長征三號甲運載火箭

長征三號甲運載火箭

長征三號甲運載火箭是一枚大型三級液體推進劑火箭,也是我國同步軌道運載火箭的基本型。它主要用於發射地球同步轉移軌道有效載荷,也可執行低軌道、太陽同步軌道和極地軌道任務。長征三甲火箭繼承了長征三號的成熟技術,採用了改進的液氫液氧第三級,其同步轉移軌道的運載能力達到2650千克。由於擁有更靈活先進的控制系統,長三甲運載火箭可以在星箭分離前對有效載荷進行大姿態調姿定向,並提供可調整的衛星起鏇速率,因而具有很強的適應性。長征三號甲運載火箭在1994年11月和1997年5月兩次成功發射了東方紅三號衛星。長三甲以100%的發射成功率被譽為“金牌火箭”,在長征火箭產業化進程中擔任重要角色。2010年12月18日凌晨4時20分,長征三號甲運載火箭成功將第七顆北斗導航衛星送入太空預定轉移軌道。該次發射是我國長征系列火箭的136次飛行,也是中國航天科技集團運載火箭技術研究院抓總研製生產的長征系列火箭第100次飛行。

基本信息

火箭簡介

中國長征3號甲火箭中國長征3號甲火箭

“長征”3號甲是在“長征”3號的基礎上改進而成。火箭全長52.52米,火箭直徑、整流罩均超過“長征”3號。“長征”3號甲同樣是三級液體助推火箭,一、二級為常規燃料,第三級為中國長征3號甲火箭液氫液氧燃料。第三級把直徑由2.25米增大到了3米,並增加貯箱長度,推進劑由8.2噸增加到17.6噸。整個起飛重量240噸,起飛推力300噸,其同步轉移軌道的運載能力由原來的1.4噸提高到2.6噸。它是中國目前高軌道上運載能力最大的火箭,具有一箭多星和適應多種軌道衛星發射要求的能力。

1994年11月30日,“長征”3號甲火箭又把中國新一代通信衛星“東方紅”3號發射升空。“長征”3號甲不僅適用於各種大、小衛星發射的需要,而且其發展潛力很大。中國正在用它作芯級,並利用中國已經成熟的捆綁技術,發展“長征”3號乙、“長征”3號丙火箭,由此形成並利用中國運載能力最大的火箭群體,其中“長征”3號丙火箭的地球同步轉移軌道運載能力可達到4.8噸。

長征三號甲運載火箭(CZ-3A)是一枚大型三級液體運載火箭,繼承了長征三號運載火箭的成熟技術,採用了改進的液氫液氧第三級,其地球同步轉移軌道(GTO)的運載能力有了很大的提高。由於擁有更靈活先進的控制系統,長征三號甲運載火箭可以在星箭分離前對有效載荷進行大姿態調姿定向,並提供可調整的衛星起鏇速率,因而具有很強的適應性。長征三號甲運載火箭為我國下一步研製的長征三號乙運載火箭(CZ-3B)及長征三號丙運載火箭(CZ-3C)創造了條件,成為我國GTO運載火箭的基本型。

長征三號甲運載火箭主要用於發射地球同步軌道有效載荷,同時兼顧低軌道(LEO)、太陽同步軌道(SSO)等其它軌道有效載荷的發射,也可進行一箭雙星或多星的發射。長征三號甲運載火箭的GTO運載能力為2.65噸,全箭起飛質241噸,全長52.5米,一、二子級直徑3.35米、三子級直徑3.0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,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、控制系統、遙測系統、外測安全系統、滑行段推進劑管理與姿態控制系統、低溫推進劑利用系統、分離系統以及輔助系統等組成。

主要有六個系統:1.箭體結構,是火箭的主體。2.控制系統,是火箭的大腦。由計算機、平台、分離機構等組成,由設計師事先設計好發射程式。3.動力系統,由發動機、燃料箱等組成,是火箭的動力源。4.遙測系統,是將工作參數和監測數據由無線電傳回地面的系統。5.外側安全系統,是火箭出現故障,地面無法操縱火箭的時候,進行空中自毀的系統。6.低溫推進劑利用系統,是合理調控燃料混合比,有效利用燃料的系統。

長征三號甲運載火箭在1994年2月8日首次試驗飛行,成功發射了兩顆實驗衛星。之後,連續五次成功地發射了五顆GTO通訊衛星。長征三號甲運載火箭的所有六次發射完全成功,發射成功率達到100%。

技術參數

中國長征3號甲火箭中國長征3號甲火箭

參數 一子級 二子級 三子級
推進劑 N2O4/UDMHLOX/LH2

發動機型號 DaFY6-2 DaFY20-1 (主機)
DaFY21-1(遊動發動機)
YF-75

推力 (kN) 2961.6 742 (主機)
11.8 * 4 (遊動發動機)
78.5 * 2

發動機比沖 (N*s/kg) 2556.2
2922.57 (主機)
2910.5 (遊動發動機)
4312

箭體直徑 3.35 m 3.35 m 3.00 m
箭體長度 26.972 m 7.826 m 8.835 m
整流罩直徑 3.35 m
整流罩長度 8.887 m
火箭全長 52.52 m
起飛質量 239.87 ton

結構描述

一子級

中國長征3號甲火箭中國長征3號甲火箭

一子級長26.972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制火箭飛行的姿態,最大的擺動角為10度。

二子級

二子級長7.826米,上部是裝有液體四氧化二氮(N2O4)的氧化劑箱,下部是裝中國長征3號甲火箭有液體偏二甲肼(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,以控制箭體飛行姿態。

三子級

三子級長8.835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,具有二次啟動能力,由兩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,控制三子級箭體飛行姿態。

衛星整流罩

中國長征3號甲火箭中國長征3號甲火箭

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干擾。衛星整流罩為衛星提供了一個良好的環境。長征三號甲火箭的衛星整流罩由端頭帽、前錐段、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。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。長三甲火箭整流罩長8.887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

長征三號甲火箭可以提供多種機械接口,但一般來說,提供標準的937中國長征3號甲火箭B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

長征三號甲火箭的標準地球同步轉移軌道(GTO)運載能力為2.65噸。用戶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,長征三號甲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。

飛行時序

任務描述

中國長征3號甲火箭中國長征3號甲火箭

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,長征三號甲火箭的一、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,在組合體在火箭控制系統的控制下進行再定向之後,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。

典型飛行時序

事件 飛行時中國長征3號甲火箭間(秒)
一子級點火 -3
起飛 0.00
程式轉彎 12.0
一子級/二子級分離 147.928
整流罩拋罩 236.928
二子級/三子級分離和三子級發動機點火 264.278
三子級發動機一次關機 617.299
三子級發動機二次點火 1252.513
三子級發動機二次關機 1374.440
衛星/三子級分離 1474.440

主要特點

從技術方面看,長征三號甲運載火箭(CZ-3A)系列火箭有以下主要特點:
a)充分地實現了模組化、系列化以及整體最佳化設計,相互間的繼承性很好,共用性強,這為本系列火箭良好的可靠性、經濟性奠定了重要基礎。
b)技術新、性能先進。由於設計目標高,為了達到火箭的總體技術性能指標,在設計與製造過程中採用了大量的新技術,其中重要的有100餘項,屬於重要技術創新的有22項,屬於重大關鍵技術的有4項。該系列火箭的總體技術性能比較先進,曾經將長征三號甲運載火箭(CZ-3A)和長征三號乙運載火箭(CZ-3B)分別與世界上同類9種火箭從9個重要方面進行了性能比較,結果是長征三號甲運載火箭(CZ-3A)有3項列第1名(類),有2項第2名,2項第4名,2項第5名;而長征三號乙運載火箭(CZ-3B)的結果則是兩項第1名(類),3項第2名,2項第3名,1項第4名,1項第5名。可見,長征三號甲運載火箭(CZ-3A)和長征三號乙運載火箭(CZ-3B)都在同類大型運載火箭中處於中上以至前列的位次。
c)難度大。長征三號甲運載火箭(CZ-3A)系列火箭的長細比是目前我國運載火箭中最大的,其中長征三號乙運載火箭(CZ-3B)、長征三號丙運載火箭(CZ-3C)的長細比已高達16.6,列世界大型運載火箭的第2位,這使得姿態控制系統的設計難度很大。另外,冷氦增壓技術與螺鏇管束式大噴管的成型焊接技術,也均屬當今世界航天領域內難度較高的技術。
d)運載能力大。該系列3種火箭長征三號甲運載火箭(CZ-3A)、長征三號丙運載火箭(CZ-3C)和長征三號丙運載火箭(CZ-3B)在地球同步轉移軌道上的運載能力分別為2.6t,3.8t,5.1t,按國際上的一種分類方法,長征三號甲運載火箭(CZ-3A)與長征三號丙運載火箭(CZ-3C)、長征三號乙運載火箭(CZ-3B)分別屬於大型、重型運載火箭。
e)入軌精度高。表5列出的數據表明,長征三號甲運載火箭(CZ-3A)系列火箭的入軌精度與阿里安、宇宙神系列火箭的入軌精度相當,同屬世界一流水平。
f)適應性強。既可以一箭單星也可以一箭雙星以至多星發射;既可以用於標準地球同步轉移軌道發射,也可以用於超同步轉移軌道或低傾角同步轉移軌道發射,在飛行中還可以側向變軌、多次起鏇、消鏇、調姿與定向等。星罩還有分體吊裝與整體吊裝兩種狀態。可以較靈活地滿足衛星用戶的多種不同使用要求。
g)經濟性能好。由於精心設計與嚴密的工程管理,火箭的研製經費與成本大為減少,因而有較強的市場競爭能力。

前景展望

長征三號甲運載火箭(CZ-3A)系列火箭,經過7次成功的飛行,已經證明其設計方案正確、性能優良、產品質量趨於穩定。但作為一種有前途的商用火箭,還必須不斷完善其可靠性設計,嚴格生產過程的質量控制、以求不斷提高火箭的可靠性和發射成功率。該系列火箭具有良好的發展潛力,對設計稍加改進,就可以派生出性能更好的運載火箭。例如:在長征三號乙運載火箭(CZ-3B)一級增加2個和現在完全相同的助推器,或將其現有的4個助推器加長1倍,其餘部分基本不變,則可以形成標準GTO運載能力達6.5t~7.0t的新型火箭,這將進一步增強長征火箭在國際衛星發射市場上的競爭能力。
長征三號甲運載火箭(CZ-3A)系列運載火箭的前景看好。

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、火箭加注、以及最後發射倒計時等等。

成功機率

長征三號甲運載火箭在1994年2月8日首次試驗飛行,成功發射了兩顆實驗衛星。之後,連續五次成功地發射了五顆GTO通訊衛星。長征三號甲運載火箭的所有六次發射完全成功,發射成功率達到100%。

研製回顧

中國長征3號甲火箭中國長征3號甲火箭

“862”國家重點工程早在1982年,具有遠見卓識的中國航天人就已經在認真思考中國長征3號甲火箭中國運載火箭下一步發展的技術和規劃問題,從1982年4月到1985年9月,相繼提出《長三甲火箭方案論證及運載火箭規劃》和《關於長三甲火箭研製方案的報告》等專題技術論證資料。原航天工業部於1985年9月18至19日把長三甲火箭提到議事日程,討論了長三甲火箭技術指標和技術途徑問題。1986年2月28日,原航天工業部向國務院上報了《關於加速發展航天技術的報告》,提出開展長三甲火箭、東方紅3號通信衛星、風雲2號氣象衛星、資源1號探測衛星的研製。1986年3月31日,國務院以“國發1986年41號”檔案轉批全國各省市、自治區,同意航天工業部提出的“一箭三星”規劃,命名為“862”工程。5月3日,國防科工委發出《關於迅速開展廣播通信衛星工程研製建設工作的通知》,長三甲火箭被選中發射東方紅3號衛星。根據這些決定,中國運載火箭技術研究院1986年秋初步組建了長三甲火箭研製隊伍,拉開了長三甲火箭研製工作的序幕。20世紀90年代,我國通信衛星事業處於方興未艾的階段,幾年前發射的東方紅2號衛星的壽命均已到期,太空中已經沒有國產轉發器能夠投入使用。當時在役的運載火箭沒有能力發射高軌道重型通信衛星,國家電視、廣播、通信事業面臨著嚴重的困難。十萬火急中,國家啟動巨額外匯租用了中星5號緩解當時緊張的局勢,同時也把期待的目光轉向中國運載火箭技術研究院,要求加快新一代大推力運載火箭長三甲的研製速度,為發射我國第二代大容量長壽命廣播通信衛星東方紅3號提供運載工具。一箭雙墨定乾坤時勢造英雄,重負建偉業,為了長三甲火箭的成功,研製隊伍歷經了8年的艱苦鏖戰。長三甲火箭三子級動力系統試車是為首次發射鋪平道路、奠定基礎的一戰。長三甲火箭研製隊伍的指揮者在三子級動力系統試車中果斷地進行風險決策,創造了利用一發三子級火箭豎在試車台上連續進行三次點火試車的記錄,在實施過程中還決定在試車台現場對三級YF-75氫氧發動機進行氫泵與氧泵的更換工作。如此大膽的決策既贏得了一年多的研製周期,又為國家節省了數以千萬計的研製經費。三次試車是在1993年1>4月進行的。試車台位於突兀的山頭,數九寒天的日子裡,塔上的最高溫度只有零下5攝氏度。參試人員在野外作業,大都凍得感冒發燒,但他們剛打過針吃點藥又堅持上崗,在異常艱苦的環境下認真地安裝各種導管,檢查各種儀器,操作各種按鈕,從沒有人叫苦抱怨。百餘名參試人員連續奮戰四個多月,放棄元旦春節兩個傳統假日與家人的團聚,經歷了兩次點火失敗的考驗,咬緊牙關,終於在第三次試車中取得成功,闖過了研製道路上的一大難關。

1994年2月8日,是中國航天史上一個濃墨重彩的日子,長三甲火箭在青山環繞的西昌衛星發射中心進行首次發射。16時34分,隨著驚天動地的一聲轟鳴,長三甲火箭以雷霆萬鈞之勢拔地而起,昂首飛向浩瀚蒼穹,分別把實踐4號科學探測衛星和一顆模擬星送入預定軌道,成功地實現了具有國際標準的一箭雙星發射,標誌著我國運載火箭技術及運載能力有了大幅度的提高,展示出我國具有發射高軌道重型通信衛星的能力,為迎接我國廣播通信衛星套用事業嶄新歷史階段奠定了堅實的基礎。主力火箭名不虛傳長三甲火箭首次飛行圓滿成功後,研製隊伍馬不停蹄地轉入第二戰役,把目標瞄準了發射第一顆東方紅3號衛星上。在2月8日飛行試驗成功的9個月後,1994年11月30日凌晨1時2分,長三甲火箭托舉起東方紅3號衛星宛如一條噴吐著烈焰的巨龍,照亮了發射場坪,划過沉沉夜幕,直刺茫茫太空。隨後至2004年,長三甲火箭又進行了7次發射,分別把我國的廣播通信衛星、氣象衛星、導航衛星送入太空:1997年5月12日發射東方紅3號02星:2000年1月26日發射中星22號:2000年10月31日發射北斗1號01星:2000年12月21日發射北斗1號02星:2003年5月25日發射北斗1號03星:2003年11月15日發射中星20號:2004年10月19日發射風雲2號04星。這些發射均獲得圓滿成功。發射成功率達到了百分之百。長三甲火箭的研製發射成功,不僅展露了自身的神威和中國長征3號甲火箭丰采。還引領出了長征3號甲系列火箭的另一重要成員——長三乙火箭,因為國際通信衛星組織在與中國長城工業公司簽訂用長三乙火箭發射“國際通信衛星”708的契約時,契約生效的首要條件就是長三甲火箭發射成功走向國際市場。1985年10月,我國宣布長征火箭投入國際衛星發射服務市場。當時國際市場上最為活躍、需求最大的是發射高軌道的地球同步通信衛星。而我國能夠發射這種衛星的只有長征3號火箭,它的地球同步轉移軌道(GTO)運載能力最大也只有1.5噸,在國際市場上的競爭能力不強。要想占領國際市場,必須開發運載能力更大、性能更好、適應性更強的運載火箭。國務院批准的中國第二期通信衛星工程計畫,即“862”工程,為中國研製新的大型運載火箭提供了契機,也為長三乙火箭的誕生直接奠定了基礎。正是因為國內外市場的需求。特別是中國改革開放的大政方針,使火箭發射服務走出國門,將發射外國的重型商業衛星作為中國大型運載火箭研製的牽引力。才使長三乙火箭的誕生成為可能。因此可以說,長三乙火箭是改革開放的產物,是長征火箭從封閉的科研院走向國際市場的碩果。長三乙是三級大型液體捆綁式高軌道重型運載火箭,是我國目前運載能力最大、技術最先進、構成最複雜的運載火箭,可以滿足國內外日益發展的通信衛星事業的需要。1992年4月24日,中國長城工業公司與國際通信衛星組織在美國華盛頓草簽了用長三乙火箭發射“國際通信衛星”708的契約,這是長三乙火箭在國際市場贏得的第一個契約,也是長征系列運載火箭第一次被國際上最具權威的衛星商選用,它的作用與影響已超出了契約本身,對世界商業衛星發射市場、對長征火箭的發展進程都產生著重要推進作用。根據契約,國防科工委於1993年2月1日正式批准長三乙火箭立項研製,其工作由長三甲研製隊伍承擔。從此。長三乙火箭的研製工作緊鑼密鼓地全面展開。臥新嘗膽迎接挑戰商場如戰場,沒有刀光劍影,沒有廝殺吶喊,卻處處都要經歷生死般的考驗,處處都要感受水與火的洗禮。1996年2月15日凌晨3時01分,長三乙火箭在西昌衛星發射中心發射“國際通信衛星”708時受到重創,火箭起飛2秒後慣性基準發生變化,22秒後撞在附近的山頭上,星箭俱毀,慘遭失敗。這一事件在國際航天界引起轟動,使中國航天事業蒙受了巨大損失。目睹失敗,長三乙研製隊伍難以置信、痛心疾首。他們原本沸騰的心忽然降至冰點,整個研製隊伍承受著巨大的精神和心理壓力。

中國長征3號甲火箭中國長征3號甲火箭

1996年2月18日,長三乙火箭首發飛行故障分析委員會、調查委員會、審查委員會開始工作,其中分析委員會由長三乙火箭的設計師系統組成。經過3個月挑燈夜戰,他們提出了四種可能的故障模式,完成了12大類共125項(次)地面試驗及大量的理論分析,終於在5月18日百分之百地復現了故障現象。理論分析與地面仿真試驗證明,故障原因是由一隻電子元器件的製造工藝缺陷,使其功能突然失效,造成平台隨動環穩定迴路28V供電電路開路,致使慣性基準傾倒,火箭飛行失敗。這一結論通過了調查委員會與審查委員會審查認定。在此基礎上,又經過3個月的緊張工作,設計師系統提出並且完成了44項256條改進措施,實施前均經過嚴格的專家評審。按照國際商業發射慣例。研製隊伍還向世界上的主要衛星經營保險商進行了故障調查報告宣講,並得到了他們的認可。1996年2月24日,國務院總理李鵬到中國運載火箭技術研究院慰問加班職工,聽取了長三乙火箭發射故障的分析報告,並做了重要指示,給長三乙火箭研製隊伍以極大的鼓舞和鞭策。臥薪嘗膽勵精圖治的長三乙火箭研製隊伍在首次發射失利的一年半之後,終於盼來了揚眉吐氣的一天。1997年8月20日1時50分,長三乙火箭成功地發射了美國為菲律賓製造的馬步海通信衛星,勝利的喜訊傳來,所有的研製人員無不潸然淚下,百感交集,為之動情動容。飽經風霜勵始見春中國運載火箭的發展得到了國家及社會各界的大力支持和協同,長三乙火箭走向國際市場的每一步都得到了有關部門和廣大用戶的理解與扶持。就在長三乙火箭首飛失利陷入困境的時候,中國東方衛星通信公司把信任的目光投向了中國運載火箭技術研究院,於1996年3月30日毅然與中國運載火箭技術研究院簽訂了用長三乙火箭發射中衛1號衛星的訂購協定。長三乙火箭迎來了國際衛星發射服務明媚盎然的春天。

1997年10月17日3時13分和1998年5月30日18時0分、7月18日17時20分,分別成功地將亞太2號R、中衛1號、鑫諾1號衛星送入預定軌道。至此,長三乙火箭已將美國、法國製造的4顆衛星發射升空,產生了重大的技術、經濟與社會影響。然而,國際衛星發射服務市場風雲變幻,因美國在衛星出口許可證問題上的橫加干擾和阻撓,長三乙火箭發射外星的項目被迫終止。2002年10月23日,亞太衛星廣播公司在中國長征火箭走向國際市場陷於危機的時候獨具慧眼,力挽狂瀾。與中國長城工業公司在北京簽訂了用長三乙火箭發射亞太6號衛星的契約:12月10日,中國長城工業公司組織召開亞太6號/長三乙項目會,長三乙火箭承攬法國阿爾卡特公司製造的亞太6號衛星發射任務正式啟動。2005年4月12日20時0分,長三乙火箭在西昌衛星發射中心扶搖上九霄,又奏迎春曲,成功地把亞太6號衛星發射升空,這是長三乙火箭在沉寂了7年之後的登台亮相,再次向世人展現了中國運載火箭的神韻和風采,再次在藍天白雲中國長征3號甲火箭間為中國航天人譜寫出盪氣迴腸的凱歌。關鍵技術現金可靠早在研製初期。長三甲系列火箭研製隊伍就將長三甲、長三乙、長三丙作為一組系列火箭進行模組化、組合化與整體化最佳化設計,確定了以長三甲火箭為基本型的發展模式。長三甲火箭是在長征3號火箭的基礎上採用重新設計第三級形成的大型三級低溫液體火箭,全長52.52米,一、二子級直徑3.35米,三子級直徑3.0米,GTO運載能力達到2600公斤;在長三甲火箭的芯一級捆綁4個2.25米的助推器就派生出了長三乙火箭,它全長54.838米,GTO運載能力可達到5200公斤,運載能力僅低於俄羅斯的質子號,當時位居世界第二位:在長三甲火箭的基礎上捆綁兩個2.25米助推器,又組合成長三丙火箭,GTO運載能力可達到3800公斤。長三丙火箭的設計工作早已完成,“十一五”期間將承擔國防建設急需的各類套用衛星的發射任務。長三甲系列火箭的發展模式是按照當初提出的“上改下捆、先改後捆”的技術途徑實施的,體現了模組化、組合化與整體最佳化等先進設計理念。這一發展思路對長三甲及其發展型火箭的形成和大型火箭的發展規划起到了重要的指導作用。長三甲系列火箭共同構成了中國高軌道運載能力最大、適應性最強的運載火箭系列。其運載能力可以覆蓋世界絕大多數套用衛星的質量,不僅顯著地增強了中國火箭在國際商業衛星發射服務市場上的競爭能力。也為我國未來航天事業的發展創造了良好條件,長三甲系列火箭運載人軌精度高、適應能力強,其發射衛星的人軌精度與阿里安、宇宙神等世界上的名牌火箭相當,達到20世紀末世界一流水平。長三甲系列火箭既可以一箭單星也可以一箭多星發射:既可以用於標準地球同步轉移軌道發射,也可以用於超同步轉移軌道或低傾角同步轉移軌道發射以及深空探測器發射,還可以在飛行過程中實現側向機動變軌、多次起鏇、消鏇、定向等,從而滿足衛星用戶多種不同使用要求。

中國長征3號甲火箭中國長征3號甲火箭

為使該系列火箭的總體技術性能達到國際一流水平,在設計和生產製造過程中採用了大量性能先進的新技術,其中重要的共108項,重要技術創新項目22項,重大關鍵技術項目四項:(1)YF-75氫氧發動機。它是重新設計用於三級的氫氧發動機,在研製過程中遇到氫氧渦輪泵端面密封、螺鏇管束式大噴管成型工藝多項技術難題。經過艱苦紮實的工作,攻克了一道道技術與工藝難題,發動機的結構可靠性首飛時已經達到0.97(置信度0.6)。(2)動調陀螺四軸平台。它的研製成功,是中國將近20年來在火箭慣性器件方面的一大重大突破,是具有里程碑性質的成就。(3)冷氦加溫增壓技術。它不僅在國內是首創的高難技術,即使在國際上也是屬於僅被美、日等個別工業已開發國家所掌握的新難技術。(4)低溫氫氣能源雙向搖擺伺服機構。它採用低溫氫氣氣動機作為伺服機構的一次能源。這一技術在國內是首創,在國外也未見到先例。以上這些世界一流的技術使長三甲系列運載火箭成為集高新技術於一體的品牌和主推產品,代表著中國運載火箭技術的最高水平。適應市場超前管理長三甲系列火箭誕生於我國改革開放、引入市場機制的年代,其研製歷程、工程管理明顯地烙下時代的印記。大型運載火箭的研製費、產品費一般都投入大。長三甲火箭的運載能力與阿里安42P相當,遠遠高於印度的“極軌衛星運載器”(PSLV)火箭,但產品費、研製費卻分別是它們的15%和70%,這表明長三甲火箭的研製經費投入很少。而它的產出(運載能力、實際用途)卻比較大,其中重要的原因是在設計與計畫管理上採取了許多有效措施。例如,引入競爭機制,既提高了設計技術水平與產品質量,又加快了研製進度、促進了管理、降低了成本:廣泛採用經濟契約的管理辦法,實行承包責任制,使研製工作具有經濟約束力,對節省經費起到了良好的作用;充分繼承已有技術成果,採取一品多試、一試多效的運作模式。長三乙火箭靠對外發射服務的契約牽引而立項研製,其研製工作完全按照市場運營的機制進行管理:研製經費投入與進程均受契約條款的約束,全部設計、生產、試驗活動均以兌現契約規定的標底為宗旨。一切研製實踐活動均對契約負責。所有實踐活動對衛星用戶基本上是透明的,雙方經常交流信息。這種開放式、專項契約經營的管理機制,完全不同於以往指令計畫條件下封閉的管理模式。

在國際衛星發射服務市場上,西方航天大國的運載火箭林立,競爭格外激烈。1992年長三乙火箭的前身長三甲火箭還只是在攻克技術難關、前景尚未明朗的時候,國際通信衛星組織就大膽選用一個尚在紙面上的運載火箭發射衛星,其中重要的一個原因要歸功於我們對長三乙火箭超前開發,直接向衛星用戶推銷宣傳,取得良好的先入為主的促銷效果,加之長征火箭飛行成功率高、價格低,使長三乙火箭贏得了第一個對外發射服務契約,也正是這個契約促使了長三乙火箭的立項誕生。長三乙火箭的研製經費來自衛星發射服務契約經費,國家沒有投入直接研製經費。這種利用已有的高技術基礎。吸引外資再進一步發展高技術,即利用我國原有的長征火箭技術,簽訂外星發射服務契約,由此引發新型長征火箭誕生的道路是一種良性循環模式,值得重視。套用前景無限廣闊進入21世紀以來,長三甲、長三乙、長三丙火箭成為我國發射國內、國外各類套用衛星的主推產品,承擔著國內民用、軍用、商業及國外衛星發射服務艱巨而繁重的任務。從2006年至2010年,長三甲系列火箭將要進行30次套用發射,迎來了前所未有的發射高峰期。由此可見,“十一五”期間將是長三甲系列火箭的鼎盛時代。特別值得一提的是,2004年1月23日,國務院總理溫家寶批准繞月探測工程項目正式立項,為工程配套的運載工具首選長三甲火箭。嫦娥奔月、月兔搗藥、吳剛伐桂是在我國民間千載流傳的美麗神話,該工程以此命名,既引起了人們無限的遐想和神往,又激發了航天人敢上九天攬月的豪情壯志。長三甲火箭於2007年10月24日高擎起嫦娥1號衛星奔向月球,探索月宮無盡的奧妙,揭開宇宙神秘的面紗。隨著我國探月工程二期的實施,長三甲系列火箭還將發揮更大的作用。

送嫦娥1號奔月

按照計畫,長征3號甲被選為月球探測衛星的運載火箭,發射場選在西昌衛星發射中心,但要進行必要的適應性改造。

根據設計,嫦娥1號的運行軌道近地點為200千米,遠地點為51000千米,屬於大橢圓軌道。火箭必須精確地將探測器送入預定軌道,才能準確完成預定探測任務。為滿足探月衛星的特殊要求,長征3號甲火箭控制系統增加了單機和線路備份,確保飛行過程中不出現任何偏差,萬無一失。

選擇長征3號甲主要考慮到它是長征系列火箭家族中發射成功率最高的成員之一。該火箭擁有更靈活而先進的控制系統,可在星箭分離前對有效載荷進行大姿態調姿定向,並提供可調整的衛星起鏇速率,具有很強的適應性。它主要用於發射地球同步軌道有效載荷,同時兼顧低軌道和太陽同步軌道等其它軌道有效載荷的發射,也可進行一箭雙星或多星發射。

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