SuperDraco

SuperDraco

Para silników rakietowych SuperDraco w obiekcie SpaceX Hawthorne
Kraj pochodzenia	Stany Zjednoczone
Producent	SpaceX
Aplikacja	Uruchom system ewakuacyjny , lądowanie napędowe
Status	Operacyjny
Silnik na paliwo ciekłe
Gaz pędny	NTO / MMH
Wydajność
Napór, poziom morza	71 kN (16000 funtów siły), pojedynczo 32000 funtów siły, zespół dwóch silników
Ciśnienie w komorze	6,9 MPa (1000 psi)
Specyficzny impuls , poziom morza	235 s (2,30 km / s)
Czas palenia	25 sekund
Pojemność propelentu	1388 kg (3060 funtów)
Używany w
SpaceX Dragon 2 - Crew, DragonFly

SuperDraco to hipergoliczny silnik rakietowy zaprojektowany i zbudowany przez SpaceX . Jest częścią rodziny silników rakietowych SpaceX Draco . Nadmiarowy układ ośmiu silników SuperDraco zapewnia napęd odporny na awarie do wykorzystania jako system ucieczki dla SpaceX Dragon 2 , kosmicznej kapsuły przewożącej pasażerów .

Silniki rakietowe SuperDraco wykorzystują nadające się do przechowywania (nie kriogeniczne) paliwo hipergoliczne , które umożliwia odpalanie silników wiele miesięcy po zatankowaniu i wystrzeleniu. Łączą w sobie funkcje zarówno systemu sterowania reakcją , jak i głównego silnika napędowego . Paliwa hipergoliczne nie wymagają zewnętrznego źródła zapłonu, zapewniając zwiększoną niezawodność statku kosmicznego.

Silniki są używane podczas lotów transportowych z załogą na niską orbitę okołoziemską , a także miały być używane do kontroli wejścia, zejścia i lądowania odwołanego obecnie Czerwonego Smoka na Marsa .

SuperDracos są używane w kapsule kosmicznej SpaceX Dragon 2 do transportu załogi i były używane w DragonFly , prototypowej rakiecie wielokrotnego użytku na małej wysokości, która była używana do testowania w locie różnych aspektów technologii lądowania z napędem. Podczas gdy silnik jest zdolny do ciągu 73 000 N (16 400 funtów siły), podczas testowania DragonFly silniki zostaną dławione do 68 170 N (15 325 funtów siły), aby utrzymać stabilność pojazdu.

Historia

1 lutego 2012 SpaceX ogłosiło, że zakończyło prace nad nową, mocniejszą wersją silnika rakietowego na paliwo stałe , o nazwie SuperDraco . Ten hipergoliczny silnik o wysokim ciągu - około 200 razy mocniejszy niż hipergoliczny silnik Draco RCS - oferuje zdolność głębokiego dławienia i podobnie jak silnik Draco został zaprojektowany tak, aby zapewniał możliwość wielokrotnego ponownego uruchamiania i wykorzystywał te same hipergoliczne paliwa pędne, co Draco. Jego głównym celem miał być system przerwania startu SpaceX (LAS) na statku kosmicznym Dragon. Według komunikatu prasowego NASA, silnik ma czas przejściowy od zapłonu do pełnego ciągu wynoszący 100 ms. Podczas przerwania startu osiem SuperDraco miało strzelać przez 5 sekund z pełnym ciągiem. Rozwój silnika był częściowo finansowany z programu NASA CCDev 2 .

Imię: Draco pochodzi od greckiego drakōn oznaczającego smoka. Draco (konstelacja) to konstelacja (Smok) w regionie polarnym półkuli północnej w pobliżu Cefeusza i Wielkiej Niedźwiedzicy.

Projekt

Silniki SuperDraco wykorzystują nadającą się do przechowywania mieszankę paliwową złożoną z paliwa monometylohydrazynowego i utleniacza tetratlenku diazotu . Mogą być wielokrotnie uruchamiane ponownie i mają możliwość głębokiego zmniejszenia ciągu, zapewniając precyzyjną kontrolę podczas napędzanego lądowania kapsuły Dragon.

SuperDraco to trzeci najpotężniejszy silnik opracowany przez SpaceX. Jest około 200 razy mocniejszy niż silnik odrzutowy Draco. Dla porównania, jest ponad dwa razy mocniejszy niż Kestrel , który był używany w drugim stopniu rakiety nośnej SpaceX Falcon 1 , około 1/9 ciągu silnika Merlin 1D i oczekuje się, że będzie 1/26 tak potężny jak SpaceX Silnik Raptora .

Oprócz wykorzystania silników odrzutowych SuperDraco do lądowania z napędem na Ziemi, NASA Ames Research Center badało wykonalność lądownika marsjańskiego pochodzenia smoka do badań naukowych do 2017 roku. Wstępna analiza z 2011 roku wykazała, że ​​ostateczne spowolnienie mieściłoby się w granicach możliwości napędu wstecznego SuperDraco.

SuperDraco został zaprojektowany tak, aby można go było łatwo dławić , od 100 do 20% pełnego ciągu. Zostałoby to wykorzystane do precyzyjnie kontrolowanych lądowań z napędem statku kosmicznego Dragon V2.

Testowanie silnika

Mozaika z ogniem testowym SuperDraco

Program rozwoju silnika SuperDraco obejmował obszerny program testów , który obejmował kilka lat. Do grudnia 2012 r. Silniki do testów naziemnych SuperDraco zostały odpalone łącznie 58 razy, co dało całkowity czas odpalenia 117 sekund, a SpaceX wyraził nadzieję, że wyniki testów przekroczą pierwotne wymagania dla silnika.

Druga wersja silnika została opracowana w 2013 roku, ta wyprodukowana przy użyciu druku 3D , a nie tradycyjnej techniki odlewania . Do lipca 2014 r. wydrukowana w 3D komora spalania silnika została odpalona ponad 80 razy, w sumie przez ponad 300 sekund, i również przeszła pełny test kwalifikacyjny.

SuperDraco zakończył testy kwalifikacyjne w maju 2014 r. - w tym testy „w różnych warunkach, w tym wielokrotne uruchamianie, wydłużony czas wypalania oraz ekstremalny pozanominalny przepływ paliwa i temperatury”.

Do stycznia 2015 roku SpaceX zademonstrował kapsułę silnika SuperDraco z pełną funkcjonalnością w McGregor w Teksasie. Cztery z tych kapsuł silnikowych, z których każda zawiera dwa silniki SuperDraco, zostaną użyte w załogowym statku kosmicznym Dragon 2.

W kwietniu 2015 r. SpaceX i NASA wyznaczyły ramy czasowe na przetestowanie silników SuperDraco Dragon 2 za pomocą testu przerwania padu. Test ostatecznie odbył się 6 maja 2015 r. Na stanowisku testowym w Cape Canaveral Air Force Station SLC-40 . i był udany.

20 kwietnia 2019 roku kapsuła SpaceX Crew Dragon używana na DM-1 została zniszczona podczas testu silników SuperDraco w Landing Zone 1.

Produkcja

5 września 2013 r. Elon Musk zamieścił na Twitterze zdjęcie regeneracyjnie chłodzonej komory rakietowej SuperDraco wyłaniającej się z metalowej drukarki 3D EOS i wskazał, że składa się ona z nadstopu Inconelu . Później wykazano, że jest to technika produkcji silników na poziomie lotu.

W maju 2014 roku ogłoszono, że zakwalifikowana do lotów wersja silnika SuperDraco jest pierwszym silnikiem rakietowym w pełni wydrukowanym w 3D . W szczególności komora spalania silnika jest wydrukowana z Inconelu , stopu niklu i żelaza, przy użyciu procesu bezpośredniego spiekania laserowego metali , i pracuje przy ciśnieniu w komorze 6900 kilopaskali (1000 psi) w bardzo wysokiej temperaturze. Silniki są umieszczone w drukowanej gondoli ochronnej, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się usterek w przypadku awarii silnika.

Możliwość drukowania skomplikowanych części w 3D była kluczem do osiągnięcia celu, jakim była niska masa silnika. Według Elona Muska: „To bardzo złożony silnik i bardzo trudno było uformować wszystkie kanały chłodzące, głowicę wtryskiwacza i mechanizm dławiący. Możliwość drukowania zaawansowanych stopów o bardzo wysokiej wytrzymałości… była kluczowa dla możliwości stworzyć silnik SuperDraco takim, jakim jest”.

Proces drukowania 3D dla silnika SuperDraco radykalnie skraca czas realizacji w porównaniu z tradycyjnymi częściami odlewanymi i „ma doskonałą wytrzymałość , plastyczność i odporność na pękanie , przy mniejszej zmienności właściwości materiałów ”.

Według Elona Muska redukcja kosztów poprzez druk 3D jest również znacząca, w szczególności dlatego, że SpaceX może wydrukować komorę klepsydry, w której cała ściana składa się z wewnętrznych kanałów chłodzących, co byłoby niemożliwe bez wytwarzania przyrostowego.

Zobacz też

• SpaceX Merlin