The "VORON" project: il Lockheed D-21 fu un aeromobile a pilotaggio remoto (APR) da ricognizione dell'USAF

Il Lockheed D-21 fu un aeromobile a pilotaggio remoto (APR) da ricognizione dell'aeronautica militare degli Stati Uniti con velocità massima nell'ordine dei Mach 3, che era stato progettato per operare su aree con una forte difesa antiaerea. Sviluppato a partire dai primi anni sessanta, ne era previsto il lancio da un aereo-vettore (prima un Lockheed A-12 modificato, poi un Boeing B-52). Tuttavia, a causa di problemi tecnici e degli scarsissimi risultati ottenuti, nonché dello sviluppo dei satelliti da osservazione, il programma venne interrotto nel 1971.

Le origini

La necessità, per l'USAF, di disporre di un aereo da ricognizione ad altissime prestazioni emerse nel 1960, in seguito all'abbattimento di un Lockheed U-2 in Unione Sovietica. Questo requisito si concretizzò con il Lockheed A-12, da cui sarebbe poi derivato l'SR-71 Blackbird.

Tuttavia, lo stesso progettista della Lockheed, Kelly Johnson, propose anche un drone “a perdere”, con una velocità elevatissima e difficile da abbattere. Lo scopo era avere un aereo in grado di penetrare in zone particolarmente difese, svolgendo missioni da ricognizione fotografica strategica ad alto rischio. Tutto questo era già stato teorizzato in uno studio precedente, che aveva preso il nome di L-171.

Tuttavia, l'A-12, allora in fase di sviluppo, era troppo grande e complicato per essere utilizzato come drone, e si decise che la tecnologia sarebbe stata utilizzata per un aereo di dimensioni inferiori. Quindi, utilizzando un apposito fondo speciale per i “Black Projects”, nell'ottobre 1962 l'USAF finanziò gli studi per un drone che avrebbe dovuto avere una struttura di base simile a quella dell'A-12. Il progetto relativo a tale velivolo, chiamato Q-12, vide la luce nell'ottobre 1963.

Tecnica

La struttura del Q-12 era molto simile a quella del Lockheed A-12, sul progetto del quale era ampiamente basato. Il drone era motorizzato con uno statoreattore Marquardt XRJ43-MA-20S-4 da 680 kg di spinta. Considerando il tipo di propulsione, era necessario disporre di un aereo-vettore con una velocità particolarmente elevata. L'aereo in questione sarebbe stato l'A-12.

Per svolgere la sua missione da ricognizione, il Q-12 imbarcava una singola fotocamera ad alta risoluzione. Visto che si trattava di un aereo a perdere, si pose il problema del recupero. Tale problema fu risolto sistemando l'attrezzatura da ricognizione in una capsula. Finita la missione, il drone avrebbe dovuto raggiungere un'area “amica” e qui sganciare la capsula con le informazioni raccolte. Il drone si sarebbe distrutto, mentre la capsula sarebbe stata recuperata al volo da un HC-130 (oppure recuperata in mare, come successivamente si tentò di fare).

Il programma Tagboard

Verso la fine del 1963, il programma ricevette il nome di Tagboard. Il drone fu ridisegnato D-21, mentre l'A-12 da usare come vettore ricevette il nome di M-21. I due nomi non erano casuali: infatti, D stava per daughter (figlia), mentre M era per mother (madre).

Gli A-12 scelti per essere utilizzati come vettori del D-21 erano due. Nello specifico, si trattava di quelli con le matricole militari 60-6940 e 60-6941, che furono sottoposti ad alcune modifiche. Infatti, per sistemare il drone fu necessario montare un pilone, che fu sistemato al centro della fusoliera tra i piani di coda. Il D-21 era posizionato con il muso rivolto verso l'alto. Inoltre, nel posto del navigatore, venne aggiunto un periscopio per permettere l'osservazione del drone. Inizialmente furono ordinati sette D-21, in modo da poter procedere ai lanci di prova.

Le prove in volo

La combinazione M-21/D-21 volò per la prima volta il 22 dicembre 1964, ed i test proseguirono fino al 1965. I primi voli (senza lancio del drone) mostrarono la necessità di approntare alcune modifiche alla struttura del D-21. Infatti, fu necessario rimuoverne alcune parti, visto che se si superavano i Mach 3 si rischiava di danneggiare l'aereo.

Complessivamente, furono effettuati quattro lanci di un D-21 da un M-21, tutti tra il marzo ed il luglio 1966.

Primo lancio: 5 marzo 1966. La fase di stacco tra l'aereo-madre ed il drone, che era potenzialmente molto pericolosa, si svolse con successo. Tuttavia, il D-21 si schiantò dopo alcune centinaia di chilometri.

Secondo lancio: 27 aprile 1966. Il drone raggiunse una quota di 27.400 metri e una velocità di Mach 3.3, ma precipitò per un problema tecnico dopo 2.200 km. Tuttavia, considerando la complessità del programma ed il fatto che si trattava del secondo volo, si trattò di un risultato di tutto rilievo che rinnovò l'interesse dei responsabili.

Terzo lancio: 16 giugno 1966. I risultati furono decisamente migliori, visto che il D-21 completò la missione, raggiungendo anche i valori di autonomia previsti. Tuttavia, lo sgancio della capsula non avvenne a causa di un problema tecnico.

Quarto lancio: il 30 luglio 1966. Il D-21 subito dopo il lancio, appena staccatosi dal dorso dell'aereo madre, puntò il muso verso di esso e lo investì in pieno. Il pilota Bill Park riuscì ad eiettarsi e si salvò, ma il navigatore Ray Torick perse la vita.

Quello del 30 luglio fu l'ultimo lancio da un M-21. Il fatto che la manovra di sganciamento fosse molto pericolosa era emerso già dopo il primo lancio, quando lo stesso Kelly Johnson propose di utilizzare un B-52 modificato. In seguito al mortale incidente, si decise di cambiare vettore.

Il programma Senior Bowl

Il programma riguardante il lancio di un D-21 da un B-52 prese il nome di Senior Bowl. Tuttavia, fu necessario approntare alcune modifiche al drone, visto che la velocità dell'aero-vettore era troppo bassa per permettere il funzionamento dello statoreattore. Il problema fu risolto modificando il D-21 con l'aggiunta di un booster a propellente solido lungo 13,5 metri e pesante 6.025 kg, con una spinta di 12.380 kg. Il drone così modificato prese il nome di D-21B (la versione precedente, quindi, venne chiamata D-21A).

Per i lanci, furono predisposti due B-52, che erano in grado (almeno in teoria) di lanciare due D-21 contemporaneamente. I droni venivano portati agganciati sotto le ali.

Le prove in volo

I test di volo del D-21 lanciato dal B-52 iniziarono nel settembre 1967 e proseguirono fino al luglio 1969. Complessivamente, si trattò di dodici lanci, molti dei quali falliti:

• 28 settembre 1967: primo tentativo di lancio. Si trattò di un fallimento completo, perché il drone si sganciò prima del previsto e precipitò al suolo. Inoltre, il booster prese fuoco.
• Novembre 1967 – gennaio 1968: tre lanci falliti. Kelly Johnson fu costretto ad ordinare al suo team di provvedere alle necessarie modifiche.
• 30 aprile 1968: lancio fallito. Gli ingegneri della Lockheed furono nuovamente costretti a rimettere le mani sul progetto del D-21.
• 16 giugno 1968: lancio riuscito. Per la prima volta, il D-21 svolse la sua missione senza imprevisti, rispettando tutti i valori previsti di altitudine, autonomia e velocità. L'unica parte del piano di volo che non fu verificata fu l'ultima, perché si era deciso di non mettere a bordo la capsula con la fotocamera.
• Luglio – dicembre 1968: si svolsero altri due lanci, entrambi falliti.
• Dicembre 1968: lancio riuscito.
• Febbraio 1969: lancio fallito. Questo fu eseguito presso le Hawaii, con tutte le apparecchiature di missione imbarcate.
• Maggio 1969: lancio riuscito.
• Luglio 1969: lancio riuscito.

I responsabili, considerando i risultati positivi conseguiti con gli ultimi due lanci, decisero quindi di passare alla fase operativa.

L'attività operativa

Il D-21 fu utilizzato per spiare il poligono nucleare cinese di Lop Nor, sul quale vi erano pochissime informazioni. Complessivamente, furono condotte quattro missioni operative.

9 novembre 1969: il drone 517 scomparve. Negli anni novanta, in occasione di una visita in Russia di Ben Rich (successore di Kelly Johnson agli Skunk Works), i russi consegnarono agli americani alcune parti di un D-21. Fu così chiaro che si era schiantato in Siberia e che non era mai giunto in Cina. In questa occasione, si venne anche a sapere che l'ufficio tecnico Tupolev aveva tentato di realizzare una copia che avrebbe dovuto avere il nome di Voron (cornacchia), ma essa non fu mai costruita.

In seguito al fallimento, si decise di compiere un ulteriore volo di prova. Questo ebbe luogo il 20 febbraio 1970 e fu coronato da successo.

16 dicembre 1970: il drone 523 funzionò come previsto, ma a causa di un malfunzionamento del paracadute, la capsula precipitò e si distrusse nell'’impatto con il suolo.

4 marzo 1971: il drone 526 funzionò come previsto, ed anche il paracadute si aprì. Purtroppo, la nave incaricata del recupero speronò per errore la capsula, che affondò.

20 marzo 1971: il drone 527 sparì senza lasciare traccia. Non si sa se la sua perdita sia stata causata da un guasto tecnico o da un missile antiaereo. Si trattò dell'ultimo lancio di un D-21.

La fine del programma

Il programma relativo al D-21 venne sospeso nel luglio 1971, a causa della bassa percentuale di successi. Inoltre, i progressi nel campo dei satelliti da ricognizione resero sostanzialmente inutile un sistema d'arma di questo tipo.
I D-21 superstiti furono ridisegnati GTD-21B e sistemati in un magazzino presso la Davis-Monthan Air Force Base, nei pressi di Tucson. In seguito, quattro esemplari vennero consegnati alla NASA, che alla fine degli anni novanta pensò di utilizzarli per lo sviluppo di un sistema di propulsione. Alla fine, non se ne fece nulla, visto che la NASA preferì poi ripiegare su una versione dell'X-43. Gli altri D-21 rimasti furono ceduti a musei. Oggi ne esistono ancora otto.

ENGLISH

The Lockheed D-21 is an American supersonic reconnaissance drone. The D-21 was initially designed to be launched from the back of an M-21 carrier aircraft, a variant of the Lockheed A-12 aircraft. The drone had maximum speed in excess of Mach 3.3 (2,200 miles per hour; 3,600 kilometers per hour) at an operational altitude of 90,000 feet (27,000 meters). Development began in October 1962. Originally known by the Lockheed designation Q-12, the drone was intended for reconnaissance deep into enemy airspace.

The D-21 was designed to carry a single high-resolution photographic camera over a preprogrammed path, then release the camera module into the air for retrieval, after which the drone would self-destruct. Following a fatal accident when launched from an M-21, the D-21 was modified to be launched from a Boeing B-52 Stratofortress. Several test flights were made, followed by four unsuccessful operational D-21 flights over the People's Republic of China, and the program was canceled in 1971.

Design and development

In the 1960s Lockheed's secret Skunk Works developed the Mach 3 A-12 reconnaissance aircraft for the Central Intelligence Agency (CIA). After the shooting down of the U-2 piloted by Gary Powers in 1960, a number of different concepts were proposed as alternatives. Kelly Johnson, the leader of Skunk Works, developed the concept of a long-range drone that used much of the A-12's technology. In October 1962 the CIA and the United States Air Force (USAF) instructed Lockheed to study a high-speed, high-altitude drone concept. Johnson specified speeds of Mach 3.3–3.5, an operational altitude of 87,000–95,000 feet (27,000–29,000 m), and a range of 3,000 nautical miles (3,500 mi; 5,600 km). It was intended to make a one-way trip, eject its camera payload at the end of the mission for recovery, then self-destruct. It had a double-delta wing similar to the A-12's wing design. The Q-12 was to be air-launched from the back of an A-12, and used key technology from the A-12 project, including titanium construction and radar cross-section reduction design features.

Johnson wanted to power the Q-12 with a ramjet engine built by the Marquardt Corporation for the Boeing CIM-10 Bomarc long-range surface-to-air missile. Marquardt and Lockheed had already collaborated on several programs and had a close working relationship. The engine, the RJ43-MA-11, required modification, since it was only designed to burn as long as the missile needed to hit a target, while the Q-12's engine needed to operate at high temperatures for at least an hour and a half at high altitudes. The modified engine was designated RJ43-MA20S-4.

A full-scale mockup of the Q-12 was ready by 7 December 1962, and had already undergone preliminary tests to measure its radar cross-section. Marquardt had also successfully tested the modified RJ-43 in its wind tunnel in the meantime.[4] However, the CIA was not enthusiastic about the Q-12, mostly because the agency was overextended at the time with U-2 missions, getting the A-12 up to speed and covert operations in Southeast Asia. The USAF, however, was interested in the Q-12 as both a reconnaissance platform and a cruise missile and the CIA finally decided to work with the USAF to develop the new drone. Lockheed was awarded a contract in March 1963 for full-scale development of the Q-12.

The camera and its film magazines with an inertial navigation system were carried in a cramped "Q-bay" below the drone's air intake. These components were built into a module that fit into the bay and was known as a "hatch". The hatch would be ejected at the end of the mission and then snagged out of the air by a JC-130 Hercules, a technique that had been developed by the USAF to recover film canisters from satellites. If the C-130 missed, the hatch was equipped with flotation devices so it could be recovered by ship if released over water. Honeywell built the avionics systems; new construction techniques and materials had to be developed for the systems to withstand the high temperatures, extreme vibrations and lack of space in the D-21.

In late 1963 the project was named Tagboard; the Q-12 was re-designated D-21 while the A-12 version launcher became M-21 (D- for "daughter" and M- for "mother"). Two of the original 18 A-12 aircraft were designated as M-21s with serial numbers 60-6940 and 60-6941. The M-21 was a two-seat version of the A-12, with a pylon on the fuselage centerline between the vertical stabilizers to carry the drone in a nose-up attitude.

Testing and carrier change

A D-21 mounted on an M-21 began captive flight-testing on 22 December 1964. Aerodynamic covers were initially placed over the D-21's intake and exhaust to reduce drag, but had to be removed after the first few tests, as no way of discarding them at Mach 3 without damaging the drone or carrier plane could be devised.

The D-21 was first launched from an M-21 on 5 March 1966. The drone was released but stayed close to the M-21's back for a few seconds, which seemed like "two hours" to the M-21 crew. A second launch took place on 27 April 1966; the D-21 reached its operational altitude of 90,000 ft (27,000 m) and speed of over Mach 3.3 (2,200 mph; 3,600 km/h), though it was lost due to a hydraulic pump failure after a flight of over 1,200 nmi (1,400 mi; 2,200 km). The USAF's interest in the program continued and more D-21s were ordered after the second launch. A third flight took place on 16 June with the D-21 flying 1,550 nmi (1,800 mi; 2,900 km) through its complete flight profile, though its camera hatch was not released due to an electronics failure.

The fourth and final launch from an M-21 on 30 July ended in disaster. Unlike the three previous launches this one was performed straight and level, not in an outside loop to assist in the separation of the drone from the aircraft. The D-21 suffered engine problems and struck the M-21's tail after separation, leading to the destruction of both aircraft. The two crew ejected and landed at sea. The pilot, Bill Park, survived, but the Launch Control Officer, Ray Torrick, drowned.

Following the accident, Johnson suggested launching the D-21 from the Boeing B-52 Stratofortress bomber and adding a solid rocket booster to get it up to speed. The drone was modified by adding attachment points on its spine to mate with the carrying pylon on the B-52 and its belly attachment points were adapted to accommodate the rocket booster necessary to increase its speed and allow its ramjet to operate. Its vertical stabilizer was increased in size by approximately 20%. The modified drone version was designated D-21B (there was no D-21A). Two B-52Hs were modified to carry a pair of drones each by means of two large underwing pylons that replaced the smaller pylons used for the AGM-28 Hound Dog cruise missiles. The tail gunner's and electronic warfare officer's stations were replaced with two launch control stations. Command and telemetry systems were added, and high-speed cameras were installed to track the drones as they separated from the pylons. The launch control officer on the B-52H could communicate with the D-21B and could make it self-destruct.

The solid-propellant rocket booster was both larger and heavier than the drone; it was 44 feet 4 inches (14 m) long and weighed 13,286 pounds (6,000 kg). It had a folding tail fin on the bottom to stabilize it while the rocket was firing. The booster had a burn time of 87 seconds and a thrust of 27,300 pounds-force (121 kN). During ground handling everyone within 25 feet (7.6 m) was required to wear anti-static straps to prevent any discharge of static electricity that might ignite the booster.

The first attempted launch of a D-21B was on 28 September 1967, but the drone fell off the B-52's launch pylon due to a stripped nut on the pylon before the aircraft reached its intended launch point. Johnson admitted that the incident was "very embarrassing". Three more launches were performed from November 1967 through January 1968. None were completely successful, so Johnson ordered his team to conduct a thorough review before renewing launch attempts. The next launch was on 10 April 1968. It also failed as the engine did not ignite. On 16 June the D-21B finally made a completely successful flight; it flew at the specified altitude and course for its full range, and the hatch was recovered. The next two launches were failures, followed by another successful flight in December. A test in February 1969 to check the inertial navigation system using an actual mission profile was a failure. The next two flights in May and July succeeded.

Operational history

Four operational missions with the D-21B took place under the codename of Senior Bowl. These were conducted over the People's Republic of China from 9 November 1969 to 20 March 1971 to spy on the Lop Nor nuclear test site. The USAF's 4200th Support Squadron, based at Beale Air Force Base, California, flew the missions, usually from Andersen Air Force Base in Guam.

The Chinese never spotted the D-21B. The first one failed to turn around and continued straight on, crashing somewhere in the Soviet Union. Another test flight was conducted on 20 February 1970 in a successful attempt to correct any problems. The second operational mission, however, was not until 16 December 1970. The D-21B reached Lop Nor and returned to the recovery point, but the hatch had a partial parachute failure and was lost at sea with its photographs.

During the third operational mission, on 4 March 1971, the D-21B flew to Lop Nor and returned, and released the hatch, which deployed its parachute, but the midair recovery failed and the hatch fell into the water. The destroyer that tried to retrieve the hatch ran it down and it sank. The fourth, and last, operational flight of the D-21B was on 20 March 1971. It was lost over China on the final segment of the route over China's Yunnan province; wreckage was found by local authorities. In 2010, after being in the junkyard of the China Aviation Museum for years, the wreckage was moved to the exhibition area.

On 23 July 1971, the D-21B program was canceled due to its poor success rate, the introduction of a new generation of photo reconnaissance satellites, and President Richard Nixon's rapprochement with China. A total of 38 D-21 and D-21B drones had been built, 21 of which were expended in launches. The remaining 17 were initially stored at Norton Air Force Base, California, then moved to the Davis-Monthan Air Force Base "boneyard" near Tucson, Arizona, in 1976 and 1977. With the base open to the public, the D-21 drones were quickly spotted and photographed. The Air Force called them GTD-21Bs with the GT standing for Ground Training.

The fate of the D-21 that had disappeared on the first operational flight was finally revealed in February 1986 when an official from the CIA returned a panel to Ben Rich that he had been given by a Soviet KGB agent. The drone had self-destructed over Siberia and the Soviets had recovered the wreckage. The Tupolev design bureau reverse-engineered the wreck and produced plans for a Soviet copy, named the Voron (Raven), but it was never built.

In the late 1990s NASA considered using a D-21 to test a hybrid "rocket-based combined cycle" engine, which operates as a ramjet or rocket, depending on its flight regime. Ultimately NASA used a derivative of the agency's X-43A hypersonic test vehicle for the experiments.

Aircraft on display

• D-21B #510 - Museum of Flight, Seattle, Washington (mounted on remaining M-21 #60-6940)
• D-21B #522 - Pacific Coast Air Museum, Sonoma County, California
• D-21B #524 - National Museum of the United States Air Force, Wright-Patterson Air Force Base, Ohio
• D-21B #525 - Blackbird Airpark, Palmdale, California
• D-21B #527 - Chinese Aviation Museum, Beijing, China
• D-21B #528 - Grissom Air Museum near Peru, Indiana
• D-21B #530 - Aerospace Maintenance and Regeneration Group (AMARG) on Davis–Monthan Air Force Base, Tucson, Arizona.
• D-21B #533 - Pima Air & Space Museum (adjacent to Davis-Monthan AFB), Tucson, Arizona
• D-21B #534 - Evergreen Aviation Museum, McMinnville, Oregon
• D-21B #537 - March Field Air Museum, March Air Reserve Base, Riverside, California
• D-21B #538 - Southern Museum of Flight, Birmingham, Alabama
• D-21B #539 - Beale Air Force Base, near Marysville, California.

Specifications (D-21)

D-21 and D-21B without booster:

• Wingspan: 19 ft 0.25 in (5.8 m)
• Length: 42 ft 10 in (13.1 m)
• Height: 7 ft 0.25 in (2.1 m)
• Launch weight: 11,000 lb (5,000 kg)
• Maximum speed: Mach 3.35 (2,300 mph; 3,600 km/h; 2,000 kn) (conversions estimated at the service ceiling attitude)
• Service ceiling: 95,000 ft (29,000 m)
• Range: 3,000 nmi (3,500 mi; 5,600 km)
• Engine: 1 x Marquardt RJ43-MA-20S4 ramjet, 1,500 lbf (6.7 kN).

(Web, Google, Wikipedia, You Tube)