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长征三号乙运载火箭

长征三号乙运载火箭(CZ-3B)是中国近十年在国际发射服务市场上的主推火箭,它实际上是以长征三号甲作为芯级,在其一级上捆绑了长征二号捆火箭的四个助推器,并采用了加长、加强的二级贮箱,其地球同步转移轨道运载能力一跃达到5100千克。长三乙火箭还可执行其它轨道要求的任务,并且还可满足有效载荷调姿、再定向和起旋要求,以及双星和多星发射的要求等。长征三号乙可提供多种整流罩以适应不同用户的需要。长征三号乙运载火箭在1997年8月和10月成功地发射了菲律宾马部海卫星和亚太二号R卫星,并于2013年12月2日凌晨1时30分成功发射了我国自主研发的嫦娥三号月球探测器

火箭名称长征三号乙运载火箭英文代号CZ-3B
首飞时间1996年2月15日GTO运载能力5.1吨
研制单位中国运载火箭技术研究院

火箭简介

长征三号乙运载火箭(CZ-3B)是一枚三级大型液体捆绑式运载火箭。它以经适应性更改后的长征三号甲运载火箭作为芯级,捆绑四枚液体助推器而构成,具有运载能力大、适应性强、继承性好等优点,是中国目前运载能力最大、技术最先进、构成最复杂的运载火箭,代表中国目前运载火箭技术的最高水平,在世界航天界也居前列。

长征三号乙运载火箭主要用于发射地球同步轨道卫星,其运载能力达到5.1吨,是中国用于商业卫星发射服务的主力火箭。全箭起飞质量465吨,全长54.838米,一、二子级直径3.35米、助推器直径2.25米,三子级直径3.0米,卫星整流罩最大直径4.0米。它的一子级、助推器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。

长三乙火箭性能优异,安全可靠,总共26次发射任务中,除第一次失败以外都发射成功,成功率高达96%。长征三号乙运载火箭已成功地发射了多颗大型卫星,它们是:马部海卫星(Mabuhay)、亚太二号R卫星(APT-ⅡR)、中卫一号卫星(ChinaStar-1)、鑫诺一号卫星(SinoSat-1)。

火箭主要技术参数

参数 助推器 一子级 二子级 三子级
推进剂 N2O4/UDMH N2O4/UDMH N2O4/UDMH LOX/LH2
发动机型号 YF-25 YF-21C YF-22E (主机) YF-23C(游动发动机) YF-75
推力 (kN) 740.4 * 4 2961.6 742 (主机) 11.8 * 4 (游动发动机) 83.585 * 2
发动机比冲 (N*s/kg) 2556.2 2556.2 2922.57 (主机) 2910.5 (游动发动机) 4295
箭体直径 2.25 m 3.35 m 3.35 m 3.00 m
箭体长度 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
整流罩直径 4.00/4.20 m
整流罩长度 9.56 m
火箭全长 54.838 m (CZ-3B) / 56.326 m (CZ-3BE)
起飞质量 425.8 ton (CZ-3B) / 458.97 ton (CZ-3BE)

火箭结构

一子级

一子级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,总长长23.272米。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。

助推器

每枚助推器捆长15.326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,并在尾部各安装了一个尾翼。四个助推器各配有一台推力为75吨的DaFY5-1型发动机,喷管固定不摆。

二子级

二子级长9.943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

三子级长12.375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,由两台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。

卫星整流罩

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。长征三号乙火箭的卫星整流罩由端头帽、双锥段、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。双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双锥段上开口。长三乙火箭整流罩长9.56米,最大外直径4.0米,其静包络最大直径为3.65。

星箭对接

长征三号乙火箭可以提供多种机械接口,但一般来说,提供标准的937B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。

火箭子型号

长征三号乙

长征三号乙火箭的标准地球同步转移轨道(GTO)运载能力为5.1吨。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,长征三号乙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。

长征三号乙增强型

长征三号乙增强型(CZ-3B/E)的芯一级加长了约1.5米,助推器加长了约0.8米,运载能力比先前提高了0.4吨,GTO运载能力为5.5吨。该型火箭已执行过“尼日利亚通信卫星一号”、“委内瑞拉一号通信卫星”等多次发射任务。

2013年下半年,长征三号乙增强型运载火箭,成功发射“嫦娥三号”探测器。

长征三号乙增强型火箭在长征三号乙火箭的基础上开展了六大专项技术攻关,以确保“嫦娥三号”完美落月。

这六项技术包括:发射窗口由少变多、“两只眼睛”提高入轨精度、嫦娥三号“坐椅”量身打造、可靠性再跃升、运载能力提高、“现场直播”火箭飞行过程。

长征三号乙增强型运载火箭用“两只眼睛”提高入轨精度,实现将“嫦娥三号”精确送入近地点高度200公里、远地点高度38万公里的地月转移轨道。

增强型火箭采用了双激光惯组加卫星导航修正的复合制导技术,这种复合制导技术相当于给火箭安装了“两只眼睛”,一只眼睛可以使火箭按照设计好的轨道飞行,另一只眼睛精确计算最佳途径,并随时修正。

长征三号乙增强型运载火箭首次运用遥测图像实时传输技术,将“现场直播”火箭在发射和飞行过程中的助推分离、一二级分离、整流罩分离等关键动作,实现清晰监视。

长三乙增强型火箭可靠性再跃升。梁小虹说,增强型火箭完成了一子级发动机、二子级发动机、三子级发动机、控制系统等9项可靠性增长项目,飞行可靠性,由原来的0.938提升至0.942。

长三乙改1型

改1型火箭采用起飞滚转定向、双向风补偿、三级一次工作、串联式双星分离,直径3.7米长整流罩,其余的与基本型相似。

长三乙改2型

改2型火箭采用双激光惯组+GNSS复合制导,采用4200F整流罩(直径4.2米),其余的与增强型相似,起飞总质量457吨,全箭总长56.542米,标准地球同步转移轨道运载能力5400公斤。

火箭飞行时序

长征三号乙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,长三乙火箭的一、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。

长征三号乙运载火箭的主要飞行事件如下所列:

助推器分离:

每个助推器都是分别通过前连接面的杆系结构和后连接面的球头结构同火箭芯级相连的。在助推器发动机关机后,用于连接的爆炸螺栓和分离螺母分别解锁,装在助推器上固体小型分离火箭点火,将助推器推离火箭芯级,助推器自由下落完成分离。

一子级/二子级分离:

一子级/二子级分离是所谓的“热分离”。在一子级发动机关机后,二子级主发动机点火,联接两级的爆炸螺栓起爆解锁,这样一子级就被二子级发动机喷出的高速燃气流推离,一子级和二子级分离。

整流罩抛罩:

整流罩以“解锁-翻转-分离”方式进行抛罩。在横向上整流罩与三子级通过12个横向爆炸螺栓联接,在纵向上两半整流罩是由2个纵向爆炸螺栓和一条导爆索联接。在抛罩时,12个横向爆炸螺栓和2个纵向爆炸螺栓首先同时解爆,在0.1秒内纵向导爆索解锁,安装在三子级前端框上的分离弹簧将两半整流罩推开分离。两个整流罩半罩围绕着三子级前端框上的铰链翻转,随着火箭加速上升整流罩分离下落。在抛罩过程中,不会发生碰撞和污染。

二子级/三子级分离:

二子级/三子级分离是所谓的“冷分离”。在二子级的主发动机和游动发动机关机后,安装在三子级上的小型加速火箭点火,从而在火箭飞行方向上产生一个加速度,使得三子级的推进剂沉底易于三子级发动机点火起动。同时,联接二子级和三子级的爆炸螺栓起爆解锁,安装在二子级上的小型反推火箭点火产生一个反向加速度,二子级与三子级脱离。

卫星/三子级分离:

卫星与三子级分离是通过分离弹簧的分离力来实现的。当火箭控制系统发出星箭分离指令,联接卫星和有效载荷支架的包带上的无污染爆炸螺栓起爆解锁,解锁后的包带被安装在有效载荷支架上的拉簧拉回。卫星被分离弹簧推离火箭。

典型飞行时序

事件 飞行时间(秒)
一子级点火 -3
起飞 0.00
程序转弯 11.0
助推器分离 127.24
一子级/二子级分离 147.36
整流罩抛罩 232.4
二子级/三子级分离和三子级发动机点火 332.31
三子级发动机一次关机 631.32
三子级发动机二次点火 1281.23
三子级发动机二次关机 1459.91
卫星/三子级分离 1559.907

发射场操作

长征三号乙火箭在西昌卫星发射中心(XSLC)进行发射。火箭将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。

火箭发射记录

序号 起飞时 运载火箭 有效载荷 轨道 结果
1 1996.2.15 CZ-3B Y1 国际通信卫星708 GTO 失败
2 1997.8.20 CZ-3B Y2 菲律宾马部海1号 GTO 成功
3 1997.10.17 CZ-3B Y3 亚太二号R通信卫星 GTO 成功
4 1998.5.30 CZ-3B Y5 中卫一号(中星5A) GTO 成功
5 1998.7.18 CZ-3B Y4 鑫诺一号(中星5B) GTO 成功
6 2005.4.12 CZ-3B Y6 亚太六号通信卫星 GTO 成功
7 2006.10.29 CZ-3B Y7 鑫诺二号 GTO 成功
8 2007.5.14 CZ-3B/E Y9 尼日利亚通信星一号 GTO 成功
9 2007.7.5 CZ-3B Y10 中星6B GTO 成功
10 2008.6.9 CZ-3B Y11 中星9号 GTO 成功
11 2008.10.30 CZ-3BG2 Y12 委内瑞拉通信星一号 GTO 成功
12 2009.8.31 CZ-3B Y8 印尼帕拉帕-D1 GTO 部分失败
13 2010.9.5 CZ-3BG2 Y13 鑫诺六号(中星6A) GTO 成功
14 2011.6.21 CZ-3BG2 Y20 鑫诺五号(中星10) GTO 成功
15 2011.8.12 CZ-3BG2 Y19 巴基斯坦通信星1R GTO 成功
16 2011.9.19 CZ-3BG2 Y16 中星1A GTO 成功
17 2011.10.7 CZ-3BG2 Y18 欧洲通信卫星W3C GTO 成功
18 2011.12.20 CZ-3BG2 Y21 尼星1R GTO 成功
19 2012.03.31 CZ-3BG2 Y22 亚太七号 GTO 成功
20 2012.04.30 CZ-3BG1 Y14 北斗二号M3/M4 MEO 成功
21 2012.05.26 CZ-3BG2 Y17 中星2A GTO 成功
22 2012.09.19 CZ-3BG1 Y15 北斗二号M5/M6 MEO 成功
23 2012.11.27 CZ-3BG2 Y24 中星十二号 GTO 成功
24 2013.05.02 CZ-3BG2 Y25 中星十一号 GTO 成功
25 2013.12.02 CZ-3B/E Y23 嫦娥三号月球探测器 EMTO 成功
26 2013.12.21 CZ-3BG2 Y27 玻利维亚通信卫星 GTO 成功
27 2015.7.25 CZ-3B 北斗二号M1-S、M2-S MEO 成功

 

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最新更新:2015-09-06 15:31
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