Když konstruktér Kelly Johnson z legendární divize Skunk Works navrhl v polovině padesátých let špionážní letoun Lockheed U-2, stvořil stroj schopný létat v nepředstitelné výšce přes jednadvacet kilometrů mimo dosah tehdejších stíhaček i raket. Ve stratosféře však piloti čelili extrémnímu aerodynamickému fenoménu známému jako „rakevní kout“, kde pádovou rychlost a kritické Machovo číslo dělilo pouhých pět uzlů. Sebemenší poryv větru nebo zaváhání pilota znamenalo buď pád do ploché vývrtky, nebo okamžitou strukturální destrukci stroje vlivem rázových vln.
Geniální kluzák z dílny Skunk Works: Když konstruktér osekal každé zbytečné kilo
Na počátku padesátých let 20. století čelila americká rozvědka CIA a velení strategického letectva zásadnímu problému: Sovětský svaz se neprodyšně uzavřel za železnou oponou a vyvíjel jaderný arzenál s bombardéry dlouhého doletu. Jediným způsobem, jak zjistit skutečný stav sovětského zbrojení, bylo vyslat průzkumný letoun přímo nad nepřátelské území ve výšce, kam žádná soudobá stíhačka ani protiletadlové dělo nedosáhly. Tuto výzvu přijal legendární šéfkonstruktér Clarence „Kelly“ Johnson z tajné divize Skunk Works společnosti Lockheed, jehož konstrukční tým vytvořil stroj Lockheed U-2, jak podrobně dokumentuje letecký archiv Military Factory. Johnsonův koncept byl radikální: vzal proudový motor Pratt & Whitney J57 a obestavěl jej neuvěřitelně štíhlým trupem připomínajícím obří motorový kluzák.
Aby letoun dokázal vystoupat do řídkého vzduchu stratosféry ve výšce nad 70 000 stop (přes 21 300 metrů), musel být extrémně lehký. Johnson nemilosrdně odstranil vše, co nebylo pro přežití a snímkování nezbytné. Letoun neměl pancéřování, hydraulické posilovače řízení a jeho nosná struktura byla dimenzována na minimální přetížení pouhých 2,5 g. Křídla s obrovským rozpětím 24 metrů (u modernizovaných verzí U-2S dokonce 31 metrů) sloužila jako obří palivové nádrže. Každý ušetřený kilogram znamenal možnost vystoupat o desítky metrů výše.
Nejmarkantnějším projevem této úsporné filozofie byl podvozek. Běžný těžký tříbodový podvozek byl nahrazen tandemovým bicyklovým systémem: dvě zatahovací dvojkolí byla umístěna za sebou přímo v ose trupu. Aby se dlouhá a pružná křídla při pojíždění na zemi nedotýkala asfaltu, podpírala je malá pomocná kolečka na vzpěrách zvaná „pogos“. Ta byla konstruována tak, že jakmile se letoun při vzletu odlepil od ranveje, vypadla z pouzder a zůstala ležet na zemi. Podobné radikální odlehčování materiálů provázelo i pozdější vývoj legendárního černého letounu, jak rozebíráme v článku o nadzvukovém průzkumníku SR-71 Blackbird ze Skunk Works.
Past rakevního koutu: Balancování na břitvě mezi pádem a rychlostí zvuku
Skutečné fyzikální drama začínalo ve chvíli, kdy U-2 dosáhl své operační letové hladiny. Ve výšce 70 000 stop činí hustota atmosféry pouhých přibližně sedm procent hodnoty u hladiny moře. V takto řídkém vzduchu klesá aerodynamický vztlak na minimum. Aby křídla udržela letoun ve vzduchu, musel U-2 letět velmi vysokou skutečnou rychlostí (TAS – True Airspeed). To znamenalo, že pádová rychlost (rychlost, při níž dochází k odtržení proudění a ztrátě vztlaku) dramaticky stoupala.
Současně s tím však v mrazivé stratosféře s klesající teplotou prudce klesá rychlost zvuku. Na horní straně tlustého profilu křídla U-2 začínal vzduch proudit nadzvukovou rychlostí už při poměrně nízkých rychlostech letounu – nastávalo kritické Machovo číslo (Mach crit). Pokud letoun letěl příliš rychle, na křídlech se vytvořily rázové vlny, které způsobily prudké třepotání (buffeting), ztrátu řiditelnosti a mohly křehkou konstrukci letadla doslova roztrhat. Fyzikální zákonitosti transonického proudění a vzniku rázových vln podrobně vysvětlujeme v našem textu o proražení zvukové bariéry letounem Bell X-1.
V maximální výšce se obě tyto hraniční křivky na rychloměru prakticky dotkly. Tento stav piloti a aerodynamici nazývají „rakevní kout“ (Coffin Corner). V letové hladině nad 21 kilometrů dělilo pádovou rychlost a kritické Machovo číslo pouhých pět uzlů (přibližně 9 km/h)! Pokud pilot zpomalil o pouhých pět uzlů, letoun ztratil vztlak a zřítil se do nezvladatelné vývrtky. Pokud zrychlil o pět uzlů, narazil do rázové vlny a hrozila strukturální destrukce. Pilot musel po dobu osmi až deseti hodin letu neustále s chirurgickou přesností balancovat na této neviditelné břitvě pomocí plynové páky, zatímco autopilot starších verzí nebyl schopen takto jemné korekce provádět.
Peklo v přetlakovém obleku a přistání, které řídily sportovní vozy na ranveji
Létání v U-2 bylo nejen aerodynamickou, ale i obrovskou lidskou výzvou. V letové hladině 70 000 stop je atmosférický tlak tak nízký, že překračuje takzvanou Armstrongovu linii (cca 19 kilometrů). Pokud by v této výšce došlo k náhlé dekompresi kabiny, tělesné tekutiny pilota – včetně slin a krve – by vlivem poklesu tlaku začaly při normální tělesné teplotě okamžitě vřít. Piloti U-2 proto museli nosit kompletní přetlakové skafandry Model S1034, které se staly přímým technologickým předchůdcem obleků pro astronauty NASA.
Pobyt ve skafandru byl vyčerpávající. Před každým startem musel pilot hodinu dýchat čistý kyslík, aby z krve vyplavil dusík a předešel kesonové nemoci. V kokpitu měl extrémně omezený pohyb i výhled. Jídlo a voda byly podávány v tubách přes speciální port v helmě. Největší zkouška však přicházela na samém konci mise při návratu na základnu. Technická data a provozní historii letounu shrnuje databáze WeaponSystems.net.
Přistání s U-2 je dodnes považováno za jeden z nejobtížnějších manévrů v letectví. Obří štíhlá křídla těsně nad zemí generují mohutný přízemní efekt (ground effect). Letadlo funguje jako kluzák a odmítá dosednout na dráhu – vznáší se několik desítek centimetrů nad betonem a jakýkoliv neopatrný pohyb kniplem může způsobit odskok a havárii. Pilot navíc v těžké helmě nevidí konec ranveje ani vzdálenost podvozku od země. Americké letectvo proto vyvinulo unikátní systém doprovodných automobilů (chase cars). Rychlé sportovní vozy – původně Pontiac GTO a Chevrolet Camaro, později Ford Mustang a Dodge Charger – vyrazily za přistávajícím letounem rychlostí přes 220 km/h. V autě seděl zkušený pilot U-2, který přes vysílačku v reálném čase hlásil pilotovi výšku v decimetrech až do okamžiku, kdy stroj ztratil rychlost a dosedl na tandemový podvozek.
Konec nepostižitelnosti nad Sverdlovskem a nečekaný život v 21. století
Mýtus o absolutní nedotknutelnosti U-2 definitivně padl 1. května 1960. Během špionážního přeletu nad sovětským územím z pákistánského Péšávaru do norského Bodø byl letoun pilota Francise Garyho Powerse u Sverdlovska zasažen salvou nově vyvinutých sovětských protiletadlových raket S-75 Dvina (SA-2 Guideline). Tlaková vlna exploze zlomila křehká křídla a Powers se musel katapultovat. Incident vyvolal obrovskou mezinárodní krizi, zhatil mírový summit v Paříži a donutil americké vedení zrušit veškeré další přelety nad sovětským územím.
Zatímco mnozí předpovídali U-2 rychlý konec, opak se stal pravdou. Výroba satelitů byla drahá a jejich oběžné dráhy byly předvídatelné. Lockheed proto U-2 opakovaně modernizoval: zvětšil drak letounu o třetinu (verze U-2R a TR-1) a vybavil jej špičkovou digitální optikou a radary se syntetickou aperturou (SAR). Historické exempláře z rané éry jsou dnes chloubou předních muzeí, jak dokládá sbírka Smithsonian National Air and Space Museum.
Vznikl tak jeden z největších paradoxů vojenské techniky: zatímco jeho mnohem slavnější, trojnásobně rychlejší nástupce SR-71 Blackbird byl pro astronomické provozní náklady vyřazen už v devadesátých letech, modernizovaný U-2S Dragon Lady létá v řadách USAF i po sedmdesáti letech od svého prvního vzletu. Žádný bezpilotní letoun ani satelit totiž nedokáže nabídnout takovou kombinaci okamžité reakční doby, schopnosti kroužit hodiny nad zájmovou oblastí a nést až dvě a půl tuny těch nejcitlivějších průzkumných přístrojů na samotném okraji vesmíru.
