سوبر دراكو

محرك SuperDraco هو محرك صاروخي يعمل بالوقود عالي الاشتعال، صممته وبنته شركة SpaceX . وهو جزء من عائلة محركات الصواريخ Draco التابعة لشركة SpaceX . توفر مجموعة احتياطية من ثمانية محركات SuperDraco نظام دفع مقاوم للأعطال لاستخدامه كنظام هروب عند الإطلاق لمركبة SpaceX Dragon 2 الفضائية، وهي كبسولة فضائية تحمل ركابًا .

تستخدم محركات صواريخ سوبر دراكو وقودًا فائق الاشتعال قابلًا للتخزين (غير مبرد) يسمح بتشغيلها لعدة أشهر بعد التزود بالوقود والإطلاق. وهي تجمع بين وظائف نظام التحكم في رد الفعل ومحرك الدفع الرئيسي . لا تتطلب أنواع الوقود فائقة الاشتعال مصدر إشعال خارجي، مما يوفر موثوقية أكبر للمركبة الفضائية. ^{[ 7 ]}

تُستخدم هذه المحركات في رحلات نقل الطاقم إلى مدار أرضي منخفض ، وكان من المتوقع أيضًا استخدامها في دخول وهبوط مركبة التنين الأحمر إلى المريخ التي تم إلغاؤها الآن .

تُستخدم محركات سوبر دراكو في كبسولة الفضاء دراغون 2 التابعة لشركة سبيس إكس والمخصصة لنقل الطاقم ، كما استُخدمت في دراغون فلاي ، وهو نموذج أولي لصاروخ قابل لإعادة الاستخدام على ارتفاعات منخفضة، استُخدم لاختبار جوانب مختلفة من تقنية الهبوط بالدفع. وبينما تبلغ قوة دفع المحرك 73,000 نيوتن (16,400 رطل) ، فقد تم تخفيضها إلى 68,170 نيوتن (15,325 رطل) أثناء اختبار دراغون فلاي للحفاظ على استقرار المركبة. ^{[ 6 ]}  

كانت شركة سبيس إكس تعتزم في الأصل استخدام محركات سوبر دراكو لهبوط مركبة كرو دراغون على اليابسة؛ وكان من المخطط استخدام المظلات والهبوط في المحيط فقط في حالة إلغاء الإطلاق. وقُدِّم اقتراحٌ إلى وكالة ناسا بالهبوط الدقيق على الماء باستخدام المظلات باعتباره "النهج الأساسي للعودة والاستعادة للرحلات القليلة الأولى" لمركبة كرو دراغون. ^{[ 8 ]} ثم أُلغيت خطة استخدام الهبوط بالدفع، ليصبح الهبوط في المحيط باستخدام المظلات الخيار الوحيد. ^{[ 9 ]} وفي عام 2024، أُعيد تفعيل استخدام محركات سوبر دراكو للهبوط بالدفع، ولكن كخيار احتياطي فقط لحالات الطوارئ المتعلقة بالمظلات. ^{[ 10 ]}

في الأول من فبراير/شباط 2012، أعلنت شركة سبيس إكس عن إتمامها تطوير نسخة جديدة وأكثر قوة من محرك صاروخي يعمل بالوقود القابل للتخزين ، أطلق عليها اسم سوبر دراكو . يتميز هذا المحرك عالي الدفع ، الذي يعمل بالوقود فائق الاشتعال ، بقوة تفوق قوة محرك دراكو RCS بنحو 200 ضعف، كما يوفر إمكانية التحكم الدقيق في قوة الدفع ^{[ 11 ]} . ومثل محرك دراكو، صُمم هذا المحرك لتوفير إمكانية إعادة التشغيل المتعددة واستخدام نفس أنواع الوقود فائق الاشتعال المستخدمة في دراكو. وكان الغرض الأساسي منه هو استخدامه في نظام الإجهاض عند الإطلاق (LAS) الخاص بمركبة دراغون الفضائية التابعة لشركة سبيس إكس. ووفقًا لبيان صحفي صادر عن وكالة ناسا، يستغرق المحرك من لحظة الاشتعال إلى أقصى قوة دفع 100  مللي ثانية. وكان من المتوقع أن تعمل ثمانية محركات سوبر دراكو لمدة 5 ثوانٍ بأقصى قوة دفع أثناء عملية الإجهاض عند الإطلاق. وقد مُوِّل تطوير هذا المحرك جزئيًا من خلال برنامج CCDev 2 التابع لوكالة ناسا.

الاسم: دراكو مشتق من الكلمة اليونانية دراكون التي تعني التنين. دراكو (كوكبة) هي كوكبة (التنين) تقع في المنطقة القطبية من نصف الكرة الشمالي بالقرب من كوكبتي قيفاوس والدب الأكبر.

تستخدم محركات سوبر دراكو مزيجًا من الوقود القابل للتخزين، يتكون من أحادي ميثيل هيدرازين ^{[ 2 ]} ومؤكسد رباعي أكسيد ثنائي النيتروجين ^{[ 2 ]} . وهي قابلة لإعادة التشغيل عدة مرات، ولديها القدرة على خفض قوة دفعها بشكل كبير، مما يوفر تحكمًا دقيقًا أثناء الهبوط المدفوع لكبسولة دراغون. ^{[ 12 ]}

يُعدّ محرك SuperDraco ثالث أقوى محرك طورته شركة SpaceX. تبلغ قوته حوالي 200 ضعف قوة محرك Draco ^{[ 13 ]} . وبالمقارنة، فهو أقوى بأكثر من الضعف من محرك Kestrel الذي استُخدم في المرحلة الثانية من صاروخ الإطلاق Falcon 1 التابع لشركة SpaceX ، ويُعادل حوالي 1/9 من قوة محرك Merlin 1D ، ومن المتوقع أن تبلغ قوته 1/26 من قوة محرك Raptor التابع لشركة SpaceX .

إضافةً إلى استخدام محركات SuperDraco للهبوط الآلي على الأرض، كان مركز أبحاث Ames التابع لناسا يدرس جدوى استخدام مركبة هبوط على المريخ مُشتقة من مركبة Dragon لأغراض البحث العلمي حتى عام 2017. ^{[ 14 ]} أشارت التحليلات الأولية في عام 2011 إلى أن التباطؤ النهائي سيكون ضمن قدرات محرك SuperDraco ذي الدفع العكسي. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

صُمم محرك SuperDraco ليكون قابلاً للتحكم بدرجة كبيرة في قوة الدفع ، من 100% إلى 20% من قوة الدفع الكاملة. ^{[ 11 ]} وكان من الممكن استخدام هذا المحرك لعمليات هبوط دقيقة ومتحكم بها لمركبة دراغون V2 ​​الفضائية.

خضع برنامج تطوير محرك سوبر دراكو لبرنامج اختبار مكثف امتد لعدة سنوات. اعتبارًا من ديسمبر 2012 تم تشغيل محركات الاختبار الأرضي SuperDraco 58 مرة بإجمالي مدة تشغيل بلغت 117 ثانية، وأعربت شركة SpaceX عن أملها في أن تتجاوز نتائج الاختبار المتطلبات الأصلية للمحرك. ^{[ 16 ]}

طُوِّرت نسخة ثانية من المحرك عام 2013، صُنعت هذه النسخة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بدلاً من تقنية الصب التقليدية . وبحلول يوليو 2014، أُجريت أكثر من 80 عملية تشغيل لغرفة احتراق المحرك المطبوعة ثلاثية الأبعاد، لمدة إجمالية تزيد عن 300 ثانية، كما اجتازت اختبار التأهيل الكامل بنجاح. ^{[ 11 ]}

أكملت SuperDraco اختبارات التأهيل في مايو 2014 - بما في ذلك الاختبار "في ظل مجموعة متنوعة من الظروف بما في ذلك عمليات بدء متعددة، وفترات إطلاق نار ممتدة، وتدفقات ودرجات حرارة وقود خارجة عن النطاق الاسمي." ^{[ 12 ]}

بحلول يناير 2015، عرضت شركة سبيس إكس وحدة محرك سوبر دراكو بكامل وظائفها في ماكجريجور، تكساس. سيتم استخدام أربع من هذه الوحدات، تحتوي كل منها على محركين من طراز سوبر دراكو، في مركبة دراغون 2 الفضائية المأهولة. ^{[ 17 ]}

في أبريل 2015، حددت شركتا سبيس إكس وناسا إطارًا زمنيًا لاختبار محركات سوبر دراكو الخاصة بمركبة دراغون 2 من خلال اختبار إجهاض الإطلاق من منصة الإطلاق. وقد أُجري الاختبار بنجاح في 6 مايو 2015، من منصة اختبار في قاعدة كيب كانافيرال الجوية (SLC-40 ). ^{[ 18 ] [ 19 ]}

في 20 أبريل 2019، تم تدمير كبسولة كرو دراغون التابعة لشركة سبيس إكس المستخدمة في مهمة DM-1 أثناء اختبار محركات سوبر دراكو في منطقة الهبوط 1. ^{[ 20 ]}

في الخامس من سبتمبر/أيلول 2013، نشر إيلون ماسك صورةً على تويتر لغرفة احتراق صاروخ سوبر دراكو المبردة بتقنية التجديد، وهي تخرج من طابعة ثلاثية الأبعاد معدنية من طراز EOS، وأشار إلى أنها مصنوعة من سبيكة إنكونيل الفائقة. ^{[ 21 ]} وقد تبين لاحقًا أن هذه هي تقنية الإنتاج المستخدمة في محركات الطيران.

أُعلن في مايو 2014 أن النسخة المؤهلة للطيران من محرك سوبر دراكو هي أول محرك صاروخي مطبوع بالكامل بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد . وعلى وجه الخصوص، تُطبع غرفة احتراق المحرك من مادة إنكونيل ، وهي سبيكة من النيكل والحديد، باستخدام عملية التلبيد الليزري المباشر للمعادن ، ويعمل المحرك بضغط 6900 كيلوباسكال (1000 رطل لكل بوصة مربعة) عند درجة حرارة عالية جدًا. ويُحفظ المحرك داخل غلاف واقٍ مطبوع لمنع انتشار الأعطال في حال تعطل أحد المحركات. ^{[ 1 ] [ 22 ] [ 23 ]} 

كانت القدرة على طباعة الأجزاء المعقدة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد عاملاً أساسياً لتحقيق هدف تقليل كتلة المحرك. ووفقاً لإيلون ماسك، "إنه محرك معقد للغاية، وكان من الصعب جداً تشكيل جميع قنوات التبريد ورأس الحقن وآلية الخنق. وكانت القدرة على طباعة سبائك متطورة عالية القوة... أمراً بالغ الأهمية لإنشاء محرك سوبر دراكو بالشكل الذي هو عليه الآن." ^{[ 24 ]}

إن عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد لمحرك SuperDraco تقلل بشكل كبير من وقت التسليم مقارنة بالأجزاء المصبوبة التقليدية ، و"تتمتع بقوة فائقة ، وليونة ، ومقاومة للكسر ، مع تباين أقل في خصائص المواد ". ^{[ 11 ]}

بحسب إيلون ماسك، يُعدّ خفض التكاليف من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد أمراً بالغ الأهمية أيضاً، لا سيما وأن شركة سبيس إكس قادرة على طباعة حجرة على شكل ساعة رملية حيث يتكون الجدار بأكمله من قنوات تبريد داخلية، وهو أمر كان مستحيلاً بدون التصنيع الإضافي. ^{[ 25 ]}

• سبيس إكس ميرلين