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  • 长征七号运载火箭

    长征七号运载火箭(英文:Long March 7,缩写:CZ-7),是中国运载火箭技术研究院(航天一院)为总体研制单位研制的新型液体燃料运载火箭。其前身是长征二号F换型运载火箭(缩写:CZ-2F/H)。

    长征七号是中国载人航天工程为发射货运飞船而全新研制的新一代中型运载火箭。长征七号采用“两级半”构型,箭体总长53.1米,芯级直径3.35米,捆绑4个直径2.25米的助推器 。近地轨道运载能力不低于14吨,700公里太阳同步轨道运载能力达5.5吨。

    长征七号运载火箭于2016年6月25日从中国文昌航天发射场首次成功发射,这也是文昌航天发射场的首次发射任务。预计到2021年火箭各项技术趋于成熟稳定时,将逐步替代现有的长征二号、三号、四号系列,承担中国80%左右的发射任务。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名称: 长征七号运载火箭(CZ-7) 外文名: Long March 7
    制造国家: 中华人民共和国 高度: 53.1米
    质量: 594吨 级数: 两级半
    发射场: 中国海南航天发射场 首次发射: 2016年6月25日20时
    LEO运载能力: 13.5吨 GTO运载能力: 7000千克
    起飞推力约: 720吨 现况: 首飞成功
    英文名: LM-7或Long March 7 制造商: 中国运载火箭技术研究院
    助推器: 4*120吨推力单摆YF-100发动机 第一级: 2*120吨推力双摆YF-100发动机
    第二级: 4*18吨推力双机双摆YF-115发动机

    目录

    发展沿革/长征七号运载火箭 编辑

    研制背景

    长征七号发射前 长征七号发射前

    2020年前中国将发射大量各种轨道的航天器,对运载火箭 尤其是中型运载火箭的需求比较旺盛,中国已经立项研制了CZ-5、CZ-6、CZ-7运载火箭,其中的长征七号(CZ-7)运载火箭是为满足载人航天工程发射货运飞船的迫切需求而优先发展的中型运载火箭。

    长征七号运载火箭 长征七号运载火箭

    长征七号火箭的最早原型是长征二号F/H型,即利用长征二号F型的成熟技术,在大体不变的情况下换成新研制的   液氧煤油发动机,即换发型(H型)。在同一时间上,研制的长征五号系列运载火箭也分为大、中、小三型,其中3.35米直径的中型与长征二号H型有一定的技术和用途重叠性。最后决定研制一种新型中型火箭,其综合长征二号的成熟技术又同时运用长征五号的新技术,并赋予新的编号“长征七号”。    

    研制原则

    基本型   以满足载人航天工程后续任务要求的CZ-7为基本型,论证中型火箭其他构型的方案。

    系列化   以基本型为基础,通过调整助推器个数或种类和增加上面级三子级实现中型火箭的系列化。如:后续型号从二级半发展成三级半(CZ-734型),从全煤发动机发展成上面级为氢氧级(CZ-720(HO)型)等等。

    继承性   充分继承新一代大型运载火箭和在役运载火箭的已有研制成果;所有构型使用的液体发动机均基于中国已有或正在研制的液氧煤油和液氢液氧发动机;固体助推器基于正在研制的120吨推力的固体发动机。如:CZ-7继承了CZ-2F型的成熟技术,液氧煤油发动机采用与CZ-5使用同型号的YF-100发动机和CZ-6使用的同型号的YF-115发动机。

    适应性   优先发展的构型之间运载能力梯度合理,基本满足未来中型有效载荷的不同任务的发射需求。长征七号的运力区间从1吨到15吨,轨道覆盖从LEO、SSO、GTO、GEO等不同轨道。

    经济性

    为满足大量的中等运力发射需求,所发展的构型应满足经济性要求,努力降低发射成本。如:CZ-2的推进剂为有毒肼类燃料,CZ-7的推进剂为无毒煤油,价格仅为前者的三十分之一。

    1.

    基本型

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    技术特点/长征七号运载火箭 编辑

    长征七号运载火箭 长征七号运载火箭

    应用新技术96项比例超70%

    长征七号运载火箭 长征七号运载火箭

    长征七号火箭为我国新一代中型运载火箭,由中国运载火箭技术研究院负责总研制。据其介绍,长征七号火箭是为了满足我国载人空间站工程发射货运飞船以及未来载人火箭更新换代需求而研制的。长征七号火箭的首飞成功,标志着我国新一代运载火箭研制取得重大突破,将大幅提升我国进入空间的能力。

    火箭采用“两级半”构型,总长53.1米,芯级直径3.35米,捆绑4个直径2.25米的助推器,起飞重量597吨,运载能力近地轨道13.5吨、太阳同步轨道5.5吨,达国外同类火箭先进水平。

    据长征七号火箭副总设计师程堂明介绍,长征七号火箭芯级直径3.35米,虽然与现役火箭芯级尺寸相同,但长征七号火箭是一型全新的火箭。其中,火箭的发动机系统、增压输送系统、控制系统、测量系统、伺服系统、结构系统等都是全新的。如果把长征七号火箭比作人体,

    那么它有着全新的心脏、大脑、骨骼和中枢神经等。

    据了解,长征七号火箭研制应用了96项新技术,其中重大关键技术12项,新技术比例超过70%。

    设计阶段采用数字化手段

    长征七号运载火箭 长征七号运载火箭

    长征七号火箭是我国第一型“数字火箭”,采用全数字化手段研制。在设计阶段,火箭图纸从纸质“连环画”变成了“3D电影”;在火箭制造中,实现了“一键式”加工,大幅提高了加工质量和效率;在试验、装配阶段,应用了“虚拟现实技术”,提前预见可能发生的问题,确保火箭试验、装配“一次成”。

    同时,长征七号火箭代表了我国近60年运载火箭研制领域的最高水平,其首飞的成功标志着我国新一代运载火箭在数字化设计能力上已跻身国际先进行列。

    使用液氧煤油无毒无污染

    长征七号运载火箭 长征七号运载火箭

    长征七号火箭使用的是液氧煤油推进剂,无毒、无污染,清洁环保。而且,相比使用常规推进剂的发动机,液氧煤油发动机比冲提高20%,推力提高60%,其推进剂平均成本仅为常规推进剂的1/10。

    长征七号火箭的首飞成功,使我国中型运载火箭近地轨道的运载能力由8.6吨提高至13.5吨,达国外同类火箭先进水平。

    从外形上看,长征七号火箭和我国现役火箭体型差别不大,但为了储存更多的燃料,提供更强的动力,它的助推器加长到约27米,接近现役火箭助推器长度的2倍。

    火箭燃料加注可停放24小时

    长征七号火箭在海南发射场合练,低温燃料加注后成功停放24小时,创下了低温燃料停放时间最长纪录。新一代运载火箭有多种发射任务需求,停放24小时,可为成功发射争取更多有利时间,提高火箭发射的可靠性。

    低温燃料不仅温度极低,且易燃易爆易蒸发,停放中的火箭就像“炸弹”,不仅工作人员要在低温环境中作业,箭体上部分仪器设备也要面临低温环境的考验。且在加注后停放的24小时内,需补加3至5次。

    “防水”设计渗透到每个细节

    长征七号运载火箭 长征七号运载火箭

    现役火箭发射选择窗口时都会避开雷雨天,而新一代运载火箭则能实现中雨发射,这是因为新一代运载火箭是做了“防水”设计的。海南文昌发射场气候潮湿,降水量大,全年12小时内降水5毫米至15毫米的中雨较多。火箭不仅要防雨水,还有箭体表面、管路上的冷凝水也会影响到正常发射。因此,对火箭防水的设计渗透到了每一个细节。如在部段对接处、细小的孔径和缝隙处都要加密封条、涂硅橡胶等。而平衡整流罩内外压力的排气孔也做了专门的防水措施。

    防风减载装置可抗八级大风
      
    在国内主要的4个发射场中,除海南文昌发射场外,

    其他的发射场都在内陆,风速随距地面高度的变化不大。但文昌发射场不同,距地面五六十米高的地方风速要远高于地面风速。“地面感受到的是微风,火箭一级的地方可能就是‘大风’了。我们将这种随距地面高度而变化的风称为‘浅层风’。”研制人员说,这给“长征七号”垂直转场增加了难度。

    为提升抗风能力,火箭装上了“防风减载装置”,即使遇到8级大风的天气,依旧可以转场,其抗风能力超过现役火箭。  

    将用于发射新一代载人飞船
      
    此次是按照载人火箭的标准设计的,控制系统和增压系统实现了冗余,可靠性设计指标达0.98,达国际先进水平。其中,火箭控制系统创新采用了143项智能控制软件,是现役火箭软件使用量的30倍以上,大大提高了控制精确度。长征七号火箭成熟后将成为我国新一代载人火箭,用于发射新一代载人飞船。

    长征七号运载火箭首飞,是载人航天工程空间实验室飞行任务的开局之战,实现了“成功首飞”的预定目标,为后续任务打下了坚实基础。此次发射,旨在验证长征七号运载火箭设计正确性和各项性能指标,考核海南文昌航天发射场系统执行任务能力,检验工程相关系统间的协调性和匹配性。  

    系列型号/长征七号运载火箭 编辑

    基本型

    长征七号运载火箭 长征七号运载火箭

    长征七号运载火箭是中国新一代中型运载火箭,主要用于载人空间站工程,并发射货运飞船。 CZ-7运载火箭为全液氧煤油火箭,使用新型YF-100、YF-115液氧煤油发动机。芯一级采用3.35米直径,安装两台推力为1200KN的YF-100发动机,发动机双摆;捆绑4个2.25米直径的助推器,分别安装单台YF-100液氧煤油发动机,发动机单摆;芯二级采用4台YF-115单机推力为180KN液氧煤油发动机并联,采用两机固定、两机双摆实现控制。继承改进型CZ-2F火箭的整流罩,整流罩直径4.2米,在发射场整流罩与有效载荷整体垂直运输、吊装。火箭总长53.1米,起飞质量约594吨,起飞推力7200KN。运载能力按轨道高度200/400千米、轨道倾角42 计算运力达13.5吨。  

    发展型

    长征七号发展型号图表1 长征七号发展型号图表1

    长征七号中型火箭构型的命名约定:名称为CZ-7XYZ,代号中的X代表级数,Y代表助推器个数,Z代表助推器类型,对有固体助推器的构型用S表示,对液体助推器省略。对有上面级状态增加(SM)区分;对芯二级采用氢氧发动机的构形,增加(HO)加以区分。如捆绑2个2米直径的固体助推器、芯二级采用氢氧发动机的两级构型命名为CZ-722S (HO)。按照上述命名规则,基本型CZ-7的代号为CZ-724,简称为CZ-7。

    根据火箭级数不同助推器个数不同是否与上面级组合等,中型运载火箭可构建几十余种构型表1列出了可能组合中的几类典型构型   。

    优先发展型

    长征七号优先发展型号图册 长征七号优先发展型号图册

    在论证过程中,对两级(半)状态的LEO、SSO运载能力,两级半与上面级组合的状态的SSO运载能力,三 级半状态的GEO运载能力进行了分析。LEO,SSO和GEO轨道特征如下:LEO轨道倾角42 ,近地点200千米,远地点400千米(空间站轨道);SSO:高度700千米; GEO:标准地球同步轨道。

    ①对于中型运载火箭,基本型CZ-7既可满足载人航天工程发射货运飞船的需要,也能参与主战场LEO和SSO有效载荷的发射;研制成功后能为中型运载火箭其它构型的发展奠定良好的基础。

    ②在中型运载火箭的可能构型中,利用CZ-7的一级和现有CZ-3A系列的三级组合的两级无助推器构型CZ-720 (HO),以及在CZ-720 (HO)基础上捆绑固体助推器的构型CZ-722S (HO),可满足未来大部分SSO轨道卫星的发射需要;这两型火箭能同时适应在酒泉太原海南卫星发射场发射,能兼顾LEO、SSO、GEO三种轨道的发射,具有适应性强继承性好扩展性好的特点,应优先考虑该构型的发展。

    长征七号优先发展型号表2 长征七号优先发展型号表2

    ③对于发射GEO有效载荷的火箭选择,在CZ-7基础上增加CZ-3A系列的三子级的构型CZ-734GEO运载能力可达7吨,基本能满足GEO现有平台和未来新平台标准型的要求,应优先考虑该构型的发展;在CZ-734的基础上去掉两个助推器的CZ-732的CEO运载能力约4.5吨,结合未来GEO卫星的实际需求适时考虑该构型的发展。

    综上所述,中型运载火箭优先发展的4个构型包括:CZ-7、CZ-720 (HO)、CZ-722S (HO)以及CZ-734以上4个主要构型形成了一个运载能力覆盖较为全面的中型运载火箭系列,中型运载火箭运载能力覆盖情况,LEO轨道运载能力覆盖5.5-7.5-13.5吨; SSO轨道运载能力覆盖2.9-4.4-5.5吨; GTO轨道运载能力覆盖1.5-2.4-4.5-7.0吨。  

    基本参数/长征七号运载火箭 编辑

    动力系统/长征七号运载火箭 编辑

    YF-100

    长征七号四个助推器,每个使用一台YF-100液氧煤油发动机(单摆);火箭芯一级使用两台YF-100液氧煤油发动机(双摆)。

    性能参数

    YF-100 YF-100

    YF-100采用分级燃烧循环,富氧预燃。

    地面推力:1199.19千牛 (122.3吨)

    地面比冲:2942.0米/秒(300秒)

    真空推力:1339.48千牛 (136.7吨)

    真空比冲:3286.2米/秒(335秒)

    液氧流量:296.39千克/秒

    煤油流量:113.31千克/秒

    总流量:409.70千克/秒

    混合比:2.6

    喷口面积:1.406平方米

    喷口直径:1.338米

    喷管面积比:35

    推力调节:65%~100%

    长度:3米

    干重:1.9吨

    助推器试车(167秒):第一次(于2013年11月13日完成),第二次(于2013年12月17日完成)

    芯一级试车(188秒):第一次(于2014年4月19日完成),第二次(于2014年6月16日完成)    

    YF-115

    长征七号火箭芯二级由四台YF-115   发动机组成,其中两台不摆动,两台双摆。

    性能参数:

    YF115 YF115

    分级燃烧循环,富氧预燃。

    地面推力:150千牛(15.3吨)

    真空推力:180千牛(18.37吨)

    真空比冲:3349米/秒(342秒)

    燃烧室压力:12Mpa

    混合比:2.5

    喷管出口直径:946mm

    高度:2325mm

    喷管面积比:88

    推力调节范围:80%至100%

    混合比调节范围:±8%

    循环方式:补燃循环

    研制时间:2002年至2014年

    芯二级试车:第一次(于2014年8月29日完成)        

    发射设备/长征七号运载火箭 编辑

    发射场

    发射场设施设备照片 发射场设施设备照片

    文昌卫星发射场于2009年9月14日开工建设,在这之前文昌市政府联合相关单位专门成立了“文昌航天发射 场”办公室,征用了16000亩土地用于发射场的建设,市区距离发射场只有30来公里。  

    文昌新建航天发射场有“五大理由”:一是地理位置优越;二是大型运载火箭可以海上运输;三是沿海与内陆相结合;四是高低纬度相结合;五是各种射向范围相结合。  

    发射工位

    文昌发射场建有两个发射工位,长征五号使用的是101工位,长征七号使用的则是201工位。  

    发射平台

    长征七号发射平台由中国航天科技集团公司一院15所和519厂安装调试,“长七”发射平台主体结构长26米,宽23米,高8.7米。  

    研制团队/长征七号运载火箭 编辑

    设计团队

    设计人员 设计人员

    总设计师:范瑞祥  

    副总设计师:程堂明  

    副总设计师:刘站国(负责动力)

    总体主任设计师:陈风雨  

    总体主任设计师:马忠辉

    发射平台主管设计师:黎定仕

    设计人员:扈晓斌、李彩霞  

    飞行轨道设计师:马英

    管理团队

    王小军 王小军

    总指挥:王小军

    副总指挥:张涛

    动力系统前端指挥:魏一  

    动力系统后端指挥:邓新宇  

    研制进度/长征七号运载火箭 编辑

    发射任务/长征七号运载火箭 编辑

    发射列表

    注释:

    ①级箭分离时轨道参数:200 × 394km× 42.8°  

    ②船箭分离时轨道参数:200.033 × 383.375km × 42.808°  

    首飞任务

    发射入轨

    长征七号首飞成功 长征七号首飞成功

    2016年6月25日20时00分00秒,我国新一代运载火箭长征七号 在海南文昌航天发射场点火,20时00分07秒413毫秒,火箭起飞升空。火箭升空约603秒后,载荷组合体与火箭成功分离,进入近地点200千米、远地点394千米的椭圆轨道,长征七号运载火箭首次发射圆满成功。这是长征系列运载火箭的第230次飞行。    

    20时38分,遨龙一号与组合体分离。21时42分,由西工大师生设计的小卫星“翱翔之星”成功与“摆渡车”分离,成功进入预定的350千米近地轨道。  

    搭载6项7个载荷

    长七首飞任务轨道图 长七首飞任务轨道图

    长征七号运载火箭首次飞行任务,是我国新一代中型运载火箭的首次研制性飞行试验。为充分发挥长征七号运载火箭首飞的综合效益,综合统筹有关需求,长征七号搭载了远征1A上面级、多用途飞船缩比返回舱、遨龙一号空间碎片主动清理飞行器、天鸽飞行器(2个)、在轨加注实验装置和翱翔之星立方星等6项7个载荷。

    远征1A上面级:本身也是一种航天器,具有独立自主飞行、多次启动、长时间在轨等特点,由长征七号运载火箭发射进入地球轨道后,能将其他有效载荷从某一轨道送入其他轨道或空间位置。远征1A的主要任务是:验证多次启动、长时间在轨飞行等技术,并作为其它载荷的搭载平台,按程序将遨龙一号、翱翔之星、天鸽飞行器分别“摆渡”到不同的预定轨道,开展相关在轨试验。

    长征七号运载火箭 长征七号运载火箭

    多用途飞船缩比返回舱(以下简称返回舱):多用途飞船缩比返回舱高约2.3米,最大外径2.6米,总质量约2600千克,采用返回舱加过渡段的两舱构型,外形为全新的倒锥形,由长征七号搭载升空后在轨飞行时间约20小时。试验的主要任务是:获取返回舱飞行气动力和气动热数据,验证可拆卸防热结构设计、新型轻量化金属材料制造等关键技术,并开展黑障通信技术试验,为后续新型载人飞船的论证设计和关键技术攻关奠定基础。  

    遨龙一号——空间碎片主动清理飞行器:将在前期技术研究和地面试验的基础上,以模拟的空间碎片为目标,验证碎片清除关键技术,任务结束后进行钝化处理。

    长征七号运载火箭 长征七号运载火箭

    天鸽飞行器:此次搭载2个天鸽飞行器,将开展在轨信息中继技术试验,也可以作为信息中转站,进行天地信息传输。

    在轨加注实验装置:其作用类似于“空中加油机”,用于在空间轨道上为卫星、空间站等航天器进行气、液补给,延长航天器的工作寿命。在轨加注实验装置与远征1A上面级不分离,试验任务结束后再入大气层烧毁。

    翱翔之星立方星:采用标准立方星理念设计,是由西北工业大学研究生及青年教师参与研制的世界首颗12U立方星,质量33千克,在轨工作寿命1年,将开展地球重力场测量、空间抗辐射实验以及自然偏振光导航技术验证等一系列创新实验。  

    返回舱成功返回

    返回舱成功返回并回收 返回舱成功返回并回收

    2016年6月26日15时04分许,长征七号搭载的上面级和 返回舱组合体在飞行第13圈后,远征1A上面级开始第三次点火返回制动,返回舱与上面级顺利进入预定的返回轨道。随后,上面级调整姿态使返回舱呈现与水平面约50多度的返回姿态。15时17分许,在距地面约170公里的太空中返回舱与上面级与分离。

    级返分离后,上面级按预设程序开始第四次点火轨道制动,抬升至安全运行轨道。随后,着陆场系统的测控设备开始对返回舱实施测控跟踪,在经历再入大气层、通过黑障等阶段后,在距地面20多公里高空,返回舱打开稳定伞并稳定姿态。紧接着,返回舱脱掉稳定伞,弹出伞舱盖,打开了减速伞,主降落伞在减速伞的拖拉下成功打开。

    15点41分,返回舱成功着陆在内蒙古巴丹吉林沙漠腹地的东风着陆场西南戈壁区,外观良好,状态正常。  

    23时,返回舱检查回收完毕,安全转运至酒泉卫星发射中心。  

    多用途飞船缩比返回舱的成功回收,为后续新型载人飞船的论证设计和关键技术攻关奠定了重要基础,标志着我国长征七号运载火箭首飞任务既定目标全部实现。  

    媒体报道/长征七号运载火箭 编辑

    美联社北京6月26日报道,太空计划当局说,这一飞船返回舱在广阔的内蒙古草原上着陆,使得中国可以如期在今年(2016年)晚些时候把第二个空间站送入轨道。

    新研发的长征七号火箭昨天成功发射,被视作在使用更安全和更环保的燃料方面取得了突破。

    德国《法兰克福汇报》网站6月26日报道,据中国官方媒体报道,长征七号火箭从位于海南省的文昌航天发射场点火升空。该运载火箭将绕地飞行13圈,其搭载的飞船返回舱定于周日在内蒙古的沙漠中着陆。

    长征七号运载火箭将成为中国卫星计划的主力运载火箭。其运载能力达13.5吨,是原有运载火箭的1.5倍。

    埃菲社6月25日报道,中国25日成功发射了可用作该国未来空间站太空舱运输工具的长征七号火箭。长征七号火箭总长53米,重达597吨,火箭燃料由液氧和煤油混合构成,比此前使用的燃料更清洁。中国科学家花费了8年时间研制该火箭,在其设计和制造过程中还使用了3D技术。  

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