Двигатель SuperDraco

SuperDraco — это жидкостный ракетный двигатель многократного включения, разработанный компанией SpaceX (США) для использования в пилотируемом космическом корабле Dragon 2. Двигатель предназначен для выполнения манёвров на орбите, аварийного спасения экипажа на старте и в полёте, а также для мягкой посадки корабля на сушу или воду. SuperDraco представляет собой модификацию более раннего двигателя Draco, отличаясь существенно большей тягой и использованием самовоспламеняющегося топлива.

История создания

Разработка двигателя SuperDraco началась в рамках программы NASA Commercial Crew Development (CCDev), направленной на создание частных пилотируемых кораблей для доставки астронавтов на Международную космическую станцию (МКС). Первые упоминания о новом двигателе появились в 2012 году, когда SpaceX объявила о планах оснастить корабль Dragon 2 системой аварийного спасения (САС) с использованием собственных двигателей, а не традиционной вытяжной башни.

В мае 2014 года компания представила прототип двигателя SuperDraco, изготовленный методом 3D-печати из сплава Inconel (жаропрочный никель-хромовый сплав). Это стало одним из первых случаев применения аддитивных технологий для создания критически важных компонентов жидкостных ракетных двигателей. Первые огневые испытания прошли в 2015 году на полигоне SpaceX в Макгрегоре (Техас).

После катастрофы шаттла «Колумбия» в 2003 году и последующего свёртывания программы Space Shuttle, NASA усилило требования к безопасности пилотируемых кораблей. Двигатель SuperDraco стал ключевым элементом системы аварийного спасения Dragon 2, позволяя экипажу покинуть ракету-носитель на любой фазе полёта, включая старт и первые минуты после него.

Конструкция и характеристики

SuperDraco — это двухкомпонентный жидкостный ракетный двигатель, работающий на самовоспламеняющейся (гипергольной) топливной паре: монометилгидразин (MMH) в качестве горючего и тетраоксид диазота (NTO) в качестве окислителя. Такое топливо не требует системы зажигания — компоненты воспламеняются при контакте, что упрощает конструкцию и повышает надёжность многократного включения.

Основные технические параметры

Двигатель отличается высокой степенью интеграции: камера сгорания, сопло, трубопроводы и клапаны выполнены как единая деталь, напечатанная на 3D-принтере. Это позволило сократить количество сварных швов и соединений, повысив надёжность.

Система охлаждения

Камера сгорания SuperDraco охлаждается регенеративным способом: топливо (монометилгидразин) проходит через каналы в стенках камеры, забирая тепло, прежде чем попасть в форсунки. Дополнительно используется абляционное охлаждение в области горла сопла, где тепловые нагрузки максимальны.

Применение

Система аварийного спасения

Основное назначение SuperDraco — обеспечение аварийного спасения экипажа. Восемь двигателей, установленных в четырёх блоках по бокам корабля Dragon 2, способны за 2 секунды создать тягу, достаточную для отрыва корабля от ракеты-носителя на старте. При этом ускорение может достигать 5–6 g, что безопасно для человека.

Система работает в три этапа:

1. Отрыв — двигатели включаются на полную тягу, отрывая корабль от ракеты.
2. Отвод — корабль уходит в сторону и набирает высоту.
3. Парашютирование — после выключения двигателей раскрываются парашюты, и капсула мягко приводняется.

Важно, что система может быть активирована не только автоматически (по сигналу от ракеты), но и вручную экипажем.

Орбитальные манёвры

После выхода на орбиту SuperDraco используются для коррекции орбиты, сближения с МКС и увода корабля с орбиты перед возвращением. Двигатели допускают многократное включение, что необходимо для точных манёвров.

Посадка на сушу (проектная функция)

Первоначально SpaceX планировала использовать SuperDraco для реактивной посадки Dragon 2 на сушу (аналогично посадке первой ступени Falcon 9). Для этого двигатели должны были работать в режиме пониженной тяги, обеспечивая мягкое приземление с помощью выдвижных опор. Однако от этой концепции отказались в пользу посадки на парашютах с приводнением, поскольку сертификация реактивной посадки для пилотируемых полётов потребовала бы дополнительных испытаний и времени. Тем не менее, возможность посадки на сушу остаётся в техническом резерве.

Испытания и эксплуатация

Первые огневые испытания двигателя прошли в 2015 году. В ноябре 2015 года SpaceX провела успешные испытания системы аварийного спасения на стартовом столе (Pad Abort Test) на мысе Канаверал. Корабль Dragon 2 с восемью двигателями SuperDraco оторвался от стартового стола, поднялся на высоту около 1,5 км и благополучно приводнился.

В январе 2020 года было проведено испытание системы аварийного спасения в полёте (In-Flight Abort Test) на ракете Falcon 9. Корабль успешно отделился от ракеты на высоте около 20 км при максимальном аэродинамическом давлении. Двигатели SuperDraco отработали штатно.

Первый пилотируемый полёт Dragon 2 (миссия Demo-2) состоялся в мае 2020 года. Двигатели SuperDraco использовались для орбитальных манёвров и были проверены перед стыковкой с МКС.

Производство

Двигатели SuperDraco производятся на заводе SpaceX в Хоторне (Калифорния) с использованием технологии селективного лазерного сплавления (SLM). 3D-печать позволяет изготавливать двигатель целиком за несколько дней, тогда как традиционные методы потребовали бы нескольких месяцев. Каждый двигатель после изготовления проходит обязательные огневые испытания на стенде.

Критика и ограничения

Несмотря на успешную эксплуатацию, двигатель SuperDraco подвергался критике по нескольким причинам:

• Высокая стоимость — гипергольное топливо (монометилгидразин) токсично и требует специальных мер безопасности при заправке и обслуживании. Это увеличивает эксплуатационные расходы.
• Ограниченный ресурс — хотя двигатель рассчитан на многократное включение, его ресурс ограничен из-за абляционного охлаждения в сопле. После нескольких полётов требуется замена или капитальный ремонт.
• Сложность сертификации — для пилотируемых полётов NASA потребовала провести дополнительные испытания, что задержало ввод корабля в эксплуатацию.

Перспективы

SpaceX рассматривает возможность использования SuperDraco в других проектах, включая лунный посадочный модуль (в рамках программы Artemis) и грузовые миссии на Марс. Однако на 2024 год двигатель применяется исключительно на кораблях Dragon 2.

Источники

• SpaceX. «SuperDraco Engine Overview» (пресс-релиз, 2014).
• NASA. «Commercial Crew Program: Dragon 2 Pad Abort Test Results» (2015).
• Aviation Week. «SpaceX Tests 3D-Printed SuperDraco Engine» (2015).
• SpaceNews. «SpaceX Conducts In-Flight Abort Test of Crew Dragon» (2020).
• SpaceX. «Dragon 2 User’s Guide» (2020).