Dragon (с англ. — «дракон») — частный транспортный космический корабль компании SpaceX, разработанный по заказу NASA в рамках программы Commercial Orbital Transportation Services (COTS), предназначенный для доставки и возвращения полезного груза и, в перспективе, людей на Международную космическую станцию.

Необходимость в новых грузовых кораблях возникла у США по причине прекращения полётов Шаттлов.

На 2016 год и начиная с 2012-го, Dragon является единственным в мире действующим грузовым космическим кораблем, способным возвращаться на Землю^[3][4][5].

История

SpaceX начала разработку космического корабля Dragon в конце 2004 года^[6].

В 2006 году был подписан контракт между SpaceX и NASA по программе Commercial Orbital Transportation Services (COTS), согласно которому, планировались 3 тестовые миссии, для сертификации ракеты-носителя и космического корабля на программу Commercial Resupply Services (CRS) по снабжению МКС. Впоследствии, вторая и третья демонстрационные миссии были объединены в одну^[7].

12 августа 2010 года в районе залива Морро на тихоокеанском побережье США были успешно проведены испытания парашютной системы космического корабля Dragon. Капсула была поднята на вертолете на высоту 4,2 км и сброшена вниз. Тормозные и основные парашюты сработали штатно, нормально опустив аппарат на поверхность океана. При этом астронавты в корабле будут испытывать при приводнении перегрузки не более 2—3 g^[8].

25 мая 2012 года, в 16:02 UTC, корабль Dragon был пристыкован к модулю Гармония, в рамках демонстрационной миссии SpaceX COTS Demo Flight 2/3^[9]. Dragon стал первым частным космическим кораблём, пристыкованным к Международной космической станции.

Согласно контракту, заключенному между NASA и «SpaceX» по программе Commercial Resupply Services, последняя должна была осуществить 12 штатных миссий на МКС, но, в марте 2015 года, NASA приняла решение продлить контракт еще на три миссии в 2017 году^[10]. Сумма контракта с NASA около 1,6 млрд долларов (увеличилась до около 2 млрд после продления).

8 октября 2012 года, корабль Dragon отправился к Международной космической станции, в рамках миссии SpaceX CRS-1. Это первый в истории полёт космического транспорта с коммерческой миссией к МКС.

30 мая 2014 года Илон Маск представил пилотируемую версию космического корабля Dragon, названную Dragon V2.

В декабре 2015 компания SpaceX получила контракт общей стоимостью около 700 млн $ на еще 5 миссий корабля Dragon к Международной космической станции. Дополнительные миссии позволят обеспечить снабжение станции до 2019 года включительно, когда стартует вторая фаза программы Commercial Resupply Services^[11].

14 января 2016 года NASA определила компанию SpaceX как одного из победителей конкурса второй фазы программы снабжения МКС Commercial Resupply Services 2 (CRS2), что обеспечило космическому кораблю Dragon как минимум 6 грузовых миссий с возможностью продления контракта. Предложение компании включает 2 варианта миссий с различными способами стыковки со станцией: стандартным, с использованием манипулятора Канадарм2 и автоматическим, с использованием стыковочного порта для пилотируемых кораблей. Также предложена возможность посадки корабля на землю с использованием собственных двигателей SuperDraco, что позволит ускорить доступ к возвращаемому грузу^[12][13].

Описание

Космический корабль Dragon состоит из командного-агрегатного отсека конической формы и транка-переходника для стыковки со второй ступенью ракеты-носителя, который служит как негерметичный контейнер для размещения грузов и одноразового оборудования — солнечных батарей и радиаторов системы охлаждения. Энергоснабжение корабля, как и у российского «Союза» обеспечивается солнечными батареями и аккумуляторами. В отличие от других возвращаемых космических кораблей («Аполлон», «Союз», а также разрабатываемых «Орион», CST-100 и «Федерация»), Dragon является практически моноблочным кораблем. Двигательная установка, топливные баки, аккумуляторы и другое оборудование агрегатного отсека возвращается вместе с кораблем, что является уникальным. В грузовой версии корабля стыковка с МКС, в виду отсутствия системы автономной стыковки, осуществляется тем же образом, что и стыковка японского HTV, с помощью манипулятора «Канадарм2». Теплоизоляционный щит корабля абляционный, его испарение уносит с собой тепловую энергию^[14].

Космический корабль Dragon разрабатывается в нескольких модификациях: грузовой (в этом варианте он используется сейчас), пилотируемой «Dragon v2» (экипаж до 7 человек), грузо-пассажирской (экипаж 4 человека + 2,5 тонны грузов), максимальная масса корабля с грузом на МКС может составлять 7,5 тонн, и модификация для автономных полётов (DragonLab).

Предполагается, что для корабля Dragon будет создана уникальная система аварийного спасения (САС), размещающаяся не на мачте над космическим кораблем, а в самом корабле. По заявлению главы и генерального конструктора SpaceX Илона Маска, двигатели САС, возможно, будут использованы при посадке космического корабля на сушу^[15].

Конструкция

При сборке космического корабля Dragon широко используются современные композитные материалы, с целью снижения веса и придания дополнительной прочности конструкции.

В грузовой версии корабля используется одноразовый носовой конус. Конус защищает корабль и стыковочный механизм в плотных слоях атмосферы после старта ракеты-носителя и отсоединяется вскоре после начала работы верхней ступени.

Используемый стыковочный механизм называется Common Berthing Mechanism и используется для всех грузовых кораблей, стыкующихся с американской частью Международной космической станции. Кроме того, этот же механизм стыковки используется для всех модулей МКС, за исключением российских. На корабле Dragon установлена пассивная часть механизма стыковки, активная часть встроена в узловые модули Юнити, Гармония, Спокойствие.

Для доступа в герметичный отсек имеются 2 люка, верхний (основной) и боковой.

Служебный отсек располагается по периметру нижней части капсулы космического корабля. В нём размещены двигатели Draco, баки с топливом для двигателей, бортовые компьютеры, аккумуляторные батареи. Кроме того, там же находится сенсорный отсек, люк которого выходит наружу корабля и находится под боковым люком. Люк закрыт во время взлета и посадки, открывается в космосе и фиксируется в открытом положении. В отсеке находятся датчики систем управления, навигации и контроля корабля^[16]. С внутренней стороны люка находится специальный механизм для захвата и фиксации корабля манипулятором Канадарм2.

Для орбитальных манёвров используются 18 двигателей Draco. Двигательная установка разбита на 4 отдельных блока, 2 блока насчитывают по 4 Draco и 2 блока — по 5. Двигатели продублированы по всем осям направления. Используют для работы самовоспламеняющуюся смесь монометилгидразина и тетраоксида диазота и выдают тягу 400 Н каждый^[2].

Электроснабжение корабля обеспечивается солнечными и аккумуляторными батареями. Солнечные батареи находятся снаружи негерметического грузового отсека. Во время старта и полета в атмосфере скрыты под специальными защитными чехлами. После отстыковки корабля от верхней ступени Falcon 9, чехлы отсоединяются и панели солнечных батарей раскрываются в 2 широких крыла с общим размахом 16,5 м. В среднем продуцируют 1,5-2 кВт электроэнергии, с максимумом до 4 кВт. 4 литий-полимерные аккумуляторные батареи обеспечивают корабль питанием во время взлёта, посадки и отсутствия солнечного света на орбите^[2].

Система поддержания внутренней среды способна поддерживать в герметичном отсеке давление от 13,9 до 14,9 psi (1 атм), температуру от 10 до 46°С и влажность от 25 до 75 %^[2].

В первых полетах грузовой версии корабля Dragon использовался теплоизоляционный щит из материала PICA-X первого поколения, позже начали использовать второе поколение. Третье поколение PICA-X планируется для использования на пилотируемой версии Dragon V2^[17].

Грузовой Dragon использует парашютную схему приземления. На высоте 13,7 км выпускаются два тормозных парашюта, которые замедляют и стабилизируют капсулу, после чего, на высоте около 3 километров открываются 3 основных парашюта, которые снижают скорость приземления до 17-20 км/ч перед приводнением в океане^[18].

Негерметический грузовой контейнер имеет полезный объём 14 м³ и может быть использован для транспортировки крупногабаритных грузов. С его помощью на МКС был доставлен экспериментальный модуль BEAM, а также планируется доставка новых стыковочных адаптеров IDA-1 и IDA-2 для будущих пассажирских кораблей Dragon V2 и CST-100. Кроме солнечных батарей в контейнере находятся радиаторы системы терморегуляции корабля. Негерметический контейнер не возвращается на Землю, он отделяется от капсулы незадолго до входа корабля в атмосферу и сгорает.

Знаковые миссии

Первый запуск ракеты-носителя

Первый запуск Falcon 9 состоялся 4 июня 2010 года с мыса Канаверала в 18:45 UTC. В 18:54 вторая ступень ракеты-носителя успешно вышла на орбиту^[19]. Ракета была запущена со второй попытки, первый запуск был отменен за несколько секунд до старта из-за технической неполадки. Во время первого полёта Falcon 9 на ракету-носитель был установлен массо-габаритный макет корабля Dragon (Dragon Qualification Spacecraft) для проведения аэродинамических испытаний.

Вторая ступень ракеты-носителя с установленным на нём макетом корабля Dragon вышла на близкую к расчётной низкую околоземную орбиту с параметрами:

• наклонение — 34,5 град.;
• минимальная высота (в перигее) — 245,0 км;
• максимальная высота (в апогее) — 272,8 км;
• период обращения — 89,52 мин.

Стоит отметить, что первый запуск Falcon 9 был не настолько успешным. Например, после включения разгонного блока появилось заметное смещение по крену^[20].

Первый орбитальный полёт

8 декабря 2010 года, в 15:43 UTC с мыса Канаверал успешно стартовала ракета-носитель Falcon 9 с космическим кораблём Dragon на борту. Через 10 минут после старта, на высоте ≈ 300 км корабль достиг орбиты и отделился от носителя^[21][22].

Корабль дважды облетел Землю со скоростью около 7,73 км/с (более 27 300 км/ч), после чего пошел на снижение. Капсула вошла в атмосферу и согласно плану полёта, раскрыв парашюты, приводнилась в Тихом океане в 19:04 UTC^[23][24].

В течение миссии были представлены возможности Dragon по переходу с орбиты на орбиту, а также передача телеметрии, прохождение команд, выдача импульса на сход с орбиты и приводнение с использованием парашютной системы в Тихий океан недалеко от побережья Калифорнии.

На борту корабля Dragon находился «совершенно секретный груз», информация о котором была раскрыта только после приводнения капсулы. Как оказалось, это была головка сыра, которая находилась в специальном контейнере, прикрученном к полу спускаемого аппарата^[25].

Первый полёт к МКС

Ракета-носитель Falcon 9 с космическим кораблём Dragon после нескольких переносов стартовала с космодрома на мысе Канаверал 22 мая 2012 года в 07:44 UTC, спустя несколько минут космический корабль отделился от второй ступени ракеты и успешно вышел на промежуточную орбиту. 25 мая 2012 года, в 13:56 UTC, корабль осуществил сближение с МКС до дистанции 10 метров, был захвачен манипулятором «Канадарм2», установленным на модуле «Спокойствие», и успешно пристыкован^[26].

В ходе этой миссии предполагалось проверить работу бортовых датчиков, радиосвязь и управление с борта МКС. Корабль осуществил в автоматическом режиме сближение со станцией, после чего экипаж станции с помощью манипулятора «Канадарм2» осуществил захват корабля и его стыковку. Космический корабль Dragon был пристыкован к модулю «Гармония» на стороне, обращённой к Земле. Корабль доставил на МКС 520 килограммов груза^[27] — «необязательные» предметы, без которых экипаж в случае провала миссии смог бы легко обойтись. Корабль Dragon находился в составе станции в течение 5 дней, 16 часов и 5 минут^[28]. Завершающий этап миссии предусматривал отстыковку космического корабля — 31 мая^[29], сход его с орбиты и приводнение в Тихом океане, около побережья штата Калифорния, и был успешно завершён в 15:42 UTC^[28].

По успешным результатам второго тестового полета от третьего тестового полета было принято решение отказаться.

Первый коммерческий рейс к МКС

Первый коммерческий старт корабля к МКС был произведен 8 октября 2012 года. Запуск состоялся с космодрома на мысе Канаверал во Флориде, в 00:35 UTC. Космический корабль Dragon состыковался с МКС 10 октября^[30][31].

Корабль доставил на МКС примерно 450 килограммов полезного груза, в том числе, материалы для проведения 166 научных экспериментов. Обратно на Землю Dragon успешно вернул около 900 килограммов груза^[31], среди которого списанные детали станции, а также свыше 330 килограммов результатов научных исследований.

Корабль отстыковался от МКС 28 октября 2012 года в 11:19 UTC, и вернулся на Землю, приводнившись в акватории Тихого океана в 19:22 UTC, на расстоянии около 300 км от побережья Калифорнии^[31].

Заключённый между компанией SpaceX и NASA контракт Commercial Resupply Services (CRS), оценочной стоимостью в 1,6 миллиардов долларов, предполагал 12 полётов к МКС, начиная с рейса SpaceX CRS-1^[31].

График полётов

Пилотируемая модификация «Dragon V2»

29 мая 2014 года компания представила пилотируемую версию многоразового аппарата Dragon, которая позволит экипажу не только добираться до МКС, но возвращаться на Землю с полным контролем процедуры приземления. В капсуле Dragon одновременно смогут находиться семь космонавтов^[64]. В отличие от грузовой версии он способен стыковаться с МКС самостоятельно, без использования манипулятора станции. Главные отличия — управляемая посадка на двигателях SuperDraco (парашютная схема в качестве резерва), опоры для мягкой посадки и салон с креслами для астронавтов и панелью управления^[65]. Также заявлено, что спускаемая капсула будет многоразовой, первый беспилотный полёт намечен на 2015 год, пилотируемый — на 2016 год^[66].

Марсианская миссия «Red Dragon»

В июле 2011 года стало известно что Исследовательский центр имени Эймса разрабатывает концепцию марсианской исследовательской миссии Red Dragon с использованием носителя Falcon Heavy и капсулы SpaceX Dragon. Капсула должна войти в атмосферу и стать платформой для исследовательских экспериментов на поверхности. Концепция предложена как программа NASA Discovery для запуска в 2018 году и прибытие на Марс через несколько месяцев. Капсула сможет производить бурение на глубину до 1 метра в поисках льда под поверхностью. Стоимость миссии на уровне $425 млн., не включая цену запуска^[67]. Предварительные расчеты показывают, что по сути неизмененная капсула имеет возможность доставки около 1000 кг полезного груза на поверхность Марса. Корабль будет использовать ту же систему посадки на низкую опорную орбиту, что и пилотируемые версии.

Фотогалерея

• Капсула Dragon в сборочном цехе

• Корабль Dragon в сборочном цехе

• Корабль в ангаре комплекса SLC-40

• Dragon в процессе монтажа на ракету-носитель

• Корабль приближается к станции

• Dragon приближается к МКС на расстояние 30 м

• Dragon в момент захвата его роботизированной рукой

• Корабль захвачен манипулятором «Канадарм2»

• Корабль Dragon пристыкован к МКС

• Dragon спускается в океан на парашютах

• Спускаемая капсула корабля Dragon в Тихом океане, после возвращения

Сравнение с аналогичными проектами

См. также

• Союз Т
• Cygnus — грузовой
• Орион — частично многоразовый пилотируемый
• CST-100 — пилотируемый
• Dream Chaser — многоразовый пилотируемый
• Федерация

Примечания

                                       S6
                                       /
                                     S5
                                     /
                                  S3/S4
                                   /                                    Союз МС-02
                  Коламбус       S1            Квест                         |
                     /           /           Z1 /                          Поиск
                   |/           S0            |/                             |
IDA-2 — PMA2 — Гармония  —  Дестини    —    Юнити — PMA1  —  Заря    —    Звезда  —  
                  /|          P1             /|               |              |
                 /           /              /              Рассвет          Пирс
              Кибо        P3/P4  PMM — Спокойствие — BEAM     |              |
                           /              /  |           Союз МС-03    Прогресс МС-03
                         P5              / Купол
                         /             PMA3
                       P6