長征二號丙運載火箭

長征二號丙運載火箭

長征二號丙運載火箭(CZ-2C)是在長征二號火箭的基礎上改進設計的,使其近地軌道運載能力由原來的1800公斤提高到2400公斤,並使其可靠性大大提高了。發射一次的價格約為2500萬美元。採用了大推力液體火箭發動機,箭長為35.15 米,最大直徑3.35米。改進型"長征二號丙"運載火箭安裝了改進版的固體上面級。箭長為41.75 米,起飛重量增加到225噸,近地軌道運載能力提高到3600公斤。

長征二號丙自1982年9月9日首次發射成功後,截止到2014年12月底總計發射41次,僅失敗1次,成功率97.56%。

  • 中文名稱
    長征二號丙運載火箭
  • 外文名稱
    CZ-2C
  • 研製單位
    中國運載火箭技術研究院
  • 所屬國家
    中華人民共和國

簡介

長征二號丙運載火箭(CZ-2C)是一種兩級運載火箭,是中國用于發射近地軌道衛星並多用于發射返回式衛星的主要運載工具。長征二號丙運載火箭的所有14次發射都圓滿成功,其中在1992年10月成功地搭載發射了瑞典"弗利亞"科學試驗衛星。

長征二號丙改進型運載火箭(CZ-2C/SD)是在長二丙火箭的基礎上安裝一個新設計的具有多星分配器的上面級-SD(智慧型分配器),從1997年至1999年已成功將美國製造的12顆銥星送入630公裏的圓軌道。

長征二號丙改進型運載火箭主要用于發射近地軌道衛星,其近地軌道運載能力達到3噸(軌道高度為500公裏,傾角為50度)。全箭起飛質量213噸,全長40米,一、二子級直徑3.35米,衛星整流罩最大直徑3.35米。它的一子級和二子級使用偏二甲肼(UDMH)和四氧化二氮(N2O4)作為推進劑,上面級智慧型分配器的固體發動機使用HTPB作為推進劑。

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、分離系統以及輔助系統等組成。

1982年9月9日首次發射成功後,截止到2014年12月底總計發射41次,僅失敗1次,成功率97.56%。​ 

主要技術參數

長征二號丙改進型運載火箭

參數

一子級

二子級

分配器

推進劑

N2O4/UDMH

N2O4/UDMH

HTPB

發動機型號

DaFY6-2

DaFY20-1(主機) DaFY21-1(遊動發動機)

SRM

推力 (kN)

2961.6

742(主機) 11.8 * 4(遊動發動機)


發動機比沖 (N*s/kg)

2556.2

2922.57(主機) 2910.5(遊動發動機)

2744

箭體直徑

3.35 m

3.35 m


箭體長度

23.72 m

8.387 m


整流罩長度

7.818 m

火箭全長

40 m

起飛質量

213噸

火箭結構描述

一子級

一子級長23.27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。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。

二子級

二子級長9.943米,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。

分配器

分配器是一個三軸穩定的上面級,由衛星支架和軌道機動級組成。軌道機動級由固體發動機、主結構、控製系統、姿態控製系統、遙測系統等組成。固體發動機可以根據飛行任務的不同而調整。

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。長征二號丙改進型運載火箭的衛星整流罩由端頭帽、前錐段、圓柱段組成。端頭帽由玻璃鋼纖維材料製成,具有良好的無線電透波性。前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前錐段上開口。長二丙改火箭整流罩長7.818米,最大外直徑3.35米,其靜包絡最大直徑為3.0米。

星箭對接

長征二號丙改進型火箭可以提供標準的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。也可以提供爆炸螺栓型接口。

運載能力

長征二號丙改進型運載火箭的典型低軌道(LEO)運載能力為3.0噸。典型低軌道(LEO)參數及入軌精度如下表所列:

參數

典型LEO軌道參數

入軌精度(3σ)

軌道高度

500 km

±6 km

軌道傾角50°±0.05

飛行時序

任務描述

長征二號丙改進型運載火箭的一子級和二子級首先將衛星/分配器組合體送到轉移軌道,然後分配器的固體發動機在轉移軌道的遠地點點火將組合體送入更高的目標軌道,然後進行姿態調整,最後將衛星釋放。

飛行事件

長征二號丙運載火箭的主要飛行事件如下所列:

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。在橫向上整流罩與二子級通過8個橫向爆炸螺栓聯接,在縱向上兩半整流罩是由12個縱向爆炸螺栓聯接。在拋罩時,8個橫向爆炸螺栓和12個縱向爆炸螺栓先後解爆,安裝在二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二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/分配器分離:

二子級/分配器是通過分離彈簧的分離力來實現的。當火箭控製系統發出二子級/分配器分離指令後,聯接火箭支架和分配器的爆炸螺栓起爆解鎖,安裝在火箭支架上的分離彈簧將分配器/衛星組合體彈出。

衛星/分配器分離:

衛星與分配器的分離也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,聯接衛星和衛星支架的爆炸螺栓起爆解鎖,衛星被分離彈簧推離分配器。

典型飛行時序

事件

飛行時間(秒)

起飛

0.00

程式轉彎10.0

一子級/二子級分離

121.770

整流罩拋罩

231.670

二子級/分配器分離

616.333

分配器固體發動機點火

2888.347

末速調整開始

2928.347

衛星/分配器分離

3013.347

分配器離軌

3213.347

發射場操作

長征二號丙改進型火箭在酒泉衛星發射中心(JSLC)進行發射。火箭將被裝載在火車上從北京運往甘肅省的酒泉地區,在酒泉衛星發射中心的北技術中心和北發射中心進行各種測試和操作活動,包括在北技術中心的單元測試和火箭狀態恢復、火箭由北技術中心轉運到北發射中心、火箭各子級在發射中心起豎對接、在發射中心的三次總檢查、衛星/火箭聯合操作、火箭加註、以及最後發射倒計時,等等。整個發射場操作活動要持續27天。

發射記錄

序號

起飛時

運載火箭

發射場

工位

軌道

有效載荷

結果

1

1982.9.9

CZ-2C Y1

酒泉

138

LEO

返回式衛星

成功

21983.8.19CZ-2C Y2酒泉138LEO返回式衛星成功

3

1984.9.12

CZ-2C Y3

酒泉

138

LEO

返回式衛星

成功

4

1985.10.21

CZ-2C Y4

酒泉

138

LEO

返回式衛星

成功

5

1986.10.6

CZ-2C Y5

酒泉

138

LEO

返回式衛星

成功

6

1987.8.5

CZ-2C Y6

酒泉

138

LEO

返回式衛星

成功

7

1987.9.9

CZ-2C Y7

酒泉

138

LEO

返回式衛星

成功

8

1988.8.5

CZ-2C Y8

酒泉

138

LEO

返回式衛星

成功

9

1990.10.5

CZ-2C Y9

酒泉

138

LEO

返回式衛星

成功

10

1992.10.6

CZ-2C Y10

酒泉

138

LEO

返回式衛星/弗利亞

成功

11

1993.10.8

CZ-2C Y11

酒泉

138

LEO

返回式衛星

成功

12

1997.9.1

CZ-2C/SD Y1

太原

舊工位

LEO

銥星模擬星

成功

13

1997.12.8

CZ-2C/SD Y2

太原

舊工位

LEO

銥42/銥44

成功

14

1998.3.26

CZ-2C/SD Y3

太原

舊工位

LEO

銥51/銥61

成功

15

1998.5.2

CZ-2C/SD Y4

太原

舊工位

LEO

銥69/銥71

成功

16

1998.8.20

CZ-2C/SD Y5

太原

舊工位

LEO

銥76/銥78

成功

17

1998.12.19

CZ-2C/SD Y6

太原

舊工位

LEO

銥88/銥89

成功

18

1999.6.12

CZ-2C/SD Y7

太原

舊工位

LEO

銥92/銥93

成功

19

2003.12.30

CZ-2C/SM Y1

西昌

3號

HEO

探測一號

成功

20

2004.4.18

CZ-2C Y14

西昌

3號

SSO

試驗衛星一號/納星一號

成功

21

2004.7.25

CZ-2C/SM Y2

太原

舊工位

HEO

探測二號

成功

22

2004.8.29

CZ-2C Y12

酒泉

603

LEO

返回式衛星

成功

23

2004.11.18

CZ-2C Y15

西昌

3號

SSO

試驗衛星二號

成功

24

2005.8.2

CZ-2C Y13

酒泉

603

LEO

返回式衛星

成功

25

2006.9.9

CZ-2C Y16

酒泉

603

LEO

實踐八號

成功

26

2007.4.11

CZ-2C Y18

太原

舊工位

SSO

海洋一號B

成功

27

2008.9.6

CZ-2C/SMA Y1

太原

舊工位

SSO

環境1A/1B

成功

28

2009.4.22

CZ-2C Y19

太原

舊工位

SSO

遙感衛星六號

成功

29

2009.11.12

CZ-2C Y21

酒泉

603

SSO

實踐十一號01星

成功

30

2011.7.6

CZ-2C Y25

酒泉

603

SSO

實踐十一號03星

成功

31

2011.7.29

CZ-2C Y24

酒泉

603

SSO

實踐十一號02星

成功

32

2011.8.18

CZ-2C Y26

酒泉

603

SSO

實踐十一號04星

失敗

33

2011.11.30

CZ-2C Y20

太原

新工位

SSO

遙感衛星十三號

成功

34

2012.10.14

CZ-2C/SMA Y2

太原

新工位

SSO

實踐九號A;B衛星

成功

35

2012.11.19

CZ-2C Y17

太原

新工位

SSO

環境1c合成孔徑雷達衛星

成功

362013.7.15CZ-2C Y23酒泉603SSO實踐十一號05星成功
372013.10.29CZ-2C Y28太原新工位SSO遙感衛星十八號成功
382014.03.31CZ-2C Y27酒泉603SSO

實踐十一號06星

成功
392014.9.28CZ-2C Y31酒泉603SSO實踐十一號07星成功
402014.10.27CZ-2C Y32酒泉603SSO實踐十一號08星成功
412014.11.15CZ-2C Y35太原新工位SSO遙感衛星二十三號成功

型號分支

長征二號丙共有三種型號分支:

長征二號丙/SD:1997年12月8日首次發射,是一種商業衛星發射器,即在長征二號丙的二級火箭上安裝一個上面級的智慧型分配器(Smart Dispenser)。

長征二號丙/SM:2003年首次發射,安裝了改進版的固體上面級。

長征二號丙/SMA:改進型號,暫無資料。2008年9月6日首次發射環境1A/1B。

發展歷程

長征二號丙火箭是長征火箭家族中的基本型火箭,長征二號丙系列火箭分為兩級狀態和三級狀態,直徑3.35米,全長40~43米,I、II級使用常規推進劑,上面級使用固體發動機。I、II級採用平台+電腦控製,上面級採用慣組+電腦控製。

長征二號丙火箭結構長征二號丙火箭結構

長征二號丙系列火箭可在酒泉衛星發射中心、太原衛星發射中心和西昌衛星發射中心發射不同軌道的衛星。截止到2013年7月長征二號丙系列火箭已連續進行了37次發射,在中國航天歷程上留下了37個足跡,創造了連續32次發射成功、成功率為97%的業績,鑄造了中國金牌火箭。

1965年後,鑒于各種探空火箭、固體火箭的研製和發射試驗都取得了較大的進展,獲得了必要的技術儲備,1970年4月24日,長征一號運載火箭首次發射成功,將我國的第一顆人造衛星東方紅1號送入軌道。標志著我國跨入了航天時代。1971年,我國第一顆返回衛星正式立項,其運載火箭按照火箭序列化命名為長征二號。低軌道運載能力為1400千克。

長征二號火箭于1974年11月5日在酒泉衛星發射中心進行了首次發射。火箭起飛後姿態失穩,22秒後在空中炸毀,發射失敗。結果分析表明:由于俯仰通道速率陀螺與變換發大器間開路,造成俯仰通道姿態失穩,導致飛行失敗。設計隊伍頂住了壓力,認真分析失利原因,改進設計。經過一年艱苦努力,1975年11月26日長征二號火箭終于成功地把尖兵衛星送入軌道。

1974年至1978年長征二號火箭在酒泉衛星發射中心共發射了4次。

根據發射衛星的需要,70年代末又對長征二號火箭進行改進,研製成功了長征二號丙火箭,它的運載能力提高到1800千克。1982年至1993年長征二號丙火箭在酒泉衛星發射中心接連11次發射成功。

1993年長征二號丙火箭承擔了發射美國摩托羅拉公司銥星的任務。根據衛星的要求,長征二號丙火箭需要進行重大的技術改進,在原二級火箭的基礎上增加一個全新的上面級,稱為長征二號丙改火箭。1997年至1999年長征二號丙改火箭在太原衛星發射中心連續7次發射成功,將摩托羅拉公司2顆模擬星、12顆銥星送入軌道。

2003年至2004年長征二號丙SM火箭分別在西昌衛星發射中心和太原衛星發射中心2次發射成功。

2004年至2005年長征二號丙火箭分別在西昌衛星發射中心和酒泉衛星發射中心連續4次發射成功。

2011年12月長征二號丙系列火箭共完成了33次發射,連續32次發射成功。長征二號丙改進型火箭運載能力已成功達到4000千克。

長征二號火箭歷任總指揮:張鐮斧、王德臣、袁連啓、李明華、李佔奎、鄭全寶。長征二號火箭歷任總設計師:屠守鍔、王德臣、李佔奎、範瑞祥。

長征二號丙火箭研製和發射歷程走過了28步、五個階段,每一步都有其特點:

1987年6月16日,長城公司與法國馬特拉公司在巴黎航展上簽訂了在長征二號丙運載火箭發射的返回式衛星上搭載其微重力實驗裝置的契約。同年8月5日長征二號丙火箭發射的中國第9顆返回式衛星,成功搭載了法國馬特拉公司的兩台微重力實驗裝置,並于8月10日安全返回。這是長城公司首次簽署商務搭載契約,向國外使用者提供星上搭載服務。

1987年,長征二號丙火箭在成功發射第11顆返回式衛星後,因連續7次發射成功,被中國質量協會授予"全國質量金質獎"。

1992年10月,長征二號丙火箭在發射第14顆返回式衛星時,順利搭載了瑞典的"弗利亞"科學試驗衛星。

1997年12月8日,長征二號丙改火箭第一次在太原衛星中心發射。

1997年12月8日,中國第一次用長征二號丙/SD火箭成功實施了低地球軌道衛星組網發射。長征二號丙/SD火箭以一箭雙星的方式,將美國摩托羅拉公司製造的銥星送入軌道。這是長征火箭首次為外國使用者提供一箭雙星發射服務。

長征二號丙/SD火箭是在長征二號丙火箭的基礎上加裝了一個具有多星分配器的上面級。它從1997~1999年成功地將美國製造的14顆(包括兩顆模擬星)銥星送入630公裏的圓軌道。

1998年3月26日長征二號丙/SD遙三火箭發射成功,完成了中國長征運載火箭第50次發射。

1999年,由于長征二號丙改進型火箭連續7次成功發射銥星及其模擬星,加上此前長征二號丙系列火箭連續14次發射成功,原航天工業總公司授予長征二號丙改火箭"金牌火箭"的光榮稱號。

2003年長征二號丙SM火箭第一次在西昌衛星中心執行衛星發射任務。長征二號丙/SM火箭最突出的特點是研製了一個全新的固體上面級。該上面級採用自旋穩定的姿態控製方式,並針對自旋穩定的特點,完成了大角速率長壽命慣組、四重分集GPS接收機、大推力小偏差固體發動機等重要技術的研製。

2003年至2004年長征二號丙SM火箭發射的地球空間雙星探測計畫(赤道星、極軌星)是中國國家航天局與歐洲空間局的合作項目。長征二號丙SM火箭的順利升空,實現了我國空間探索的第一次國際合作。

"雙星"計畫的兩顆衛星將運行于國際上地球空間探測衛星尚未覆蓋的極地和赤道區域,並和歐洲空間局最重要的探測計畫--"團星"2的四顆星相互配合,形成人類歷史上第一次對地球空間的六點立體探測,對從未探測過的空間區域進行探測。

2003年長征二號丙SM火箭成功地將探測1號衛星發射到了近地點550公裏、遠地點66970公裏、傾角28?5度的預定衛星工作軌道,這是目前我國發射的工作軌道最高的一顆衛星。

2004年發射試驗衛星二號時搭載了清華研製的小衛星"鈉星"。

2004年7月長征二號丙火箭以全新的姿態回到酒泉衛星發射中心的新發射工位,圓滿完成了新一代尖兵衛星的發射任務。

長征二號丙火箭從2003年12月發射探測一號衛星到2004年11月發射試驗衛星二號,在不到一年的時間裏,以2種技術狀態、分赴3個發射場、成功發射5次,將6顆衛星送入太空,在中國航天史上沒有先例。

長征二號丙火箭正在研製能夠發射"串聯"雙星的上面級,2006年8月長征二號丙火箭在酒泉衛星發射中心完成育種衛星的發射,2006年11月長征二號丙火箭在太原衛星發射中心發射完成海洋一號B衛星發射。長征二號丙火箭研製隊伍常敲響"金牌不等于成功,成功不等于成熟,一次成功不等于每次成功"的警鍾,努力工作確保後繼發射任務圓滿成功,讓"金牌"更加燦爛。

在看到長征二號丙火箭所取得成績的同時,也應該清醒地看到存在的不足:長征二號丙火箭的技術狀態還沒有達到最最佳化,需要不斷改進,重點是提高可靠性。各國火箭的發展過程是一個復雜的系統工程,其中潛在的一些設計、技術問題不可能在一次或幾次發射中就完全暴露出來,有的可能在首飛中暴露,有的可能要在多次飛行以後,才能被充分認識才能真正做到"穩妥可靠、萬無一失"。長征二號丙火箭研製隊伍正在從長遠發展的觀點出發,必須使火箭技術進步、技術上檔次,才能提高長征二號丙火箭的市場競爭力。充分發揮主觀能動作用,不等不靠,主動努力推進一體化研製工作有序地進行。才能早日實現方案正確、技術可靠、成本合理的目標。

發射失利

2011年8月18日17時28分,我國在酒泉衛星發射中心用"長征二號丙"運載火箭發射"實踐十一號04星"。火箭飛行過程中發生故障,衛星未能進入預定軌道。

2011年8月18日,長征二號丙運載火箭發射實踐十一號04衛星失利後,中國航天科技集團公司立即組織有關專家開展飛行故障的調查工作,同時成立了飛行故障審查委員會。

經過故障調查、審查,長征二號丙運載火箭飛行失利定位于火箭二級姿態失穩,原因是由于二級飛行段二級遊機Ⅲ分機與伺服機構連線部位連線部位的可靠性存在薄弱環節導致連線遊機的架構斷裂,火箭二級滾轉導致發射失利。

中國航天科技集團公司已針對故障發生的原因採取了相應的措施,確保後續發射任務的完成。

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