SuperDraco¶

SuperDraco — это жидкостный ракетный двигатель, разработанный американской компанией SpaceX для использования в пилотируемом космическом корабле Dragon 2 (Crew Dragon). Двигатель предназначен для выполнения функций системы аварийного спасения (САС) экипажа на старте и в полёте, а также для обеспечения точной посадки корабля на Землю. Отличительной особенностью SuperDraco является использование технологии глубокого дросселирования (регулирования тяги) и возможность многократного включения, что позволяет использовать его как для экстренного увода корабля от ракеты-носителя, так и для мягкой посадки на сушу или воду.

¶История создания

Разработка SuperDraco началась в рамках программы NASA Commercial Crew Development (CCDev) — инициативы по созданию частных пилотируемых кораблей для доставки астронавтов на Международную космическую станцию (МКС). Первые упоминания о двигателе появились в 2012 году, когда SpaceX объявила о планах оснастить Crew Dragon восемью двигателями SuperDraco, расположенными по периметру корабля.

В 2014 году двигатель прошёл первые огневые испытания на испытательном стенде в Макгрегоре, штат Техас. В 2015 году был проведён успешный тест системы аварийного спасения (pad abort test), в ходе которого Crew Dragon с работающими SuperDraco оторвался от стартового стола и ушёл на безопасное расстояние. В 2019 году, в ходе испытательного полёта Crew Dragon к МКС (миссия Demo-1), двигатели SuperDraco не использовались, так как их основная функция — аварийное спасение — не потребовалась. В 2020 году, в рамках миссии Demo-2, SuperDraco впервые были задействованы в реальном пилотируемом полёте для обеспечения безопасности экипажа.

¶Конструкция и характеристики

SuperDraco представляет собой двухкомпонентный жидкостный ракетный двигатель, работающий на гипергольной (самовоспламеняющейся) топливной паре: монометилгидразин (MMH) в качестве горючего и тетраоксид диазота (NTO) в качестве окислителя. Выбор гипергольного топлива обусловлен его надёжностью — оно не требует системы зажигания и может храниться длительное время при комнатной температуре, что критично для аварийного спасения.

¶Основные параметры

• Тяга (в вакууме): около 71 кН (7,2 тонны-силы) на уровне моря, до 73 кН в вакууме.
• Удельный импульс: около 235 секунд на уровне моря, 250 секунд в вакууме.
• Давление в камере сгорания: до 140 атмосфер (14 МПа).
• Масса: около 45 кг.
• Количество на корабле: 8 двигателей, расположенных по периметру корабля в четырёх блоках по два двигателя.

¶Технологические особенности

• Глубокое дросселирование: SuperDraco способен плавно изменять тягу от 20% до 100% от номинала. Это позволяет использовать его как для резкого рывка при аварийном спасении, так и для точного управления при посадке.
• Многократное включение: двигатель может запускаться и выключаться многократно в течение полёта, что необходимо для коррекции траектории и торможения.
• 3D-печать: камера сгорания и сопло SuperDraco изготавливаются методом селективного лазерного сплавления (SLM) из жаропрочного сплава Inconel. Это позволило сократить количество деталей с нескольких сотен до одной, снизить массу и повысить надёжность.
• Система подачи топлива: используется вытеснительная подача топлива под давлением гелия, хранящегося в композитных баллонах высокого давления. Это исключает необходимость в турбонасосных агрегатах, упрощая конструкцию и повышая надёжность.

¶Применение

¶Система аварийного спасения (САС)

Основное назначение SuperDraco — обеспечение безопасности экипажа в случае аварии ракеты-носителя Falcon 9. В отличие от традиционных САС, которые устанавливаются на вершине ракеты и сбрасываются после выхода на орбиту, SuperDraco встроены в корпус корабля и могут использоваться на всех этапах полёта — от старта до орбитального маневрирования.

При активации САС восемь двигателей SuperDraco включаются одновременно, создавая суммарную тягу около 568 кН (около 58 тонн-силы). Это позволяет кораблю оторваться от аварийной ракеты за 1–2 секунды и уйти на безопасное расстояние со скоростью до 10 м/с². Система может быть активирована как автоматически (по сигналу от системы управления ракетой), так и вручную астронавтами.

¶Посадка на Землю

Изначально SpaceX планировала использовать SuperDraco для посадки Crew Dragon на сушу с помощью реактивной системы — аналогично тому, как садятся ракеты Falcon 9. Однако после серии испытаний и анализа рисков было решено отказаться от этого режима в пользу посадки на парашютах. Тем не менее, SuperDraco сохраняют возможность торможения перед приводнением для снижения перегрузок и обеспечения точности посадки.

¶Орбитальные манёвры

В перспективе SuperDraco могут использоваться для орбитальных манёвров Crew Dragon, включая сближение с МКС и уклонение от космического мусора. Однако в настоящее время для этих целей применяются двигатели Draco (менее мощные, но более экономичные).

¶Испытания и инциденты

¶Успешные испытания

• Pad Abort Test (2015): Crew Dragon с восемью SuperDraco успешно оторвался от стартового стола, пролетел около 1,5 км и приземлился на парашютах.
• In-Flight Abort Test (2020): Crew Dragon с работающими SuperDraco отделился от ракеты Falcon 9 на высоте около 20 км, продемонстрировав способность спасать экипаж на этапе полёта в атмосфере.

¶Инцидент 2019 года

В апреле 2019 года, во время наземных испытаний SuperDraco на мысе Канаверал, произошёл взрыв одного из двигателей. В результате Crew Dragon был полностью разрушен. Расследование показало, что причиной стала утечка окислителя (NTO) в систему подачи гелия, что привело к химической реакции и разрушению клапана. После этого SpaceX внесла изменения в конструкцию клапанов и систему контроля давления. Впоследствии все двигатели SuperDraco были заменены на доработанные версии.

¶Критика и перспективы

SuperDraco подвергались критике за сложность и потенциальную ненадёжность, связанную с использованием гипергольного топлива, которое является токсичным и коррозионно-активным. Однако сторонники технологии отмечают, что гипергольные двигатели широко применяются в пилотируемой космонавтике (например, в советском «Союзе» и американском «Аполлоне») и обеспечивают высокую надёжность.

В перспективе SpaceX планирует использовать SuperDraco в других проектах, включая лунную версию Starship (HLS) и грузовые варианты Dragon. Однако на данный момент двигатель остаётся эксклюзивным для Crew Dragon.

¶Интересные факты

• SuperDraco — один из первых ракетных двигателей, полностью изготовленных методом 3D-печати из металла. Это позволило сократить время производства с нескольких месяцев до нескольких дней.
• Двигатель способен работать в вакууме, что делает его пригодным для орбитальных манёвров и торможения перед входом в атмосферу.
• В отличие от многих других САС, SuperDraco не сбрасываются после выхода на орбиту, а остаются на корабле на протяжении всего полёта, обеспечивая возможность аварийного спасения на любом этапе.

¶Источники

• SpaceX. «SuperDraco Thruster». Официальный сайт компании (архив).
• NASA. «Commercial Crew Program: Crew Dragon Pad Abort Test». Пресс-релиз, 2015.
• Berger, E. «SpaceX’s Crew Dragon explosion traced to a leaking valve». Ars Technica, 2019.
• Clark, S. «SpaceX’s SuperDraco engine: a key to crew safety». Spaceflight Now, 2020.
• SpaceX. «Crew Dragon In-Flight Abort Test». Трансляция и технические данные, 2020.