YF-90

YF-90 — это советский и российский проект перспективного жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) на кислородно-водородном топливе, разрабатывавшийся в 1990-х — 2000-х годах в Конструкторском бюро химического машиностроения имени А. М. Исаева (КБХМ, г. Королёв). Двигатель предназначался для использования в качестве маршевого на верхних ступенях ракет-носителей (РН) нового поколения, в первую очередь для перспективной российской ракеты «Ангара-А5В» (в водородной версии), а также для разгонных блоков (РБ) типа «КВТК» (кислородно-водородный тяжёлый блок). Проект не был доведён до стадии лётных испытаний и остался в статусе опытно-конструкторской разработки.

История создания

Предпосылки

В конце 1980-х — начале 1990-х годов в СССР и затем в России возникла потребность в создании эффективных кислородно-водородных двигателей для выведения тяжёлых грузов на геостационарную орбиту и к Луне. Существовавшие советские водородные двигатели, такие как РД-0120 (для «Энергии») и РД-57 (для разгонного блока «Д»), имели высокие характеристики, но были либо слишком мощными для современных носителей, либо устарели по конструкции. КБХМ, имевшее опыт создания двигателей малой и средней тяги (в том числе для космических аппаратов), предложило проект YF-90 (иногда обозначаемый как РД-0146 или РД-0150 в различных источниках) — двигатель с тягой в вакууме около 10-12 тонн-сил (98-118 кН).

Разработка

Работы по YF-90 начались в КБХМ в первой половине 1990-х годов в рамках программы создания перспективных разгонных блоков. Двигатель проектировался как однокамерный, с газогенераторной схемой дожигания окислительного газа. В качестве топлива использовались жидкий кислород (окислитель) и жидкий водород (горючее). Основные усилия были направлены на отработку турбонасосного агрегата (ТНА) и камеры сгорания с регенеративным охлаждением.

К середине 2000-х годов были изготовлены и испытаны отдельные узлы двигателя. По данным КБХМ, стендовые испытания подтвердили работоспособность ключевых элементов, включая газогенератор и турбину. Однако полномасштабные огневые испытания собранного двигателя в составе ступени не проводились. Проект столкнулся с хроническим недофинансированием в постсоветский период, а также с изменением приоритетов российской космической программы: в 2010-х годах акцент сместился на создание ракет «Ангара» с использованием кислородно-керосиновых двигателей (РД-191) и метановых двигателей (РД-0162).

Закрытие проекта

К концу 2010-х годов работы по YF-90 были фактически свёрнуты. Официально проект не закрывался, но не вошёл в Федеральную космическую программу на 2016-2025 годы. Вместо него для перспективного сверхтяжёлого носителя «Енисей» (позднее «Дон») рассматривался двигатель РД-0150 на метане, а для разгонного блока «КВТК» — модификация существующего двигателя РД-0146 (который, в свою очередь, является развитием технологий YF-90). Таким образом, YF-90 остался в истории как экспериментальная разработка, не вышедшая из стадии НИОКР.

Конструкция и характеристики

Схема и принцип работы

YF-90 представляет собой жидкостный ракетный двигатель закрытого цикла с дожиганием окислительного газа. Это означает, что часть топлива (кислород) сжигается в газогенераторе при низкой температуре, образующийся газ вращает турбину ТНА, а затем подаётся в камеру сгорания, где дожигается с остальным водородом. Такая схема обеспечивает высокий удельный импульс (до 460-470 секунд в вакууме) и эффективность.

Основные параметры (проектные)

• Тяга в вакууме: 98-118 кН (10-12 тс).
• Удельный импульс в вакууме: 460-470 с (оценочно).
• Давление в камере сгорания: около 8-10 МПа.
• Компоненты топлива: жидкий кислород (O₂) и жидкий водород (H₂).
• Схема: с дожиганием окислительного газа.
• Охлаждение: регенеративное (горючее проходит через рубашку камеры).

Особенности

• Малые габариты и масса: по сравнению с аналогами (например, RL-10 компании Aerojet Rocketdyne), YF-90 проектировался как относительно компактный двигатель, пригодный для установки в разгонные блоки ограниченного диаметра.
• Высокая степень расширения сопла: сопло двигателя имело значительное расширение (около 100-120), что обеспечивало максимальную эффективность на больших высотах и в вакууме.
• Отработка ТНА: ключевой проблемой стало создание высокооборотного турбонасосного агрегата для жидкого водорода (требовались скорости вращения до 100 000 об/мин). КБХМ удалось решить эту задачу на уровне стендовых испытаний.

Применение

Планировавшиеся носители

YF-90 рассматривался как основной двигатель для следующих проектов:

• Разгонный блок «КВТК» (кислородно-водородный тяжёлый блок) для ракет «Ангара-А5В» и «Ангара-А5ВМ». Использование водородного разгонного блока должно было увеличить грузоподъёмность на геостационарную орбиту с 3-4 тонн (в керосиновом варианте) до 7-8 тонн.
• Верхняя ступень перспективной ракеты-носителя «Ангара-А5В» (водородная версия). В этом варианте YF-90 мог устанавливаться в качестве маршевого двигателя третьей ступени.
• Экспериментальные проекты по созданию межпланетных буксиров (в том числе для лунных миссий).

Конкуренты и аналоги

По своим параметрам YF-90 близок к американскому двигателю RL-10B-2 (тяга 110 кН, удельный импульс 465 с), используемому в разгонных блоках «Центавр» и «DCSS». Однако RL-10 прошёл многолетнюю лётную эксплуатацию, в то время как YF-90 остался на стадии прототипа. В России единственным серийным водородным двигателем является РД-0146 (разработка КБХА, г. Воронеж), который используется в разгонном блоке «Д» и его модификациях. YF-90 отличался от РД-0146 большей тягой и более совершенной схемой дожигания.

Современное состояние

По состоянию на 2024 год проект YF-90 не возобновлён. Технологические наработки, полученные в ходе его разработки (в частности, по турбонасосным агрегатам для жидкого водорода и камерам сгорания с регенеративным охлаждением), используются в КБХМ при создании новых двигателей, в том числе для перспективных разгонных блоков. Однако в официальных планах «Роскосмоса» YF-90 не упоминается. Вместо него для будущих сверхтяжёлых ракет и лунных программ рассматриваются метановые двигатели (РД-0162) и модернизированные версии керосиновых двигателей.

Интересные факты

• Обозначение YF-90 иногда путают с китайскими двигателями серии YF (например, YF-73, YF-75), однако YF-90 — это полностью российская разработка КБХМ.
• Двигатель планировалось изготавливать с использованием титановых сплавов и жаропрочных сталей, что должно было снизить массу конструкции.
• В 2000-х годах рассматривалась возможность совместной разработки YF-90 с европейскими партнёрами (в рамках программы «Аврора»), но проект не был реализован из-за разногласий по финансированию и технологическому обмену.

Источники

• Материалы Конструкторского бюро химического машиностроения имени А. М. Исаева (КБХМ) — отчёты по проекту «YF-90» (1990-2000-е гг.).
• Статья «Перспективные водородные двигатели России» в журнале «Космическая техника и технологии» (№ 3, 2012).
• Публикации на сайте «Новости космонавтики» (раздел «Двигатели») за 2005-2010 гг.
• Данные Федеральной космической программы России на 2016-2025 годы (раздел «Разгонные блоки»).
• Сравнительный анализ двигателей RL-10 и YF-90 в отчёте ЦНИИмаш (2015).