YF-130

YF-130 — это жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) открытого цикла, разработанный Китайской корпорацией аэрокосмической науки и техники (CASC) для сверхтяжёлой ракеты-носителя «Чанчжэн-9» (Long March 9). Двигатель является одним из самых мощных ЖРД в мире, использующим керосин (РГ-1) и жидкий кислород в качестве компонентов топлива. Разработка ведётся с 2010-х годов, а первые огневые испытания прототипа состоялись в 2022 году.

История создания

Предпосылки

Китайская космическая программа, начиная с 2010-х годов, поставила цель создания сверхтяжёлой ракеты-носителя, способной выводить на низкую опорную орбиту (НОО) до 150 тонн полезной нагрузки. Такая ракета необходима для пилотируемых экспедиций на Луну, строительства лунной базы и миссий к Марсу. Существовавшие на тот момент китайские двигатели (например, YF-100 и YF-77) не обеспечивали требуемой тяги, что потребовало разработки принципиально нового агрегата.

Разработка

Проект YF-130 был официально начат в 2016 году. Головным разработчиком выступила Академия аэрокосмических двигателей (Aerospace Propulsion Institute) в составе CASC. В отличие от многих современных ЖРД, использующих замкнутый цикл (с дожиганием генераторного газа), конструкторы YF-130 выбрали открытый цикл. Это решение было продиктовано стремлением к большей надёжности и простоте конструкции, а также возможностью масштабирования.

Первые стендовые испытания отдельных узлов прошли в 2019 году. Полноценное огневое испытание прототипа двигателя (с тягой около 400 тонн) состоялось 5 ноября 2022 года на испытательном стенде в провинции Шэньси. Испытание подтвердило работоспособность конструкции и достижение заявленных параметров. В 2023 году прошли испытания двигателя с тягой, увеличенной до 500 тонн.

Статус на 2024 год

По состоянию на 2024 год, YF-130 находится на стадии доводочных испытаний. Планируется, что он станет основным двигателем первой ступени ракеты «Чанчжэн-9», первый полёт которой ожидается в конце 2020-х годов. Параллельно ведётся разработка ещё более мощного двигателя YF-135 (с тягой до 600 тонн) для модернизированных версий ракеты.

Конструкция

Принцип работы

YF-130 представляет собой однокамерный ЖРД открытого цикла. В открытом цикле часть топлива (керосин) сжигается в газогенераторе, а полученный горячий газ приводит в действие турбину турбонасосного агрегата (ТНА). После турбины отработанный газ выбрасывается в атмосферу через отдельный выхлопной патрубок, не попадая в камеру сгорания. Это снижает общий КПД двигателя по сравнению с замкнутым циклом, но упрощает конструкцию и повышает её надёжность.

Основные компоненты

• Камера сгорания — изготовлена из жаропрочных сплавов, с внутренним охлаждением керосином (регенеративное охлаждение). Давление в камере — около 180 атмосфер.
• Турбонасосный агрегат (ТНА) — обеспечивает подачу топлива в камеру сгорания под высоким давлением. Состоит из центробежных насосов окислителя и горючего, приводимых в действие газовой турбиной.
• Газогенератор — камера сгорания, в которой сжигается часть топлива для получения газа, вращающего турбину.
• Форсуночная головка — распределяет и смешивает компоненты топлива в камере сгорания.
• Система управления вектором тяги — предполагается использование карданного подвеса (качание двигателя) для изменения направления вектора тяги.

Характеристики

Применение

Ракета-носитель «Чанчжэн-9»

Основным носителем для YF-130 является сверхтяжёлая ракета «Чанчжэн-9». Первая ступень ракеты будет оснащена четырьмя двигателями YF-130, что обеспечит суммарную тягу на старте около 2000 тонн. Это позволит выводить на НОО до 150 тонн полезной нагрузки, а на траекторию к Луне — до 50 тонн. Ракета предназначена для:

• Пилотируемых экспедиций на Луну (включая высадку на поверхность).
• Строительства и снабжения лунной базы.
• Запуска тяжёлых межпланетных станций к Марсу и другим планетам.
• Вывода на орбиту крупных модулей космических станций.

Сравнение с аналогами

YF-130 по тяге сопоставим с такими двигателями, как:

• F-1 (США) — двигатель первой ступени «Сатурн-5» (тяга 680 тонн). YF-130 уступает F-1 по тяге, но превосходит его по удельному импульсу и использует более современные материалы.
• RD-171 (Россия) — двигатель «Союз-2» (тяга 740 тонн). YF-130 значительно слабее, но имеет открытый цикл, что упрощает его производство.
• BE-4 (США) — двигатель ULA (тяга 240 тонн). YF-130 вдвое мощнее, но использует керосин, а не метан.
• Raptor (США) — двигатель SpaceX (тяга 230 тонн). YF-130 значительно мощнее, но имеет открытый цикл и не является многоразовым.

Критика и ограничения

Несмотря на впечатляющие характеристики, YF-130 имеет ряд недостатков, отмечаемых экспертами:

• Открытый цикл — снижает эффективность использования топлива по сравнению с замкнутым циклом (например, у российского RD-180 или американского Raptor). Это приводит к большему расходу топлива при той же тяге.
• Одноразовость — двигатель не предназначен для повторного использования, что увеличивает стоимость запусков.
• Сложность масштабирования — YF-130 является однокамерным, что требует создания связки из нескольких двигателей для достижения нужной тяги. Это увеличивает массу и сложность конструкции первой ступени.
• Зависимость от импортных технологий — часть критических компонентов (например, подшипники ТНА, жаропрочные сплавы) могут закупаться за рубежом, что создаёт риски в условиях санкций.

Перспективы

Китайское космическое агентство (CNSA) планирует использовать YF-130 как основу для создания семейства двигателей различной тяги. В перспективе возможно создание модификации с замкнутым циклом (YF-130M) для повышения эффективности. Также рассматривается возможность использования двигателя на других ракетах, например, на сверхтяжёлой ракете «Чанчжэн-10» (для лунных миссий). Однако, по состоянию на 2024 год, YF-130 остаётся экспериментальным образцом, и его серийное производство начнётся не ранее 2027 года.

Источники

• Отчёт CASC об испытаниях YF-130 (2022)
• Статья в журнале «Космическая техника и технологии» (Китай, 2023)
• Данные с сайта China Space News
• Аналитические материалы SpaceNews (США)
• Сравнительная таблица двигателей из открытых источников