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长征三号甲运载火箭

长征三号甲运载火箭(CZ-3A),是一枚大型三级液体推进剂火箭,也是我国同步轨道运载火箭的基本型。它主要用于发射地球同步转移轨道有效载荷,也可执行低轨道、太阳同步轨道和极地轨道任务。长征三甲火箭继承了长征三号的成熟技术,采用了改进的液氢液氧第三级,其同步转移轨道的运载能力达到2650千克。由于拥有更灵活先进的控制系统,长三甲运载火箭可以在星箭分离前对有效载荷进行大姿态调姿定向,并提供可调整的卫星起旋速率,因而具有很强的适应性。长征三号甲运载火箭在1994年11月至今的25次发射全部成功。

长三甲系列火箭承担了中国航天现时期所有高轨道发射任务,火箭的技术性能、发射频率、年发射量及高达98%的发射成功率都处于世界领先水平。该系列火箭与“嫦娥工程”、“太空摆渡车”、“北斗卫星”、“风云卫星”等中国航天大事件紧密相连。 [1]

长征三号甲运载火箭是在长征3号的基础上改进而成。火箭全长52.52米,火箭直径、整流罩均超过长征三号。长征三号甲同样是三级液体助推火箭,一、二级为常规燃料,第三级为液氢液氧燃料。第三级把直径由2.25米增大到了3米,并增加贮箱长度,推进剂由8.2吨增加到17.6吨。整个起飞重量244吨,起飞推力300吨,其同步转移轨道的运载能力由原来的1.4吨提高到2.6吨,具有一箭多星和适应多种轨道卫星发射要求的能力。

1994年11月30日,长征三号甲把中国新一代通信卫星东方红3号发射升空。长征三号甲不仅适用于各种大、小卫星发射的需要,继承了长征三号运载火箭的成熟技术,采用了改进的液氢液氧第三级,其地球同步转移轨道(GTO)的运载能力有了很大的提高。由于拥有更灵活先进的控制系统,长征三号甲运载火箭可以在星箭分离前对有效载荷进行大姿态调姿定向,并提供可调整的卫星起旋速率,因而具有很强的适应性。长征三号甲运载火箭为我国下一步研制的长征三号乙运载火箭(CZ-3B)及长征三号丙运载火箭(CZ-3C)创造了条件,成为我国GTO运载火箭的基本型。其中长征三号丙火箭的地球同步转移轨道运载能力可达到3.8吨。

长征三号甲运载火箭主要用于发射地球同步轨道有效载荷,同时兼顾低轨道(LEO)、太阳同步轨道(SSO)等其它轨道有效载荷的发射,也可进行一箭双星或多星的发射。一子级和二子级使用偏二甲肼(UDMH)和四氧化二氮(N2O4)作为推进剂,三子级则使用效能更高的液氢(LH2)和液氧(LOX)。全箭由箭体结构、动力系统、控制系统、遥测系统、外测安全系统、滑行段推进剂管理与姿态控制系统、低温推进剂利用系统、分离系统以及辅助系统等组成。

主要有六个系统:1.箭体结构,是火箭的主体。2.控制系统,是火箭的大脑。由计算机、平台、分离机构等组成,由设计师事先设计好发射程序。3.动力系统,由发动机、燃料箱等组成,是火箭的动力源。4.遥测系统,是将工作参数和监测数据由无线电传回地面的系统。5.外侧安全系统,是火箭出现故障,地面无法操纵火箭的时候,进行空中自毁的系统。6.低温推进剂利用系统,是合理调控燃料混合比,有效利用燃料的系统。

长征三号甲运载火箭在1994年2月8日首次试验飞行,成功发射了两颗实验卫星。之后,连续23次发射完全成功,发射成功率达到100%。 [2]

长三甲系列火箭在2011年至2013年期间共完成26次发射,年发射次数分别是8次、9次、9次。姜杰说,伴随中国航天事业整体发展,长三甲系列还将承担更多的发射任务,后续五年年均发射当量在10次左右。 [1]

2016年长征三号甲运载火箭,成功将第22颗北斗导航卫星送入太空。 [3]

参数

一子级

二子级

三子级

推进剂

N2O4/UDMH

N2O4/UDMH

LOX/LH2

发动机型号

DaFY6-2

DaFY20-1 (主机)DaFY21-1(游动发动机)

YF-75

推力 (kN)

2961.6

742 (主机)11.8 * 4 (游动发动机)

78.5 * 2

发动机比冲 (N*s/kg)

2556.2

2922.57 (主机)2910.5 (游动发动机)

4312

箭体直径

3.35 m

3.35 m

3.00 m

箭体长度

26.972 m

7.826 m

8.835 m

整流罩直径

3.35 m

整流罩长度

8.887 m

火箭全长

52.52 m

起飞质量

239.87 ton

一子级长26.972米,上部是装有液体四氧化二氮(N2O4)的氧化剂箱,下部是装有液体偏二甲肼(UDMH)的燃烧剂箱。一子级装配有DaFY6-2型发动机,该发动机是由四台推力为75吨的液体N2O4/UDMH发动机并联而成。每台DaFY6-2型发动机的喷口可以在伺服机构的带动下单向摆动以控制火箭飞行的姿态,最大的摆动角为10度。

二子级长7.826米,上部是装有液体四氧化二氮(N2O4)的氧化剂箱,下部是装有液体偏二甲肼(UDMH) 的燃烧剂箱。二子级装配有75吨推力的DaFY20-1型发动机(主发动机)和带四个小喷管、推力为4.8吨的游动发动机DaFY21-1。主发动机喷管固定不动,游动发动机喷管可作单向摆动,最大摆角60度,以控制箭体飞行姿态。

三子级长8.835米,上部是装有液氢(LH2)的燃烧剂箱,下部是装有液氧(LOX)的氧化剂箱。三子级采用的是YF-75氢氧发动机,具有二次启动能力,由两独立的单管发动机并联而成,每台推力8吨,可在伺服机构的带动下双向摆动,最大综合摆角4度,控制三子级箭体飞行姿态。

在火箭飞行穿过大气层这段过程中,火箭顶部的卫星整流罩保护卫星免受来自大气层的各种干扰。卫星整流罩为卫星提供了一个良好的环境。长征三号甲火箭的卫星整流罩由端头帽、前锥段、圆柱段和倒锥段组成。端头帽由玻璃钢纤维材料制成,具有良好的无线电透波性。前锥段和圆柱段是由金属蜂窝材料制成,倒锥段由化铣合金材料制成。如果需要,无线电透波窗口和操作窗口可以在柱段和前锥段上开口。长三甲火箭整流罩长8.887米,最大外直径3.35米,其静包络最大直径为3.0米。

长征三号甲火箭可以提供多种机械接口,但一般来说,提供标准的937 B和1194机械接口。卫星的下端框与火箭的有效载荷支架的上端框对接,通过包带来锁紧。 [2]

长征三号甲火箭的标准地球同步转移轨道(GTO)运载能力为2.65吨。标准的GTO参数及入轨精度如下表所列:

参数

标准GTO轨道参数

入轨精度(1σ)

近地点高度

200 km

±10 km

远地点高度

35786 km

半长轴 ±40 km

轨道倾角

28.5°

±0.07°

近地点幅角

179.6°

±0.2°

标准GTO参数表示的是在卫星与火箭分离时刻卫星所处轨道的参数。用户可以根据卫星的需要以及火箭运载能力选择不同的轨道。如果运载能力有剩余,长征三号甲火箭可以将卫星送入一个低倾角的轨道或是一个超同步转移轨道,这样的话,卫星的在轨道寿命可以得到延长。

长征三号甲运载火箭可以将卫星送入地球同步转移轨道(GTO)。在执行一个典型的GTO任务时,长征三号甲火箭的一、二子级首先将卫星和三子级的组合体送入一个圆形的停泊轨道,然后三子级进行600多秒的滑行段飞行,在组合体在火箭控制系统的控制下进行再定向之后,三子级发动机再次点火将组合体送入目标GTO轨道,最后,三子级和卫星分离。

事件

飞行时间(秒)

一子级点火

-3

起飞

0.00

程序转弯

12.0

一子级/二子级分离

147.928

整流罩抛罩

236.928

二子级/三子级分离和三子级发动机点火

264.278

三子级发动机一次关机

617.299

三子级发动机二次点火

1252.513

三子级发动机二次关机

1374.440

卫星/三子级分离

1474.440

长征三号甲火箭在西昌卫星发射中心(XSLC)进行发射。火箭会被装载在火车上从北京运往四川省的西昌,在西昌卫星发射中心的技术中心和发射中心进行各种测试和操作活动,包括在技术中心的四次总检查、火箭由技术中心转运到发射中心、火箭各子级在发射中心起竖对接、在发射中心的四次总检查、卫星/火箭联合操作、火箭加注、以及最后发射倒计时,等等。 [4]

长征三号甲运载火箭在1994年2月8日首次发射,成功发射了两颗实验卫星。它之后连续五次 [5] 成功地发射了五颗GTO通讯卫星。长征三号甲运载火箭的所有发射完全成功,发射成功率达到100%。 [6]

起飞时

运载火箭

发射场

工位

轨道

载荷

结果

备注

1

1994.2.8

CZ-3A Y1

西昌

2号

GTO

夸父一号/实践四号

成功

2

1994.11.30

CZ-3A Y2

西昌

2号

GTO

东方红三号

成功

3

1997.5.12

CZ-3A Y3

西昌

2号

GTO

东方红三号

成功

4

2000.1.26

CZ-3A Y4

西昌

2号

GTO

中星22

成功

5

2000.10.31

CZ-3A Y5

西昌

2号

GTO

北斗1A

成功

6

2000.12.21

CZ-3A Y6

西昌

2号

GTO

北斗1B

成功

7

2003.5.25

CZ-3A Y7

西昌

2号

GTO

北斗1C

成功

8

2003.11.15

CZ-3A Y8

西昌

2号

GTO

中星20

成功

9

2004.10.19

CZ-3A Y9

西昌

2号

GTO

风云二号C

成功

10

2006.9.13

CZ-3A Y10

西昌

2号

GTO

中星22A

成功

11

2006.12.8

CZ-3A Y11

西昌

2号

GTO

风云二号D

成功

12

2007.2.3

CZ-3A Y12

西昌

2号

GTO

北斗1D

成功

13

2007.4.14

CZ-3A Y13

西昌

3号

MEO

北斗2-M1

成功

14

2007.6.1

CZ-3A Y15

西昌

3号

GTO

鑫诺三号

成功

15

2007.10.24

CZ-3A Y14

西昌

3号

GTO

嫦娥一号

成功

16

2008.12.23

CZ-3A Y20

西昌

3号

GTO

风云二号E

成功

17

2010.8.1

CZ-3A Y16

西昌

3号

IGSO

北斗2-I1

成功

18

2010.11.25

CZ-3A Y21

西昌

3号

GTO

中星20A

成功

19

2010.12.18

CZ-3A Y18

西昌

3号

IGSO

北斗2-I2

成功

20

2011.4.10

CZ-3A Y19

西昌

3号

IGSO

北斗2-I3

成功

21

2011.7.27

CZ-3A Y17

西昌

3号

IGSO

北斗2-I4

成功

22

2011.12.2

CZ-3A Y23

西昌

3号

IGSO

北斗2-I5

成功

23

2012.1.13

CZ-3A Y22

西昌

3号

GTO

风云二号F

成功


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