YF-77火箭发动机是
中国航天推进技术研究院(
中国航天科技集团公司第六研究院)为新一代大
运载火箭长征五号芯一级研制的
燃气发生器循环大推力
氢氧发动机。采用双涡轮分别驱动
液氢泵和
液氧泵工作方式,具有
混合比和推力调节功能,以提高火箭运载能力。发动机于2001年立项研制,历经十年艰苦攻关,发动机关键技术全部突破。YF-77
火箭发动机将与YF-100液氧
煤油火箭发动机一同成为我国新一代运载火箭的主要动力,并有可能被用于中国未来的重型运载火箭
上面级。
随着空间技术和空间应用的发展,中国着手论证新一代
运载火箭方案,逐步确立了具有“一个系列,两种发动机,三个模块”特点的新一代运载火箭方案,大推力氢氧发动机
YF-77便是两种发动机中的一种。
为了顺中国应空间技术和空间应用的发展,为
长征五号芯一级研制的YF-77火箭发动机于2001年开始立项研制。
3、推进剂超低温,液
氢的沸点为-252℃,这样的低温给发动机工作带来挑战;
伴随芯一级模块,YF-100将会被用于
长征五号系列的所有火箭(构型A到F)。(详情请参阅长征五号词条)
作为新一代
运载火箭芯级的
液氢液氧发动机可算得上白手起家了。中国研究氢氧发动机开展得很早,1970年就开始第一台氢氧发动机YF-70的研制,但是由于基础工业落后和低温氢氧发动机的高难度,发展道路艰辛无比。真空推力约8吨的
YF-75氢氧发动机是长征三号甲、乙、丙迄今为止的唯一可选的氢氧发动机。1994年2月3日日本H-II火箭首发射成功,标志着LE-7大推力氢氧发动机开始投入使用。为了追赶世界先进水平,上世纪90年代中国开始大推力氢氧发动机的研制工作,在缩比试验阶段也试图使用LE-7发动机一样的高压补燃循环(即
分级燃烧循环)方式,当时规划的分级燃烧循环大推力氢氧发动机代号YF-78。此后不清楚是技术难度太大,还是欧空局火神和美国RS-68发动机采用
燃气发生器循环的影响,中国大推力氢氧发动机最终采用了燃气发生器循环设计,地面推力50多吨,代号
YF-77,于2001年正式立项。
但是2007年却遭遇了国内外罕见的重大技术障碍,先后四次试车结果不理想,直接影响到整个研制进展。研制人员在发动机
推力室从强度分析、振动分析,以及产品结构设计等方面上进行了改进,效果不理想后又改用“一大四小”的改进方案:使用隔板喷嘴,改进推力室结构,提高面板连接强度。终于在2009年12月,发动机转入试样研制阶段,这标志着中国氢氧发动机的设计、生产、试验技术步入了新台阶。
研制
YF-77不但实现了我国氢氧发动机推力由8吨到70吨(真空)的跨越,而且有力推动了材料工艺、低温工程、
氢能利用等相关领域的科技创新和技术进步。
从推力上说,YF-77可以说是世界新一代
运载火箭氢氧发动机中推力最小的型号,不仅无法与德尔塔 IV火箭RS-68发动机的 344吨真空推力相比,也远低于阿里安5上火神2发动机的137吨真空推力和日本H-IIA/B火箭上LE-7A的112吨真空推力。
在氢氧发动机的
比冲上,
YF-77发动机偏低。美国的RS-68发动机针对大气层内飞行环境做了优化,地面比冲高达359秒接近了
航天飞机主发动机(SSME)的水平。日本的LE-7A发动机采用
分级燃烧循环,在比冲上天然的对
燃气发生器循环有优势,真空比冲442秒。