По следам испытаний САС корабля Дракон-2

На прошлой неделе прошли давно ожидаемые испытания системы аварийного прерывания полета пилотируемого космического корабля Dragon V2.

Дракон-2 - капсульный корабль, абсолютно революционный во всех аспектах. Революционность началась ещё с самого первого грузового Дракона, который стал первым моноблочным кораблем. Моноблок означает, что служебно-агрегатный отсек, который во всех других космических кораблях отделяется от посадочной капсулы перед входом в атмосферу, у Дракона встроен в единый блок с посадочной капсулой и возвращается на Землю. Служебно-агрегатный отсек несет самую тяжелую, сложную и дорогую аппаратуру (оборудование) космического корабля, такую как все двигатели и топливные баки, системы управления ими, системы навигации и ориентации в пространстве, системы жизнеобеспечения и климат-контроля, системы связи и т.д. Возвращение на Землю всего этого оборудования открывает дорогу к созданию реально многоразового космического корабля капсульного типа, что, в свою очередь, служит снижению цен на космические полеты. И с этого всё началось.

Далее, возник вопрос о системе аварийного прерывания взлета (система аварийного спасения, в дальнейшем - САС).

Традиционно, все космические корабли капсульного типа, над обтекателем, имели и имеют дополнительную ракету САС. Вот так выглядит схема САС корабля Союз

Такая схема достаточно надежна и применялась практически на всех капсульных космических кораблях до Драконов. Вот как выглядели испытания САС корабля Аполлон:

НАСА очень консервативна в этом аспекте, имеет сертифицированного производителя этих САС и требовала от всех компаний покупать эти дополнительные ракеты у именно этого производителя. Для Дракона такая система должна была стоить чуть больше 12 миллионов баксов. Пригодилась САС во время запуска или нет - она всегда утрачивается в ходе полета.

У САС такого типа, кроме высокой цены есть ещё один существенный недостаток: она сбрасывается на определенной высоте, когда верхние ступени носителя ещё работают и, в случае аварии верхней ступени, когда уже сброшена САС и обтекатель, у корабля и экипажа шансов на спасение практически нет. Слава богу, пока такого не случалось, но вероятность, тем не менее, имеется.

Маск предложил изменить схему. Вместо сбрасываемой надстройки, установить в агрегатном отсеке мощные компактные двигатели с запасом горючего, которые смогли бы сорвать корабль с аварийной ракеты, отнести его вверх и в сторону. И поскольку эти двигатели становятся неотъемлимой частью самого корабля то, во-первых они готовы спасти корабль в любой момент, до самого отделения последней ступени уже в космосе, а во вторых, поскольку корабль моноблочный, эти двигатели вернутся на Землю вместе с многоразовым кораблем и могут быть использованы много раз.

Дальше, естественным образом, возник вопрос: если взлет прошел штатно, двигатели есть и топливо неизрасходовано - что с этим дальше делать в космосе? Если нештатной ситуации нет, эти двигатели слишком мощные для орбитального маневрирования, а для дальнейшего разгона, чтоб, к примеру, полететь к Луне, топлива в баках недостаточно. Ответ был замечательный - использовать их для пропульсивной посадки.

СпейсХ спроектировал и построил такой корабль, НАСА согласовывала и сертифицировала каждый этап проектирования и изготовления прототипа корабля, который и был представлен публике год назад:

На прошлой неделе Дракон-2 впервые взлетел в небо, используя свои пакеты двигателей СуперДрако. 8 двигателей (в 4 пакетах по 2 независимых двигателя) по 8 тс тяги каждый - первые ракетные двигатели, полностью изготовленные методом 3-Д печати, что, по уверениям компании СпейсХ, позволило сделать их легкими, компактными, обеспечить экстримально быстрый выход на максимальную тягу (что является ключевым требованием для САС), многоразовыми и дешевыми. НАСА потребовала сначала сертификации самого двигателя, что совершенно обычная и нормальная процедура, а потом необычной сертификации - пакета из 2 двигателей вместе. Сертификация была успешно проведена. Первое тестирование САС Дракона-2 (взлет со стартового стола) прошел успешно, хотя капсула поднялась на 1,1 км вместо 1,45 км и приводнилась на расстоянии 1,25 км от стартового стола вместо расчетных 2,25 км. Несмотря на "недолет", НАСА приняла результаты как абсолютно успешные. Даже Баз Олдрин, большой скептик "частного космоса", пришел в полнейший восторг и заявил, что берет назад свои слова о недостаточной безопасности частных космических кораблей. К слову сказать, аналогичную схему САС конструкторы фирмы Боинг заложили и в корбль CST-100 - второй частный корабль, принятый НАСА по программе коммерческих пилотируемых космических кораблей для полетов на МКС.

Только, в отличие от Дракона, CST-100 не возвращает агрегатный отсек на Землю и не является полностью многоразовым. Зато безопасность капсулы и астронавтов гарантируется на всем протяжении полета.

После успешного "launch abort test" состоялся брифинг, на котором Маск поделился некоторыми соображениями и планами. Надо сказать, что наше сообщество, чем я горжусь, проявило инициативу и вовсю обсуждало эти перспективы ещё до испытания САС Дракона. Один из активнейших "дискуссантов" нашего сообщества, Владимир Агафонов, вдохновленный мощью двигательной системы САС Дракона, поинтересовался, а нельзя ли использовать Дракона дальше, для полетов к Луне. Завязалась жаркая дискуссия о возможности использования Дракона-2 для высадки на Луну. и вот сам Маск, как оказалось, ответил на эти вопросы:

SpaceX supremo Elon Musk has revealed plans to utilize the Falcon Heavy and Dragon 2 vehicles for science missions throughout the solar system. Citing Dragon 2’s capability as a “science delivery platform”, Mr. Musk claimed the crew-capable spacecraft could also be tasked with landing scientific payloads at destinations ranging from the Moon and Mars – and even as far afield as Europa... 

 Mr. Musk expanded on plans to utilize the SuperDracos for use during landings on the surfaces of other planets.

Previously, comments surrounding the “Red Dragon” showed a Dragon spacecraft conducting propulsive landings on Mars. Mr. Musk has now claimed Dragon 2 has a much greater reach, thanks to the increased performance of the Falcon Heavy rocket that will soon come online.

“Dragon 2 is capable of transporting scientific payloads to anywhere in the solar system, with a liquid or solid surface, with or without an atmosphere. So Dragon is really a crew transport and science delivery platform,” he added...

“When boosted on a Falcon Heavy, Dragon can go pretty much anywhere, so we’re excited about exploring that possibility.”

Utilizing Falcon Heavy, Mr. Musk stated that Dragon will be capable of transporting two to four tons of payload to the surface of the Red Planet, with varying options for other destinations.

“With Dragon launched on a Falcon Heavy, it can go pretty much anywhere in the solar system, because that’s a heck of a big rocket,” he continued.

“Dragon, with the heat shield, parachutes and propulsive landing capability, is able to land on a planet that has higher entry heating, like Mars. It can also land on the Moon, or potentially conduct a Europa mission. “When the destination doesn't have an atmosphere, you can remove the parachute and the heat shield and replace that with additional propellant – so you’d have quite a lot of propellant for (propulsive) landing.”

Даю вольный перевод, поскольку многие, я знаю, не владеют аглицким.

Маск заявил, что, в паре с Фалькон Хэви, Дракон 2 может быть использован для высадки на небесные тела от Луны и Марса до Европы. Если корабль будет направлен на небесные тела, не имеющие атмосферы, то с Дракона может быть снят тепловой щит и парашюты, а освободившееся место может быть использовано для дополнительного топлива. Для планет, имеющих атмосферу, тепловой щит и парашюты остаются.

Хочу добавить только то, что Дракон-2 - коммерческий корабль, созданный частной компанией, а значит, он открыт для коммерческих заказов как частных компаний, так и государственных космических агентств разных стран.

В августе-сентябре сего года Дракон должен пройти второе испытание САС. С базы Ванденберг Дракон будет запущен на первой ступени Фалькона-9. В момент наибольшего динамического противодействия должна сработать САС корабля и парашюты должны будут аккуратно опустить его в Тихий океан. Это второе ключевое испытание САС, после чего НАСА должна будет дать разрешение на испытательный беспилотный орбитальный полет, за которым последует испытательный полет с экипажем фирмы, а потом первый полет смешанного экипажа (СпейсХ/НАСА) со стыковкой с МКС. В 2017-м ожидается ввод Дракона-2 в эксплуатацию для регулярных полетов на МКС. Все повторные полеты многоразового Дракона-2 будут только коммерческими и будут стоить заказчикам значительно дешевле, чем НАСА обязалась платить.

В июне СпейсХ готовит запуск грузового Дракона к МКС и, вероятно, посадку первой ступени Фалькона на 13-ю площадку космодрома на мысе Канаверал. Это обещает быть очень интересным зрелищем, за которым мы будем следить в прямом эфире.