SuperDraco — это гиперголический ракетный двигатель, разработанный и построенный компанией SpaceX . Он является частью семейства ракетных двигателей SpaceX Draco . Резервный массив из восьми двигателей SuperDraco обеспечивает отказоустойчивую тягу для использования в качестве системы аварийного спасения для SpaceX Dragon 2 , космической капсулы для перевозки пассажиров .
Ракетные двигатели SuperDraco используют хранимое (некриогенное) гиперголическое топливо , которое позволяет запускать двигатели в течение многих месяцев после заправки и запуска. Они сочетают в себе функции как системы управления реакцией, так и основного тягового двигателя . Гиперголическое топливо не требует внешнего источника зажигания, что обеспечивает повышенную надежность космического корабля. [7]
Двигатели используются при полетах экипажа на низкую околоземную орбиту , а также планировалось использовать их для управления входом в атмосферу, спуском и посадкой ныне отмененного полета корабля Red Dragon на Марс .
SuperDracos используются в космической капсуле SpaceX Dragon 2 для транспортировки экипажа и использовались в DragonFly , прототипе маловысотной многоразовой ракеты, которая использовалась для летных испытаний различных аспектов технологии пропульсивной посадки. Хотя двигатель способен развивать тягу в 73 000 ньютонов (16 400 фунтов силы), во время использования для испытаний DragonFly двигатели были снижены до 68 170 ньютонов (15 325 фунтов силы) для поддержания устойчивости корабля. [6]
1 февраля 2012 года SpaceX объявила о завершении разработки новой, более мощной версии ракетного двигателя на хранимом топливе , названного SuperDraco . Этот гиперголический двигатель с высокой тягой — примерно в 200 раз мощнее гиперголического двигателя двигателя Draco RCS — обеспечивает возможность глубокого дросселирования [8] и, как и двигатель Draco, был разработан для обеспечения возможности многократного перезапуска и использования тех же общих гиперголических топлив, что и Draco. Его основным предназначением было использование в системе прерывания запуска (LAS) SpaceX на космическом корабле Dragon. Согласно пресс-релизу NASA, двигатель имеет переходный процесс от зажигания до полной тяги в 100 мс. Во время прерывания запуска восемь SuperDracos должны были работать в течение 5 секунд на полной тяге. Разработка двигателя частично финансировалась программой CCDev 2 NASA .
Название: Draco происходит от греческого drakōn — дракон. Draco (созвездие) — созвездие (Дракон) в полярной области Северного полушария, недалеко от Цефея и Большой Медведицы.
Двигатели SuperDraco используют сохраняемую топливную смесь монометилгидразина [2] и окислителя тетраоксида диазота [2] . Они способны многократно перезапускаться и обладают способностью значительно снижать тягу , обеспечивая точное управление во время пропульсивной посадки капсулы Dragon. [9]
SuperDraco — третий по мощности двигатель, разработанный SpaceX. Он примерно в 200 раз [10] мощнее двигателя Draco. Для сравнения, он более чем в два раза мощнее двигателя Kestrel , который использовался во второй ступени ракеты-носителя Falcon 1 компании SpaceX , примерно в 1/9 тяги двигателя Merlin 1D и, как ожидается, будет в 1/26 раза мощнее двигателя Raptor компании SpaceX .
В дополнение к использованию двигателей SuperDraco для активных посадок на Землю, Исследовательский центр Эймса НАСА изучал возможность создания марсианского посадочного модуля на базе Dragon для научных исследований до 2017 года. [11] Предварительный анализ, проведенный в 2011 году, показал, что окончательное торможение будет в пределах возможностей ретро-двигателя SuperDraco. [11] [12]
SuperDraco спроектирован с возможностью регулировки тяги от 100 до 20% от полной тяги. [8] Это могло бы использоваться для точных управляемых посадок космического корабля Dragon V2.
Программа разработки двигателя SuperDraco включала обширную программу испытаний , которая охватывала несколько лет. По состоянию на декабрь 2012 года [обновлять]двигатели SuperDraco для наземных испытаний были запущены в общей сложности 58 раз с общей продолжительностью запуска 117 секунд, и SpaceX выразила надежду, что результаты испытаний превзойдут первоначальные требования к двигателю. [13]
Вторая версия двигателя была разработана в 2013 году, на этот раз изготовленная с помощью 3D-печати, а не традиционной технологии литья . К июлю 2014 года камера сгорания двигателя, напечатанная на 3D-принтере, была запущена более 80 раз, общей продолжительностью более 300 секунд, и она также прошла полное квалификационное испытание. [8]
SuperDraco завершил квалификационные испытания в мае 2014 года, включая испытания «в различных условиях, включая многократные запуски, длительные продолжительности горения и экстремально неноминальные расход топлива и температуры». [9]
К январю 2015 года SpaceX продемонстрировала двигательный отсек SuperDraco с полной функциональностью в Макгрегоре, Техас. Четыре из этих двигательных отсеков, каждый из которых содержит два двигателя SuperDraco, будут использоваться в пилотируемом космическом корабле Dragon 2. [14]
В апреле 2015 года SpaceX и NASA установили временные рамки для тестирования двигателей SuperDraco ракеты Dragon 2 с помощью теста аварийного прекращения работы стартовой площадки. Тест в конечном итоге состоялся 6 мая 2015 года на испытательном стенде на авиабазе SLC-40 на мысе Канаверал . [15] и был успешным. [16]
20 апреля 2019 года капсула SpaceX Crew Dragon, использовавшаяся на DM-1, была разрушена во время испытания двигателей SuperDraco в Зоне посадки 1. [17]
5 сентября 2013 года Илон Маск опубликовал в Твиттере изображение регенеративно охлаждаемой камеры ракеты SuperDraco, выходящей из металлического 3D-принтера EOS, и указал, что она изготовлена из суперсплава Inconel . [18] Позже было показано, что это технология производства двигателей для полета.
В мае 2014 года было объявлено, что квалифицированная для полетов версия двигателя SuperDraco является первым [ требуется разъяснение ] полностью 3D-печатным ракетным двигателем . В частности, камера сгорания двигателя напечатана из инконеля , сплава никеля и железа, с использованием процесса прямого лазерного спекания металла , и работает при давлении в камере 6900 килопаскалей (1000 фунтов на квадратный дюйм) при очень высокой температуре. [ требуется разъяснение ] Двигатели находятся в напечатанной защитной гондоле для предотвращения распространения неисправности в случае отказа двигателя. [1] [19] [20]
Возможность 3D-печати сложных деталей была ключом к достижению цели малой массы двигателя. По словам Илона Маска, «Это очень сложный двигатель, и было очень трудно сформировать все охлаждающие каналы, головку инжектора и дроссельный механизм. Возможность печатать очень высокопрочные передовые сплавы ... была решающей для возможности создания двигателя SuperDraco таким, какой он есть». [21]
Процесс 3D-печати для двигателя SuperDraco значительно сокращает время выполнения заказа по сравнению с традиционными литыми деталями и «обладает превосходной прочностью , пластичностью и устойчивостью к разрушению , а также меньшей изменчивостью свойств материалов ». [8]
По словам Илона Маска, снижение затрат за счет 3D-печати также имеет большое значение, в частности потому, что SpaceX может напечатать камеру в форме песочных часов, где вся стенка состоит из внутренних каналов охлаждения, что было бы невозможно без аддитивного производства. [22]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )По сравнению с традиционно литой деталью, напечатанная [деталь] обладает превосходной прочностью, пластичностью и сопротивлением разрушению, а также меньшей изменчивостью свойств материалов. ... Камера охлаждается регенеративно и напечатана из инконеля, высокопроизводительного суперсплава. Печать камеры привела к сокращению времени выполнения заказа по сравнению с традиционной обработкой — путь от первоначальной концепции до первого горячего огня составил чуть более трех месяцев. Во время испытания горячим огнем ... двигатель SuperDraco запускался как в профиле эвакуации при запуске, так и в профиле горения при посадке, успешно дросселируя между уровнями тяги 20% и 100%. На сегодняшний день камера запускалась более 80 раз, с более чем 300 секундами горячего огня.