YF‑77 — це китайський кріогенний рідинний ракетний двигун (працює на рідкому водні — LH₂ та рідкому кисні — LOX), розроблений Академією аерокосмічної рідинної двигунобудівної технології (AALPT) для використання в основному ступені ракети‑носія Long March 5 (Chang Zheng 5 / CZ‑5). Це перший двигун Китаю великої тяги, який використовує кріогенні пропеленти у нижньому ступені, і він призначений для забезпечення потужної, ефективної тяги на старті й у підйомі ракети.
Історія та розвиток
Програма створення YF‑77 була затверджена у 2002 році Комісією науки, технології та промисловості для оборони КНР (COSTIND).
Роботи над проектом базувалися на попередньому досвіді з двигуном YF‑75, але YF‑77 має значно вищу тягу, більший витрат палива та значно вищий тиск у камері згоряння.
Перші стендові випробування стартували приблизно у 2004‑2005 роках, із серією випробувань до кінця 2000‑х.
YF‑77 вперше застосовано у запуску ракети Long March‑5, перший політ якої відбувся 3 листопада 2016 року.
Призначення та загальна роль
YF‑77 призначений для роботи у центральному (основному) ступені ракети Long March‑5. На старті використовується разом із бічними прискорювачами (YF‑100), які дають більшу частину тяги на початковій фазі.
Використовується для виведення важких корисних навантажень на низьку навколоземну орбіту та геоперехідну орбіту; один із ключових двигунів нового покоління лавиноносіїв Китаю.
Технічні характеристики
Ось найбільш детальні дані, відомі на сьогодні:
| Параметр | Значення |
|---|---|
| Тип циклу | Газогенераторний цикл (gas‑generator cycle) |
| Паливо / окислювач | Рідкий водень (LH₂) / рідкий кисень (LOX) |
| Тяга у вакуумі | ~ 700 кН |
| Тяга на рівні моря | ~ 518–510 кН |
| Специфічний імпульс (Isp) у вакуумі | ~ 428 секунд |
| Специфічний імпульс на рівні моря | ~ 316–310 секунд |
| Тиск у камері згоряння | ~ 10.1 МПа (≈101 бар) |
| Співвідношення змішування (O/F) | приблизно 5.5 (регульований) |
| Коефіцієнт розширення сопла | ~ 49 |
| Час роботи | ~ 520–525 секунд (~8‑9 хв) |
| Габарити | Довжина з кронштейном ≈ 2.6 м; діаметр сопла або корпусу ≈ 1.5 м |
| Маса | близько 2700–2750 кг |
| Кількість камер згоряння / сопел | 1 камера згоряння, 1 сопло на двигун |
| Керування напрямком тяги | Є можливість повороту у двох площинах; кожен двигун може глядати незалежно |
Особливості конструкції та інновації
Камера згоряння і горловина (throat) охолоджуються регенеративно (пропелентом, тобто рідким воднем), що дозволяє підтримувати температуру матеріалів під контролем.
Сопло має “dump cooling” або “опущене” охолодження для зовнішньої частини (nozzle skirt) — менш складна схема, зменшує вагу і складність, але реально працює лише коли частина потоку відхиляється або пропелент охолоджує зовнішню поверхню іншим способом.
Турбонасоси:
- паливний насос (для LH₂) — двоступеневий з індуктором і інжектором, з частотою обертання ≈ 35 000 об/хв
- насос окислювача — одна стадія з індуктором, обертається близько 18 000 об/хв
Система запалювання:
Піротехнічне запалення (pyrotechnic igniters) в газогенераторі та камері згоряння.
Експлуатація та надійність
Двигун у серії в експлуатації; використовується у всіх польотах Long March 5 з часу його вступу в дію.
Дуже великий час роботи для нижнього ступеня: близько 520 секунд — це досить тривалий термін, враховуючи запуск, вихід з атмосфери, підйом до великих висот. Це накладає вимоги на тепловий захист, матеріали та системи охолодження.
Надійність, згідно з відкритими джерелами, висока; двигун пройшов велику серію випробувань перед введенням у регулярну роботу.
Порівняння та місце серед аналогів
YF‑77 — це двигун аналогічного призначення, як, наприклад, двигуни Vulcain (Європа), LE‑7 (Японія), або двигуни на LH₂/LOX у перших ступенях, коли такі використовуються. У порівнянні з ними YF‑77 має конкурентну тягу і ефективність.
Для Китаю він був суттєвим технологічним кроком: від YF‑75 (який використовується в верхніх ступенях) до більших систем, здатних витримувати високі маси вантажів і великі теплові навантаження.
Обмеження та виклики
YF‑77 — не перенапалювальний (не має кільцевого або staged‑combustion закритого циклу) у нижньому ступені – газогенераторний цикл має деякі втрати ефективності порівняно із закритими циклами, але простіший і дешевший.
Не має потужності перекидатися або “модулювати” тягу у великих межах — завжди працює на максимальний режим, без можливості часткового режиму.
YF‑77 є ключовим компонентом сучасного китайського ракетного двигунобудування. Як перший нижній кріогенний двигун великої тяги, він дозволяє Китаю суттєво підвищити вантажопідйомність Long March‑5, зробити ракету конкурентноздатною на міжнародному ринку запусків, та просунути технологічний рівень двигунів LOX/LH₂ у країні. Його характеристики — висока тяга, добрий Isp, значний час роботи — демонструють, що Китай досяг помітного прогресу. У майбутньому можливо з’являтимуться модифікації або нові версії, ще більш потужні чи ефективніші, але YF‑77 вже зараз відіграє важливу роль у космічній інфраструктурі КНР.