowcu, a nawet wykonując z niego loty operacyjne.

Jak na nim latać i jak jest zbudowany – o tym będzie ta notka. Zatem do dzieła!

Pomysł na samolot rozpoznawczy pojawił się podczas pierwszej wojny światowej. Samoloty zwiadowcze zapisały się krwawą służbą, bo latając nad okopami wojny pozycyjnej, narażone były na ataki myśliwców i coraz doskonalszej artylerii przeciwlotniczej.

Podczas drugiej wojny światowej Niemcy postawili na rozwój samolotów wysokościowych, latających tak wysoko, że żaden aliancki myśliwiec nie mógł ich zestrzelić, bo nie był w stanie wdrapać się na taki pułap.

Najsłynniejszym tego typu samolotem był Junkers Ju-86 P. Samoloty te operowały bezkarnie nad Anglią i Afryką do czasu wprowadzenia do służby wysokościowej wersji Spitfire, oznaczonej jako Mk. VII. Junkers 86 był samolotem bombowym, który został przeprojektowany do celów wysokościowych misji zwiadowczych. Junkersy Ju-86 w wersji rozpoznawczej jeszcze przed wojną rozpoczęły misje nad Polską, daleko poza zasięgiem polskich myśliwców. Ta bezkarność zainspirowała do stałej pracy nad ulepszaniem tym maszyn, co doprowadziło do powstania wspomnianej wersji P i jeszcze doskonalszej R.

Hugo Junkers zakładając w swojej firmie w 1910 roku  dział budowy samolotów, powołał zespół odpowiedzialny za budowę silników. Sam, na słynnej uczelni RWTH Aachen wykładał studentom termodynamikę i już wtedy jego firma miała ogromne doświadczenie w budowie silników spalinowych przeznaczonych dla różnych samobieżnych maszyn lub stacjonarnych silników pracujących w fabrykach. Zatem szybko zaczęła nie tylko budować silniki lotnicze, ale jeszcze były to silniki nowatorskie, bo oparte na koncepcji Diesla!

Właśnie takie silniki wyposażone w turbosprężarki, zastosowano w przeprojektowanych Ju-86. Drugim założeniem było dostosowanie aerodynamiki płatowca do wymagań lotów wysokościowych. Najważniejszą i doskonale widoczną zmianą, było zastosowanie skrzydeł o znacznym wydłużeniu. Uzyskano to powiększając rozpiętość skrzydeł o ponad 10 metrów! Na rysunku poniżej widzicie szarą sylwetkę Junkersa Ju-86 K, nałożoną na sylwetkę wysokościowej wersji Ju-86 R.

Jak wytłumaczyć konieczność wydłużenia skrzydeł w najprostszy sposób? Na dużej wysokości powietrze z powodu malejącego ciśnienia posiada mniejszą gęstość, co powoduje spadek siły wytwarzanej przez skrzydła. Aby temu przeciwdziałać należy zwiększyć powierzchnię nośną. Aby zmniejszyć szkodliwe poprzeczne przepływy powietrza pomiędzy dolną a górną powierzchnią płata przy jego końcach, buduje się skrzydła o dużej rozpiętości z możliwie najwęższymi końcówkami. Takie skrzydła generują mniejsze opory aerodynamiczne i posiadają dodatkowo znaczną doskonałość. Doskonałość oznacza, możliwość przebycia w locie beznapędowym odległości w funkcji wysokości. Tak, więc samolot o doskonałości 10, może przelecieć z wysokości 1 kilometra odległość 10 kilometrów. Skrzydła o dużym wydłużeniu stosuje się w szybowcach od niemal początków tego typu maszyn. Zatem dobrze zbudowany samolot wysokościowy, zaczyna przypominać proporcjami wyczynowy szybowiec.

Postanowiono też zastosować ciśnieniową kabinę załogi, zmniejszającą obciążenie pilotów przebywaniem na dużej wysokości. Na zdjęciu poniżej widzicie dobrze i kształt ciśnieniowej kabiny i nietypowe osłony silników dieslowskich, które zostały zbudowane na zasadzie przeciwsobnych zespołów tłoki-cylinder. Ciekawych jak te silniki wyglądają, odsyłam do Krakowa, gdzie w Muzeum Lotnictwa eksponowany jest anatomiczny preparat tego typu jednostki napędowej. (Szukając pytajcie o silnik Jumo 205)

Junkersy odniosły duży sukces, latając na wielu frontach zupełnie nie niepokojone przez myśliwce, które nie miały szans na osiągnięcie tak dużego pułapu. Jedynie specjalna wersja Spitfire Mk. VII, opracowana na potrzeby zwalczania tych maszyn, radziła sobie z ich przechwytywaniem, ale tylko do wersji Ju-86 P. Wersja R1 latając powyżej 14 000 metrów pozostawała nadal nieosiągalna dla Spitfire.

Ogromnym atutem Junkersa była nowatorska konstrukcja ciśnieniowej kabiny, mieszczącej dwóch członków załogi.

Po wojnie sukces samolotu Junkersa, natchnął wielu konstruktorów projektujących maszyny rozpoznawcze.

Absolutnie wyjątkowym stał się projekt firmy Lockheed prowadzony przez genialnego inżyniera Kelly Johnsona.

Johnson analizując wszystkie potrzeby, jakie miała spełniać rozpoznawcza maszyna przyjął, jako podstawę duży pułap lotu uniemożliwiający jej przechwycenie przez myśliwce. Postanowił też zrezygnować z ciśnieniowej kabiny, uznając, że pilot powinien otrzymać ciśnieniowy kombinezon, tak zaprojektowany, aby nie ograniczać swobody jego ruchów.

Ciśnieniowy kombinezon był konieczny, bo samolot miał operować na wysokościach, na których ciśnienie było tak małe, że w razie dehermetyzacji kabiny, krew pilota natychmiast zaczęłaby wrzeć, nie dając żadnej szansy na ratunek. Z tego powodu uznał, że ciężka hermetyczna kabina nie zapewni pilotowi szans na przeżycie w sytuacji awaryjnej i bojowej, ale kombinezon wyposażony w awaryjne zasilanie tak. Nie przewidziano też fotela katapultowanego, ani wspomagania sterowania! Wszystko to pozwoliło zredukować ciężar konstrukcji.

Powodzenie samolotu zdaniem Johnsona zależało od jednostki napędowej pracującej efektywnie na dużej wysokości i układu aerodynamicznego.

Zaprojektowano, więc samolot tak, aby mieścił ogromne ilości paliwa, różne konfiguracje sprzętu fotograficznego i elektronicznego, pilota z systemem podtrzymywania życia i jednostkę napędową. Samolot ostatecznie przybrał proporcje i osiągi aerodynamiczne szybowca. Zaprojektowana maszyna posiada doskonałość 25,6!

Warto przypomnieć, że podobną doskonałością w tamtych czasach dysponował szybowiec szkolno-wyczynowy polskiej konstrukcji SZD – 9 „Bocian” (26,4), lub szybowiec wyczynowy klasy standard SZD – 22 „Mucha” (27).

Rozpiętość maszyny U-2 osiągnęła 31 metrów, długość kadłuba 19 metrów. Pusty płatowiec ważył jedynie 7 ton, sama konstrukcja bez silnika ok. 4 tony. Było to rewelacyjnym osiągnięciem. Samolot posiada integralne zbiorniki paliwa w skrzydłach, potrafiące pomieścić 11 000 litrów specjalnej nafty (do dziś jej dokładny skład chemiczny jest objęty tajemnicą). Prędkość operacyjna to około 700 - 760 km/h. Typowe misje rozpoznawcze przebiegają na wysokościach ponad 22 000 metrów. Czas lotu może przekroczyć 12 godzin.

Właściwości lotne maszyny na dużych wysokościach są znakomite, ale podczas lądowania przysporzyła ona wielu pilotom siwych włosów. "Smocza Dama" jak każdy smok uwielbia latać, ale nie lubi lądować.

Piloci bojowi przyzwyczajeni do latania maszynami odrzutowymi, w tamtych czasach wykazującymi się doskonałościami rzędu 7, nagle znaleźli się w samolocie o własnościach szybowca. Wprawdzie przyciemniającego z dużo niższą prędkością od ich dotychczasowych bojowych maszyn, bo zaledwie 120 km/h, ale nie chcącego w zasadzie lądować.

Efekt przyziemny dodatkowo niesie maszynę nad pasem lądowania bez chęci do przyziemienia. W tej fazie piloci U-2 mają bardzo ograniczoną widoczność i trudno im ocenić wysokość, na jakiej się znajdują. Maszyna posiada jednotorowe podwozie z kółkiem ogonowym. Na końcach skrzydeł umieszczono płozy, na których w końcowej fazie lądowania nasza „Smoczyca” opiera jedną z końcówek skrzydeł. Tak, lądują też sportowe szybowce. Tylnie kółko jest konieczne dla umożliwienia bezpiecznego przyziemienia. Bo zadaniem pilota jest podprowadzenie maszyny na pas lądowania i wyrównanie na wysokości ok. 2.5 nad ziemią. Po wyrównaniu pilot delikatnie ciągnąc wolant, stale obniża wysokość lotu, aż do dotknięcia podwoziem pasa lądowania. Powinno to odbyć się przy prędkości bliskiej przeciągnięcia – podczas, którego na górnej powierzchni skrzydła odrywają się strugi powietrza, powodując utratę siły nośnej - tak aby maszyna nie wykonała kangura, odbijając się od ziemi.

Dodatkowo maszyna jest bardzo wrażliwa na boczny wiatr. Na skrzydłach posiada niewielkie przerywacze poprawiające skuteczność lotek, ale brakuje jej hamulców aerodynamicznych, jakie posiadają szybowce sportowe.

Wprawdzie z boku kadłuba otwierają się małe hamulce aerodynamiczne, ale nie mogą one zerwać oczywiście strug na skrzydle, więc nie poprawiają komfortu lądowania. Profil długiego skrzydła optymalizowany jest do lotów z prędkościami do 760 km/h, co oznacza, że podczas lądowania maszyna używa klap. Wysunięte klapy dodatkowo czynią maszynę wrażliwą na boczne podmuchy wiatru.

Opracowano specjalną technikę lądowania.

Na progu pasa lądowania na U-2 oczekuje specjalny samochód, który rusza w pogoń za ogonem wyrównującej lot maszyny. Za kierownicą tych samochodów zasiadają doświadczeni piloci, podający kolegom w kabinie lądującej maszyny wysokość, na jakiej znajdują się koła podwozia. Dzięki tym komendom, pilot może skupić się na utrzymaniu kierunku lądującej maszyny, nie przejmując się oceną wysokości! Pomysłowe i skuteczne rozwiązanie, oszczędzające nerwy pilotom i straty sprzętowe.

Pierwszy lot U-2 wykonał w 1955 roku.

Już w czerwcu 1956 roku pilot Carl Overatreet wykonał misję testową, startując z lotniska w Wiesbaden (Niemcy) nad Berlin i Warszawę. Rezultaty fotografowania były olśniewające, dzięki aparatom fotograficznym o niemal doskonałej optyce. Misja odbyła się pod dowództwem CIA. Samolot był ściśle tajny.

Już 20 czerwca 1956 roku, z Wiesbaden wystartował na swojej „Smoczycy” pilot Hervey Stocman, kierując się nad Berlin, a stamtąd nad Północną Polskę, skąd poleciał nad Białoruś, aż do Mińska, gdzie skierował się nad Leningrad, a z Leningradu już tylko mała wycieczka wzdłuż wybrzeża Estonii, Łotwy i Litwy, nad centralną Polskę i do domu na lotnisko w Wiesbaden.

Cały lot trwał 8 godzin i 45 minut, a aparatura samolotu zarejestrowała wściekłe próby przechwycenia przez lotnictwo Układu Warszawskiego.

Do pierwszego zestrzelenia U-2 przez radziecką obronę rakietową, doszło 1 maja 1960 roku po 27 udanych misjach zwiadowczych nad ZSRR.

Od tego czasu zmieniono taktykę wykorzystania maszyn, oddając je pod dowodzenie US Air Force.

Na koncie mają one ogromne sukcesy. To one wykryły rosyjskie rakiety na Kubie. Podczas wielu konfliktów były trzonem lotniczego rozpoznania. Ostatnie maszyny wyprodukowano pod koniec lat osiemdziesiątych i są stale modernizowane.

Jeden z nich zapewne przyczyni się do opracowania metod zwalczenia chińskich balonów szpiegowskich.