長征三號乙運載火箭

長征三號乙運載火箭

長征三號乙運載火箭(CZ-3B)是中國近十年在國際發射服務市場上的主推火箭,它實際上是以長三甲作為芯級,在其一級上捆綁了長二捆的四個助推器,並採用了加長、加強的二級貯箱,其GTO運載能力一躍達到5100千克。長三乙火箭還可執行其它軌道要求的任務,並且還可滿足有效載荷調姿、再定向和起旋要求,以及雙星和多星發射的要求等。長三乙火箭可提供多種整流罩以適應不同使用者的需要。長征三號乙運載火箭在1997年8月和10月成功地發射了菲律賓馬部海衛星和亞太二號R衛星,並于2013年12月2日凌晨1:30分成功發射了我國自主研發的嫦娥三號月球探測器。

台北時間7月25日20時29分,中國在西昌衛星發射中心用"長征三號乙/遠征一號"運載火箭成功將2顆新一代北鬥導航衛星發射升空,經過約3.5小時飛行後,"遠征一號"上面級將2顆衛星準確送入預定軌道。此次發射圓滿成功,標志著北鬥衛星導航系統向全球覆蓋的建設目標邁出堅實一步。

  • 中文名稱
    長征三號乙運載火箭
  • 外文名稱
    The rocket Long March three B
  • 國家
    中國
  • 發射時間
    2013年12月2日
  • 8月發射
    菲律賓馬部海衛星
  • 10月發射
    亞太二號R衛星

基本簡介

長征三號乙運載火箭(CZ-3B)是一枚三級大型液體捆綁式運載火箭。它以經適應性變更後的長征三號甲運載火箭作為芯級,捆綁四枚液體助推器而構成,具有運載能力大、適應性強、繼承性好等優點,是中國目前運載能力最大、技術最先進、構成最復雜的運載火箭,代表中國目前運載火箭技術的最高水準,在世界航天界也居前列。

長征三號乙運載火箭長征三號乙運載火箭

長征三號乙運載火箭主要用于發射地球同步軌道衛星,其運載能力達到5.1噸,是中國用于商業衛星發射服務的主力火箭。全箭起飛質量465噸,全長54.838米,一、二子級直徑3.35米、助推器直徑2.25米,三子級直徑3.0米,衛星整流罩最大直徑4.0米。它的一子級、助推器和二子級使用偏二甲肼(UDMH)和四氧化二氮(N2O4)作為推進劑,三子級則使用效能更高的液氫(LH2)和液氧(LOX)。

全箭由箭體結構、動力系統、控製系統、遙測系統、外測安全系統、滑行段推進劑管理與姿態控製系統、低溫推進劑利用系統、分離系統以及輔助系統等組成。

長三乙火箭性能優異,安全可靠,總共26次發射任務中,除第一次失敗以外都發射成功,成功率高達96%。

長征三號乙運載火箭已成功地發射了多顆大型衛星,它們是:馬部海衛星(Mabuhay)、亞太二號R衛星(APT-ⅡR)、中衛一號衛星(ChinaStar-1)、鑫諾一號衛星(SinoSat-1)。

主要技術參數

參數

助推器

一子級

二子級

三子級

推進劑

N2O4/UDMH

N2O4/UDMH

N2O4/UDMH

LOX/LH2

發動機型號YF-25YF-21CYF-22E (主機)YF-23C(遊動發動機)YF-75

推力 (kN)

740.4 * 4

2961.6

742 (主機)

11.8 * 4 (遊動發動機)

83.585 * 2

發動機比沖 (N*s/kg)

2556.2

2556.2

2922.57 (主機)

2910.5 (遊動發動機)

4295

箭體直徑

2.25 m

3.35 m

3.35 m

3.00 m

箭體長度

15.326 m (CZ-3B)

16.094 m (CZ-3BE)

23.272 m (CZ-3B)

24.76 m (CZ-3BE)

12.92 m

12.375 m

整流罩直徑

4.00/4.20 m

整流罩長度

9.56 m

火箭全長

54.838 m (CZ-3B) / 56.326 m (CZ-3BE)

起飛質量

425.8 ton (CZ-3B) / 458.97 ton (CZ-3BE)

火箭結構描述

一子級

一子級上部是裝有液體四氧化二氮(N2O4)的氧化劑箱,下部是裝有液體偏二甲肼(UDMH)的燃燒劑箱,總長長23.272米。一子級裝配有DaFY6-2型發動機,該發動機是由四台推力為75噸的液體N2O4/UDMH發動機並聯而成。每台DaFY6-2型發動機的噴口可以在伺服機構的帶動下單向擺動以控製火箭飛行的姿態,最大的擺動角為10度。

助推器

每枚助推器捆長15.326米,上部是裝有液體四氧化二氮(N2O4)的氧化劑箱,下部是裝有液體偏二甲肼(UDMH)的燃燒劑箱,並在尾部各安裝了一個尾翼。四個助推器各配有一台推力為75噸的DaFY5-1型發動機,噴管固定不擺。

二子級

二子級長9.943米,上部是裝有液體四氧化二氮(N2O4)的氧化劑箱,下部是裝有液體偏二甲肼(UDMH) 的燃燒劑箱。二子級裝配有75噸推力的DaFY20-1型發動機(主發動機)和帶四個小噴管、推力為4.8噸的遊動發動機DaFY21-1。主發動機噴管固定不動,遊動發動機噴管可作單向擺動,最大擺角60度,以控製箭體飛行姿態。

三子級

三子級長12.375米,上部是裝有液氫(LH2)的燃燒劑箱,下部是裝有液氧(LOX)的氧化劑箱。三子級採用的是YF-75氫氧發動機,具有二次啓動能力,由兩台獨立的單管發動機並聯而成,每台推力8噸,可在伺服機構的帶動下雙向擺動,最大綜合擺角4度,控製三子級箭體飛行姿態。

衛星整流罩

在火箭飛行穿過大氣層這段過程中,火箭頂部的衛星整流罩保護衛星免受來自大氣層的各種幹擾。衛星整流罩為衛星提供了一個良好的環境。長征三號乙火箭的衛星整流罩由端頭帽、雙錐段、圓柱段和倒錐段組成。端頭帽由玻璃鋼纖維材料製成,具有良好的無線電透波性。雙錐段和圓柱段是由金屬蜂窩材料製成,倒錐段由化銑合金材料製成。如果需要,無線電透波視窗和操作視窗可以在柱段和雙錐段上開口。長三乙火箭整流罩長9.56米,最大外直徑4.0米,其靜包絡最大直徑為3.65。

星箭對接

長征三號乙火箭可以提供多種機械接口,但一般來說,提供標準的937B和1194機械接口。衛星的下端框與火箭的有效載荷支架的上端框對接,通過包帶來鎖緊。

運載能力

長征三號乙

長征三號乙火箭的標準地球同步轉移軌道(GTO)運載能力為5.1噸。標準的GTO參數及入軌精度如下表所列:

參數

標準GTO軌道參數

入軌精度(3σ)

近地點高度

200 km

±30 km

遠地點高度35786 km半長軸 ±120 km

軌道傾角

28.5°

±0.21°

近地點幅角

179.6°

±0.6°

標準GTO參數表示的是在衛星與火箭分離時刻衛星所處軌道的參數。使用者可以根據衛星的需要以及火箭運載能力選擇不同的軌道。如果運載能力有剩餘,長征三號乙火箭可以將衛星送入一個低傾角的軌道或是一個超同步轉移軌道,這樣的話,衛星的在軌道壽命可以得到延長。

長征三號乙增強型

長征三號乙增強型(CZ-3B/E)的芯一級加長了約1.5米,助推器加長了約0.8米,運載能力比先前提高了0.4噸,GTO運載能力為5.5噸。該型火箭已執行過"奈及利亞通信衛星一號"、"委內瑞拉一號通信衛星"等多次發射任務。

2013年下半年,長征三號乙增強型運載火箭,成功發射"嫦娥三號"探測器。

長征三號乙增強型火箭在長征三號乙火箭的基礎上開展了六大專項技術攻關,以確保"嫦娥三號"完美落月。

這六項技術包括:發射視窗由少變多、"兩隻眼睛"提高入軌精度、嫦娥三號"坐椅"量身打造、可靠性再躍升、運載能力提高、"現場直播"火箭飛行過程。

長征三號乙增強型運載火箭用"兩隻眼睛"提高入軌精度,實現將"嫦娥三號"精確送入近地點高度200公裏、遠地點高度38萬公裏的地月轉移軌道。

增強型火箭採用了雙雷射慣組加衛星導航修正的復合製導技術,這種復合製導技術相當于給火箭安裝了"兩隻眼睛",一隻眼睛可以使火箭按照設計好的軌道飛行,另一隻眼睛精確計算最佳途徑,並隨時修正。

長征三號乙增強型運載火箭首次運用遙測圖像即時傳輸技術,將"現場直播"火箭在發射和飛行過程中的助推分離、一二級分離、整流罩分離等關鍵動作,實現清晰監視。

長三乙增強型火箭可靠性再躍升。梁小虹說,增強型火箭完成了一子級發動機、二子級發動機、三子級發動機、控製系統等9項可靠性成長項目,飛行可靠性,由原來的0.938提升至0.942。

長三乙發射嫦娥三號月球探測器長三乙發射嫦娥三號月球探測器

長三乙改1型

改1型火箭採用起飛滾轉定向、雙向風補償、三級一次工作、串聯式雙星分離,直徑3.7米長整流罩,其餘的與基本型相似。

長三乙改2型

改2型火箭採用雙雷射慣組+GNSS復合製導,採用4200F整流罩(直徑4.2米),其餘的與增強型相似,起飛總質量457噸,全箭總長56.542米,標準地球同步轉移軌道運載能力5400公斤。

飛行時序

任務描述

長征三號乙運載火箭可以將衛星送入地球同步轉移軌道(GTO)。在執行一個典型的GTO任務時,長三乙火箭的一、二子級首先將衛星和三子級的組合體送入一個圓形的停泊軌道,然後三子級進行600多秒的滑行段飛行,在組合體在火箭控製系統的控製下進行再定向之後,三子級發動機再次點火將組合體送入目標GTO軌道,最後,三子級和衛星分離。

主要飛行事件

長征三號乙運載火箭的主要飛行事件如下所列:

助推器分離:

每個助推器都是分別通過前連線面的桿系結構和後連線面的球頭結構同火箭芯級相連的。在助推器發動機關機後,用于連線的爆炸螺栓和分離螺母分別解鎖,裝在助推器上固體小型分離火箭點火,將助推器推離火箭芯級,助推器自由下落完成分離。

一子級/二子級分離:

一子級/二子級分離是所謂的"熱分離"。在一子級發動機關機後,二子級主發動機點火,聯接兩級的爆炸螺栓起爆解鎖,這樣一子級就被二子級發動機噴出的高速燃氣流推離,一子級和二子級分離。

整流罩拋罩:

整流罩以"解鎖-翻轉-分離"方式進行拋罩。在橫向上整流罩與三子級通過12個橫向爆炸螺栓聯接,在縱向上兩半整流罩是由2個縱向爆炸螺栓和一條導爆索聯接。在拋罩時,12個橫向爆炸螺栓和2個縱向爆炸螺栓首先同時解爆,在0.1秒內縱向導爆索解鎖,安裝在三子級前端框上的分離彈簧將兩半整流罩推開分離。兩個整流罩半罩圍繞著三子級前端框上的鉸鏈翻轉,隨著火箭加速上升整流罩分離下落。

在拋罩過程中,不會發生碰撞和污染。

二子級/三子級分離:

二子級/三子級分離是所謂的"冷分離"。在二子級的主發動機和遊動發動機關機後,安裝在三子級上的小型加速火箭點火,從而在火箭飛行方向上產生一個加速度,使得三子級的推進劑沉底易于三子級發動機點火起動。同時,聯接二子級和三子級的爆炸螺栓起爆解鎖,安裝在二子級上的小型反推火箭點火產生一個反向加速度,二子級與三子級脫離。

衛星/三子級分離:

衛星與三子級分離是通過分離彈簧的分離力來實現的。當火箭控製系統發出星箭分離指令,聯接衛星和有效載荷支架的包帶上的無污染爆炸螺栓起爆解鎖,解鎖後的包帶被安裝在有效載荷支架上的拉簧拉回。衛星被分離彈簧推離火箭。

典型飛行時序

事件

飛行時間(秒)

一子級點火

-3

起飛0.00

程式轉彎

11.0

助推器分離

127.24

一子級/二子級分離

147.36

整流罩拋罩

232.4

二子級/三子級分離和三子級發動機點火

332.31

三子級發動機一次關機

631.32

三子級發動機二次點火

1281.23

三子級發動機二次關機

1459.91

衛星/三子級分離

1559.907

發射場操作

長征三號乙火箭在西昌衛星發射中心(XSLC)進行發射。火箭將被裝載在火車上從北京運往四川省的西昌,在西昌衛星發射中心的技術中心和發射中心進行各種測試和操作活動,包括在技術中心的四次總檢查、火箭由技術中心轉運到發射中心、火箭各子級在發射中心起豎對接、在發射中心的四次總檢查、衛星/火箭聯合操作、火箭加註、以及最後發射倒計時等。

發射記錄

序號

起飛時

運載火箭

有效載荷

軌道

結果

備註

1

1996.2.15

CZ-3B Y1

國際通信衛星708

GTO

失敗

慣性平台失效,點火後22秒墜地爆炸

21997.8.20CZ-3B Y2菲律賓馬部海1號GTO成功Space Systems/Loral, Agila2

3

1997.10.17

CZ-3B Y3

亞太二號R通信衛星

GTO

成功

美國勞拉空間系統公司製造

4

1998.5.30

CZ-3B Y5

中衛一號(中星5A)

GTO

成功

美國洛克希德·馬丁公司製造

5

1998.7.18

CZ-3B Y4

鑫諾一號(中星5B)

GTO

成功

法國宇航公司製造

6

2005.4.12

CZ-3B Y6

亞太六號通信衛星

GTO

成功

法國阿爾卡特空間公司製造

7

2006.10.29

CZ-3B Y7

鑫諾二號

GTO

成功

天線與太陽帆板失敗,衛星失效**

8

2007.5.14

CZ-3B/E Y9

奈及利亞通信星一號

GTO

成功

太陽帆板故障,衛星失效***

9

2007.7.5

CZ-3B Y10

中星6B

GTO

成功

由法國泰雷茲阿來尼亞宇航公司

10

2008.6.9

CZ-3B Y11

中星9號

GTO

成功

鑫諾二號備份星,購自法國

11

2008.10.30

CZ-3BG2 Y12

委內瑞拉通信星一號

GTO

成功

東四平台

12

2009.8.31

CZ-3B Y8

印尼帕拉帕-D1

GTO

部分失敗

三級二次點火後Ⅰ分機推力不足****

13

2010.9.5

CZ-3BG2 Y13

鑫諾六號(中星6A)

GTO

成功

東四平台,高壓氦氣泄露壽命降1/3

14

2011.6.21

CZ-3BG2 Y20

鑫諾五號(中星10)

GTO

成功

東四平台

15

2011.8.12

CZ-3BG2 Y19

巴基斯坦通信星1R

GTO

成功

東四平台

16

2011.9.19

CZ-3BG2 Y16

中星1A

GTO

成功

東四平台

17

2011.10.7

CZ-3BG2 Y18

歐洲通信衛星W3C

GTO

成功

法國泰雷茲阿萊尼亞宇航公司製造

18

2011.12.20

CZ-3BG2 Y21

尼星1R

GTO

成功

東四平台,接替在軌失效的尼星1號

19

2012.03.31

CZ-3BG2 Y22

亞太七號

GTO

成功

法國泰雷茲阿萊尼亞宇航公司SPACEBUS 4000C2型平台

20

2012.04.30

CZ-3BG1 Y14

北鬥二號M3/M4

MEO

成功

東三A平台

21

2012.05.26

CZ-3BG2 Y17

中星2A

GTO

成功

東四平台

22

2012.09.19

CZ-3BG1 Y15

北鬥二號M5/M6

MEO

成功

東三A平台

23

2012.11.27

CZ-3BG2 Y24

中星十二號

GTO

成功

法國泰雷茲阿萊尼亞宇航公司製造

242013.05.02CZ-3BG2 Y25中星十一號GTO成功東四平台
252013.12.02CZ-3B/E Y23嫦娥三號月球探測器EMTO成功首個地外軟著陸器平台
262013.12.21CZ-3BG2 Y27玻利維亞通信衛星GTO成功東四平台
272015.7.25CZ-3B/YZ-1北鬥二號M1-S、M2-SMEO成功

*火箭點火起飛後約兩秒,火箭飛行姿態出現異常,火箭偏離發射方向。飛行約22秒後,火箭撞上離發射架不到2公裏的山坡上,隨即發生劇烈爆炸,星箭全部損失,星體和箭體基本沒有大的殘骸。死亡6人,傷57人,爆炸地點距發射架1200米,毀傷民房80餘間,故障原因後查明為慣性基準大回路裏的一個電子元件失效,造成慣性基準無輸出。自此次事件之後西昌衛星發射基地發射的衛星再也沒有出現過發射事故。

**東四平台第一顆衛星,太陽帆板二次展開失敗,天線展開失敗,衛星失效。

2012年長征三號乙發射圖2012年長征三號乙發射圖

***尼星1號發射成功,2008年11月15日太陽帆板驅動機構故障,電能耗盡,衛星失效。

****火箭一二級飛行正常,三級二次點火後Ⅰ分機推力不足,衛星遠地點偏低,後經衛星自身多次變軌進入同步軌道,壽命降低1/3。

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