長征七號運載火箭

長征七號運載火箭

長征七號運載火箭(英文:Long March 7,縮寫:CZ-7),其前身是長征二號F換型運載火箭(縮寫:CZ-2F/H)。火箭由中國運載火箭技術研究院(航天一院)為整體研製單位。 

長征七號採用“兩級半”構型,運載能力將達到近地軌道13.5噸,太陽同步軌道5500千克,預計將于2016年前後送天舟貨運飛船升空與天宮二號對接。預計到2021年火箭各項技術趨于成熟穩定時,將逐步替代現有的長征二號、三號、四號系列,承擔我國80%左右的發射任務。

2016年6月25日20時22分,我國全新研製的長征七號運載火箭,在新增的海南文昌航天發射場發射升空,成功將載荷送入預定軌道。

  • 中文名稱
    長征七號運載火箭(CZ-7)
  • 外文名稱
    LM-7或Long March 7
  • 起飛推力
    720噸
  • 首飛時間
    2016年6月25日20時00分
  • 準則
    設計數位化、模裝數位化、試驗預試化、生產自動化、管理信息化
  • 所屬國家
    中華人民共和國
  • 研製單位
    中國運載火箭技術研究院
  • SSO運載能力
    5500千克
  • GTO運載能力
    7000千克
  • 發射場
    中國海南航天發射場
  • 級數
    兩級半
  • 助推器
    4*120噸推力單擺YF-100發動機
  • 第一級
    2*120噸推力雙擺YF-100發動機
  • 第二級
    4*18噸推力雙機雙擺YF-115發動機
  • 總長
    53.1米
  • 起飛重量
    594噸

研製原因

2020年前我國將發射大量各種軌道的航天器,對運載火箭尤其是中型運載火箭的需求比較旺盛,我國已經立項研製了CZ-5、CZ-6、CZ-7運載火箭,其中的CZ-7運載火箭是為滿足載人航天工程發射貨運飛船的迫切需求而優先發展的中型運載火箭。

長征七號運載火箭

長征七號火箭的最早原型是長征二號H型,即利用長征二號F型的成熟技術,在大體不變的情況下換成新研製的液氧煤油發動機,即換發型(H型)。在同一時間上,研製的長征五號系列運載火箭也分為大、中、小三型,其中3.35米直徑的中型與長征二號H型有一定的技術和用途重疊性。最後決定研製一種新型中型火箭,其綜合長征二號的成熟技術又同時運用長征五號的新技術,並賦予新的編號“長征七號”。

發展原則

  1. 基本型以滿足載人航天工程後續任務要求的CZ-7為基本型,論證中型火箭其他構型的方案。
  2. 系列化以基本型為基礎,通過調整助推器個數或種類和增加上面級三子級實現中型火箭的系列化。如:後續型號從二級半發展成三級半(CZ-734型),從全煤發動機發展成上面級為氫氧級(CZ-720(HO)型)等等。
  3. 繼承性充分繼承新一代大型運載火箭和在役運載火箭的已有研製成果;所有構型使用的液體發動機均基于我國已有或正在研製的液氧煤油和液氫液氧發動機;固體助推器基于正在研製的120噸推力的固體發動機。如:CZ-7繼承了CZ-7F型的成熟技術,液氧煤油發動機採用與CZ-5使用同型號的YF-100發動機和CZ-6使用的同型號的YF-115發動機。
  4. 適應性優先發展的構型之間運載能力梯度合理,基本滿足未來中型有效載荷的不同任務的發射需求。長征七號的運力區間從1噸到15噸,軌道覆蓋從LEO、SSO、GTO、GEO等不同軌道。
  5. 經濟性為滿足大量的中等運力發射需求,所發展的構型應滿足經濟性要求,努力降低發射成本。如:CZ-2的推進劑為有毒肼類燃料,CZ-7的推進劑為無毒煤油,價格僅為前者的三十分之一。

型號方案

CZ-7基本型

CZ-7運載火箭是我國新一代中型運載火箭,主要用于載人空間站工程,並發射貨運飛船。 CZ-7運載火箭為全液氧煤油火箭,使用新型YF-100、YF-115液氧煤油發動機。芯一級採用3.35米直徑,安裝兩台推力為1200KN的YF-100發動機,發動機雙擺;捆綁4個2.25米直徑的助推器,分別安裝單台YF-100液氧煤油發動機,發動機單擺;芯二級採用4台YF-115單機推力為180KN液氧煤油發動機並聯,採用兩機固定、兩機雙擺實現控製。繼承改進型CZ-2F火箭的整流罩,整流罩直徑4.2米,在發射場整流罩與有效載荷整體垂直運輸、吊裝。火箭總長53.1米,起飛質量約594噸,起飛推力7200KN。運載能力按軌道高度200/400千米、軌道傾角42計算運力達13.5噸。

CZ-7發展型

長征七號發展型號圖表1長征七號發展型號圖表1

為了描述問題的方便,在此對中型火箭構型的命名進行約定:名稱為CZ-7XYZ,代號中的X代表級數,Y代表助推器個數,Z代表助推器類型,對有固體助推器的構型用S表示,對液體助推器省略。對有上面級狀態增加(SM)區分;對芯二級採用氫氧發動機的構形,增加(HO)加以區分。如捆綁2個2米直徑的固體助推器、芯二級採用氫氧發動機的兩級構型命名為CZ-722S (HO)。按照上述命名規則,基本型CZ-7的代號為CZ-724,簡稱為CZ-7。

根據火箭級數不同助推器個數不同是否與上面級組合等,中型運載火箭可構建幾十餘種構型表1列出了可能組合中的幾類典型構型。

CZ-7優先發展型號

在論證過程中,對兩級(半)狀態的LEO、SSO運載能力,兩級半與上面級組合的狀態的SSO運載能力,三級半狀態的GEO運載能力進行了分析。LEO,SSO和GEO軌道特征如下:LEO軌道傾角42,近地點200千米,遠地點400千米(空間站軌道);SSO:高度700千米; GEO:標準地球同步軌道。

①對于中型運載火箭,基本型CZ-7既可滿足載人航天工程發射貨運飛船的需要,也能參與主戰場LEO和SSO有效載荷的發射;研製成功後能為中型運載火箭其它構型的發展奠定良好的基礎。

長征七號優先發展型號表2長征七號優先發展型號表2

②在中型運載火箭的可能構型中,利用CZ-7的一級和現有CZ-3A系列的三級組合的兩級無助推器構型CZ-720 (HO),以及在CZ-720 (HO)基礎上捆綁固體助推器的構型CZ-722S (HO),可滿足未來大部分SSO軌道衛星的發射需要;這兩型火箭能同時適應在酒泉太原海南衛星發射場發射,能兼顧LEO、SSO、GEO三種軌道的發射,具有適應性強繼承性好擴展性好的特點,應優先考慮該構型的發展。

③對于發射GEO有效載荷的火箭選擇,在CZ-7基礎上增加CZ-3A系列的三子級的構型CZ-734GEO運載能力可達7噸,基本能滿足GEO現有平台和未來新平台標準型的要求,應優先考慮該構型的發展;在CZ-734的基礎上去掉兩個助推器的CZ-732的CEO運載能力約4.5噸,結合未來GEO衛星的實際需求適時考慮該構型的發展。

綜上所述,中型運載火箭優先發展的4個構型包括:CZ-7、CZ-720 (HO)、CZ-722S (HO)以及CZ-734以上4個主要構型形成了一個運載能力覆蓋較為全面的中型運載火箭系列,中型運載火箭運載能力覆蓋情況,LEO軌道運載能力覆蓋5.5-7.5-13.5噸; SSO軌道運載能力覆蓋2.9-4.4-5.5噸; GTO軌道運載能力覆蓋1.5-2.4-4.5-7.0噸。

動力系統

YF-100液氧煤油發動機

長征七號四個助推器,每個使用一台YF-100液氧煤油發動機(單擺);火箭芯一級使用兩台YF-100液氧煤油發動機(雙擺)。

性能參數:

YF-100採用分級燃燒迴圈,富氧預燃。

YF-100YF-100

地面推力:1199.19千牛 (122.3噸)

地面比沖:2942.0米/秒(300秒)

真空推力:1339.48千牛 (136.7噸)

真空比沖:3286.2米/秒(335秒)

液氧流量:296.39千克/秒

煤油流量:113.31千克/秒

總流量:409.70千克/秒

混合比:2.6

噴口面積:1.406平方米

噴口直徑:1.338米

噴管面積比:35

推力調節:65%~100%

長3米

重1.9噸

助推器試車(167秒):第一次(于2013年11月13日完成),第二次(于2013年12月17日完成)

芯一級試車(188秒):第一次(于2014年4月19日完成),第二次(于2014年6月16日完成)

YF-115液氧煤油發動機

長征七號火箭芯二級由四台YF-115液氧煤油發動機組成,其中兩台不擺動,兩台雙擺。

性能參數:

分級燃燒迴圈,富氧預燃。

YF115YF115

地面推力:15噸

真空推力:18噸

真空比沖:3349米/秒

燃燒室壓力:12Mpa

混合比:2.5

噴管出口直徑:946mm

高度:2325mm

噴管面積比:88

推力調節範圍:80%至100%

混合比調節範圍:±8%

迴圈方式:補燃迴圈

研製時間:2002年至2014年

芯二級試車:第一次(于2014年8月29日完成)

發射設備

發射場

發射場設施設備照片發射場設施設備照片

文昌衛星發射場于2009年9月14日開工建設,在這之前文昌市政府聯合相關單位專門成立了"文昌航天發射場"辦公室,征用了16000畝土地用于發射場的建設,市區距離發射場隻有30來公裏。

文昌新增航天發射場有"五大理由":一是地理位置優越;二是大型運載火箭可以海上運輸;三是沿海與內陸相結合;四是高低緯度相結合;五是各種射向範圍相結合。

發射工位

文昌衛射場建有兩個發射工位,一個是發射長征五號的101工位,還有一個是發射長征七號的102工位。

發射平台

長征七號發射平台由中國航天科技集團公司一院15所和519廠安裝調試,"長七"發射平台主體結構長26米,寬23米,高8.7米。

研製團隊

設計團隊

總設計師:範瑞祥

範瑞祥總師範瑞祥總師

副總設計師:程堂明

整體主任設計師:陳風雨

設計人員:扈曉斌、李彩霞

管理團隊

總指揮:呂級三

副總指揮:張濤

動力系統前端指揮:魏一

動力系統後端指揮:鄧新宇

研製進度

時間相關內容相關單位
2010年新一代中型火箭長征七號立項航天一院(中國運載火箭技術研究院)
2011年11月長征七號正式全面進入初樣研製階段中國航天科技集團公司
2012年2月長征七號運載火箭發動機抽真空系統順利通過發動機試車試驗航天一院15所
2012年5月120噸級液氧煤油發動機工藝驗收試車圓滿成功航天六院
2012年10月長征七號首個氧貯箱下架航天一院211廠
2012年11月火箭增壓輸送系統半數閥門完成總裝航天一院
2012年12月29日CZ-7二級動力系統飛行狀態首次四機並聯發動機試車獲得成功航天六院
2013年2月長征七號由“初樣”轉入“試樣”階段航天一院
2013年3月長征七號運載火箭首個芯級貯箱下線航天一院211廠
2013年3月長征七號火箭助推氧化劑箱體完成並下架航天一院703所
2013年10月長征七號火箭首個助推器完成總裝航天一院211廠
2013年10月長征七號火箭低溫箱底通過強度考核航天一院211廠
2013年11月13日長征七號火箭助推器試車成功航天六院101所
2013年11月長征七號首個一級試驗箭體開始總裝航天一院211廠
2013年12月17日長七火箭助推器第二次動力系統試驗成功航天六院101所
2014年1月長征七號火箭二級煤油箱底通過驗證航天一院211廠
2014年1月長征七號運載火箭控製系統地面測發控設備交付航天九院200廠
2014年2月長征七號火箭首個芯一級箭體總裝全面展開航天一院211廠
2014年3月航天科技集團研製長七火箭攜飛船開展聯合試驗航天一院211廠
2014年3月中國新一代運載火箭聯合指揮部成立航天科技集團公司
2014年4月中國長征七號火箭首個芯二級動力試車箭開始總裝航天一院211廠
2014年4月19日長征七號火箭芯一級動力系統第一次試車取得成功
航天六院101所
2014年5月長征七號運載火箭首個整流罩在一院211廠下架並順利完成合罩航天一院211廠
2014年6月16日長征七號火箭芯一級動力系統第二次試車取得成功
航天六院101所
2014年6月18噸液氧煤油發動機單次1500秒長程熱試車取得成功航天六院101所
2014年6月長征七號活動發射平台在海南完成首次行走試驗
航天一院15所
2014年8月長征七號運載火箭轉階段研製全面展開航天一院
2014年8月長征七號火箭首次助推分離試驗獲成功航天一院211廠
2014年8月中國新一代運載火箭研製隊伍誓師 首飛進入沖刺
航天科技集團公司
2014年8月29日

長征七號運載火箭芯二級動力系統試車圓滿成功

航天六院101所
2014年9月長征七號運載火箭合練箭開始全面總裝航天一院211廠
2014年9月

長征七號運載火箭發射平台安裝、調試完畢

航天一院519廠
2014年12月26日長征七號合練箭抵達文昌發射中心航天一院
2015年1月16日長征七號合練完成,從文昌返回天津航天一院
2015年5月長征七號3.35米直徑低溫貯箱通過爆破試驗完成航天211廠
2015年6月長征七號運載火箭通過了航天科技集團公司與一院聯合評審航天一院
2015年9月
長征七號運載火箭完成二級噴水試驗航天一院15所
2015年9月長征七號運載火箭全箭模態試驗航天一院702所
2015年9月長征七號運載火箭開展海運環境測試航天一院
2015年9月長征七號運載火箭完成二級噴水試驗航天一院15所
2015年10月15日長征七號芯一級雙機200秒試車完成航天六院
2015年12月長征七號遙一運載火箭最後一個助推貯箱完成焊接下架航天211廠

研製進展

初樣完成

2015年6月,長征七號運載火箭通過了中國航天科技集團公司與運載火箭技術研究院聯合評審,由初樣研製轉入試樣研製階段。這標志著長征七號火箭的產品技術狀態已經確定,下一階段的研製重點將轉移到火箭的生產、總裝和測試上。

總裝工作完成

2016年2月1日,長征五號、長征七號火箭均進入發射倒計時。由于是新型號,長七火箭總裝工作量比在役火箭多了兩三倍。目前,長七全箭大部分總裝工作已完成。

長征七號全箭已完成約75%的總裝工作量,火箭首飛進入倒計時階段。長七火箭主體進入電纜敷設階段,下一步將進行管路敷設,四個助推器也不同程度地完成了相應的電纜、儀器裝配及總裝工作,整箭于4月底出廠。

發射任務

發射時間發射火箭編號載荷軌道發射場及工位結果
2016年6月長征七號遙1試驗載荷近地軌道文昌衛星發射場102工位
2017年4月長征七號遙2天舟一號近地軌道文昌衛星發射場102工位

預計

成功發射

2016年6月25日20時22分,我國全新研製的長征七號運載火箭,在新增的海南文昌航天發射場發射升空,成功將載荷送入預定軌道。

長征七號的首飛成功,標志著我國在載人航天工程和新一代運載火箭研製中取得了重大突破,對于完善我國運載火箭型譜、提升進入空間能力具有重大意義。長征七號是為滿足我國載人空間站工程發射貨運飛船的需求和未來載人運載火箭更新換代的長遠需求,全新研製的新一代高可靠、高安全的中型運載火箭。

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