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  • 长征三号运载火箭

    长征三号是以“长征二号丙”为原型加氢氧第三级组成的三级运载火箭。由中国运载火箭技术研究院负责总设计和研制第三级,第一、第二级由上海航天局承制,全箭总长44.56 m,起飞质量202 t,起飞推力2.8×106 N,第三级氢氧发动机在高空失重条件下二次启动.其同步转移轨道推力为1.4×104N。1984年1月29日首次发射,由于第三级发动机二次启动不正常,卫星进入近地轨道运行.经过70个昼夜的奋斗,4月8日再发射,获得圆满成功。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名称: 长征三号运载火箭 制造国家: 中华人民共和国
    高度: 43.25米(142英尺) 直径: 3.35米(11英尺)
    质量: 204000公斤 级数: 三级
    用途: 不可重复使用之运载火箭 发射场: 西昌卫星发射中心三号发射工位
    总发射次数: 13次 成功次数: 10次
    失败次数: 2次 部分失败次数: 1次
    首次发射: 1984年1月29日 现况: 退役
    制造商: 中国运载火箭技术研究院(CALT)

    目录

    基本简介/长征三号运载火箭 编辑

    (图)长征三号运载火箭“长征三号”实体运载火箭
    长征三号是在长征二号的基础上发展起来的三级火箭。长征三号充分继承了已有长征火箭的成熟技术,它的一、二级发动机采用长征二号丙的一、二级发动机,三级则采用世界上最先进的液氢/液氧发动机。该火箭全长44.86米,芯级最大直径3.35米,可以把1600千克的有效载荷直接送入地球同步转移轨道。1984年1月29日首次发射因第三级二次启动后未能正常工作而未进入转移轨道,仅进行了通信试验,或基本成功。截止到1997年共发射12次,其中失败2次。火箭主要用于发射我国的东方红2号和东方红2号甲等地球同步轨道通信卫星。该火箭曾于1990年4月7日首次成功地将美国休斯公司制造的亚洲1号卫星送入地球同步转移轨道,标志着我国航天开始进入国际航天发射市场。[1]

    长征三号系列运载火箭由长征三号长征三号A长征三号B长征三号C4种火箭组成。它们都是由中国运载火箭技术研究院研制的。它们区别于长征二号系列的特点是:1)都是三级火箭;2)三子级使用液氧和液氢作为推进剂;3)三子级的发动机可以多次起动;4)可以直接将有效载荷送入地球同步转移轨道。

    (图)长征三号运载火箭

    长征三号运载火箭(CZ-3)是一枚三级液体运载火箭,其一、二子级基本上与长征二号丙运载火箭的一、二子级一致,三子级采用了具有高空二次启动能力的液氢液氧发动机。长征三号运载火箭的研制成功使中国成为世界上第四个具有地球同步卫星发射能力的国家。
    长征三号运载火箭主要用于发射地球同步轨道有效载荷,其GTO运载能力为1.45吨,全箭起飞质量204吨,全长44.56米,一、二子级直径3.35米、三子级直径2.25米,卫星整流罩最大直径3.0米。它的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、分离系统以及辅助系统等组成。
    长征三号运载火箭在1984年4月首次飞行成功地将东方红二号试验通信卫星送入预定地球同步转移轨道。在1990年4月首次执行外星发射服务合同,成功发射了亚洲一号卫星。在此之后,长征三号运载火箭成功地发射了包括亚太一号卫星亚太一号甲卫星风云二号卫星等在内多颗国内外卫星。

    主要技术参数/长征三号运载火箭 编辑

    (图)长征三号运载火箭长征三号甲运载火箭

    一子级  二子级  三子级 
    推进剂  N2O4/UDMH N2O4/UDMH LH2/LOX
    发动机型号 YF-21B YF-24D
    YF-73
    推力 (kN)  2962 742.04 (主机)
    46.09(游动发动机)
    44.43 
    发动机比冲 (N*s/kg) 2550 2922.4 (主机)
    2761.6 (游动发动机) 4119
    箭体直径 3.35 m 3.35 m 2.25 m
    箭体长度 20.588 m  7.520 m  9.689 m 
    整流罩直径 3.0 m 
    整流罩长度  6.540 m 
    火箭全长 44.56 m 
    起飞质量 204 ton

    总体布局/长征三号运载火箭 编辑

    (图)长征三号运载火箭长征三号运载火箭

    长征三号是一种三级液体火箭,由一子级、二子级、三子级和卫星整流罩等箭体结构及箭上的推进系统、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等组成。
    箭体结构一方面承受载荷,一方面又起着支承各个系统的作用,将它们连成一个整体。控制系统、遥测系统和外测安全系统的仪器主要安装在仪器舱内,也有少部分仪器根据需要分布于尾段或箱间段。
    为了减轻贮箱的结构质量,简化推进剂输送管道和尽可能提高液氢使用的安全性,三子级推进剂贮箱的配置与一、二子级的不同,将燃料箱安排在氧化剂箱的上面。
    一、二级之间的分离采用热分离方式,一级发动机关闭之前二级发动机就开始起动,然后再令一、二级之间的连接爆炸螺栓起爆,在二级发动机推力的作用下实现分离。二级飞行末期,在主发动机已经关闭,而游动发动机仍在工作的情况下,卫星整流罩被抛掉,然后游动发动机关闭,连接二、三级箭体的爆炸螺栓和安装在级间段上的8台固体反推火箭同时点燃,在反向推力的作用下,二子级被推离三级。星箭分离有两种方式,可以采用反推火箭,也可以采用分离弹簧。发射国内卫星时,包带解锁后,安装在三子级后短壳上的反推火箭点火,使三子级减速,实现分离,分离过程中卫星不受分离力的影响。发射外国卫星时,应用户要求,采用了分离弹簧。包带解锁后,分离弹簧的约束同时解除,弹簧力使卫星加速,同时使三子级减速,实现分离。

    结构描述/长征三号运载火箭 编辑

    一子级

    (图)长征三号甲运载火箭成功升空
长征三号甲运载火箭成功升空
    一子级长20.588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YF-21B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YF-21B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
    二子级长7.520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YF-24D型发动机,它是由主发动机和带四个小喷管、推力为4.8吨的游动发动机组成的。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9.689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-73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。
    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。长征三号运载火箭整流罩长6.540米,最大外直径3.0米,其静包络最大直径为2.7米。 星箭对接长征三号甲火箭可以标准的937B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。请参见长征三号火箭结构图。

    运载能力/长征三号运载火箭 编辑

     长征三号火箭的标准地球同步转移轨道(GTO)运载能力为1.5吨。

    飞行时序/长征三号运载火箭 编辑

    任务描述长征三号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,然后三子级进行滑行段飞行,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。 典型飞行时序事 件 飞行时间(秒) 起飞 0.00 程序转弯 8.00 一级/二级分离 127.89 整流罩分离 259.25 二级/三级分离 263.25 三级第一次关机,滑行段开始 688.88 滑行段结束,三级第二次点火 935.70 三级第二次关机,末速修正开始 1253.71 末速修正结束,调姿段开始 1261.71 星/箭进入转移轨道,起旋火箭点火 1291.71 起旋火箭关机 1292.21 星/箭分离 1292.71 6

    制导控制系统/长征三号运载火箭 编辑

    长征三号的制导和控制系统由制导系统和姿态控制系统组成。
    1.制导系统

    (图)长征三号运载火箭长征三号运载火箭

    制导系统采用平台-计算机方案,其任务是发出各级关机(起动)指令,并在二、三级飞行期间进行法向、横向导引计算,将结果输往姿态控制系统。为了满足各级飞行的特定要求,采用了不同的制导方法:第一级采用射程关机,以控制残骸落点;第二级和第三级第一飞行段均采用速度关机;第三级第二次起动采用绝对定时起动,以控制幅角;第三级第二次关机采用半长轴关机,以控制半长轴的偏差;末速修正段采用视速度增量关机。
     当火箭的正常关机出现故障时,采用下列保护措施:第一级用耗尽关机;第二级采用判别 X向加速度计输出脉冲个数进行关机;第三级第一飞行段采用定时关机;第三级第二飞行段采用判别Y向加速度脉冲个数进行关机;末速修正段采用定时关机。

    2.姿态控制系统
    姿态控制系统采用平台速率陀螺网络、摇摆发动机控制方案,由三轴稳定平台、速率陀螺、变换放大器、开关放大器和伺服机构等组成(图 9)。在第三级第一次工作段和第二次工作段由伺服机构带动发动机摇摆,实现姿态控制,而在滑行段则由开关放大器控制无水肼喷管的工作,实现姿态控制。

    (图)长征三号运载火箭长征三号运载火箭

    三轴稳定平台感应箭体姿态角和由弹性振动引起的附加姿态角,俯仰通道还接受由计算机发出的俯仰程序指令。平台的输出信号是1000赫兹交流信号,其幅值表示姿态角偏差的大小,相位表示姿态角的极性。
    速率陀螺感应箭体姿态角速度和因箭体弹性振动引起的附加姿态角速度,输出信号也是 1000赫兹交流信号。在一级俯仰、偏航、滚动通道和二级俯仰、偏航通道各用一个速率陀螺。
    变换放大器由检波器、校正网络和综合放大器组成。检波器将平台和速率陀螺输来的交流信号解调为直流信号,送至校正网络进行整形和滤波,最后送至综合放大器进行放大。
    伺服机构是姿态控制系统的执行元件。它带动发动机偏摆,以产生控制力矩。
    图10示出了二、三子级的伺服机构。一子级伺服机构的不同之处在于反馈电位计前面无传动机构。
    开关放大器由检波器、网络和开关控制器组成。平台输入的信号经检波、放大,使开关控制器输出控制电流来控制电磁阀门的开闭,令相应的喷管工作。

    发射场操作/长征三号运载火箭 编辑

    长征三号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。 

    发展历程/长征三号运载火箭 编辑

    火箭起源于中国,是我国古代的重大发明之一,早在宋代就发明了火箭,在十三世纪以前,中国的火箭技术在世界上遥遥领先,火箭是热机的一种,工作时燃料的化学能最终转化成火箭机械能.现代火箭用来发射探测仪器,以及人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等空间的飞行器.目前各种型号的中国火箭有:

    1、长征一号是我国第一枚三级运载火箭.它以两级液体火箭为基础,加固体第三级.固体发动机由固体发动机研究院研制.全箭由中国运载火箭技术研究院技术抓总.箭长29.46m,最大直径2.25m,起飞质量81.5t,起动推力达106 N.二、三级有转接锥壳相连.第三级与第二级完全分离后,起旋火箭点火,使第三级在空中自由起旋.整流罩用水平抛脱.长征一号火箭具有将300 kg的卫星射入倾角为70°、高为440km的圆轨道的运载能力.

    1970年4月24日,“长征一号”运载火箭在酒泉发射中心首次发射我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”,再次发射把实践一号科学实验卫星送入轨道. “长征一号”的改型,“长征一号丁”,在原一二级基础上,更换三级固体发动机,将使其近地轨道的运载能力达到700kg~750kg.

    (图)
中国中国"长征三号"系列运载火箭...

    2、长征二号两级液体运载火箭,全箭长约32m,最大直径3.35m,起飞质量190 t,一级装有4台发动机,地面推力为2.8×106 N,二级主发动机真空推力7.3×105 N,还有4个可以遥控的游动发动机(总推力4.7×104N),能将1.8 t的有效载荷送入近地轨道,1974年11月首次发射,由于一根导线有暗伤,导致飞行试验失败.1975年11月发射返回式遥感卫星准确入轨.接着,又发射两次,均获成功.

    随着卫星对火箭运载能力要求的提高,“长征二号”火箭也作了相应的技术状态的修改,使技术性能和运载能力均有所改进和提高.近地轨道运载能力达到2.5 t左右,命名为“长征二号丙”,多次发射均获得成功.发射表明:“长征二号丙”设计方案正确,性能稳定,质量可靠,获得国内外同行的好评.

    3、长征二号E即长征二号捆绑火箭,中国运载火箭技术研究院研制的第一枚推力捆绑式(也叫集束式)运载火箭,它是以经过改进的“长征二号丙”火箭作芯级(一级加长4.6 m,二级加长5.2 m)第一级箭体上并联4个长15.3 m,直径2.25 m的液体助推火箭.上面级和卫星都装在直径4.2 m,高10.5 m的整流罩内,全箭长49.7 m,芯级直径3.35 m,芯级一级发动机4机关联,加上4枚助推火箭,总推力为6×106N,可把8.8 t有效载荷送入200 km的圆轨道,1988年底获准研制,只用了18个月的时间,实现了预定目标.1990年7月16日首次发射,一举成功,把一颗巴基斯坦的科学试验卫星和一模拟有效载荷准确送入轨道.用如此短的周期,研制成功一个新型大推力运载火箭,这在我国是史无前例的,在世界航天史上也属罕见,它为我国发展载人航天技术和满足国际卫星发射服务市场的需要奠定了基础.1992年为澳大利亚发射两颗美制第二代通信卫星.

    这种火箭,如配以中国的固体推进剂的上面级可将3 t的有效载荷送入同步转移轨道;如配以液氢液氧推进剂上面级,构成“长征二号E/HO”,其同步轨移轨道的运载能力将达到4.8t.

    4、长征三号是以“长征二号丙”为原型加氢氧第三级组成的三级运载火箭.由中国运载火箭技术研究院负责总设计和研制第三级,第一、第二级由上海航天局承制,全箭总长44.56 m,起飞质量202 t,起飞推力2.8×106 N,第三级氢氧发动机在高空失重条件下二次启动.其同步转移轨道推力为1.4×104N.1984年1月29日首次发射,由于第三级发动机二次启动不正常,卫星进入近地轨道运行.经过70个昼夜的奋斗,4月8日再发射,获得圆满成功.

    (图)发射瞬间发射瞬间

    1990年4月7日,“长征三号”为香港卫星通信有限公司成功地发射了亚洲一号通信卫星,标志着中国的长征系列运载火箭开始步入国际卫星发射服务市场.

    5、“长征三号甲”“长征三号甲”是为发射新一代通信广播卫星而研制的新型运载火箭.它在“长征二号”运载火箭的基础上,采用了多项先进技术,同步转移运载能力由原来的1.4 t提高到2.5 t,它是一种大型三级液体火箭,全长52.5 m,直径和整流罩均超过长征三号,起飞质量241 t,起飞推力3×106? N,火箭质量近40 t,自1986年2月开始研制,重大技术有30多项,其中火箭的三级推力氢氧发动机,冷氦加温增压系统,动调陀螺四轴平台,低温氢气能源双向摇摆伺服机构等4项技术已属世界一流.我国航天科技工作者倾注8年心血研制的这种运载火箭,至今发射3次,均获成功,巍巍长箭涉三关,在我国航天史上写下一页新的篇章.

    6、长征三号乙我国自行研制、目前运载能力最大的新型捆绑式运载火箭“长征三号乙”于1997年8月20日凌晨从西昌卫星发射中心成功地将菲律宾卫星送入轨道,这表明长征系列运载火箭具备了能把5 000 kg有效载荷送入高轨道的能力.这是长征火箭第46次成功发射,也是中国长城工业总公司第12次执行商业发射服务合同.

    马部海卫星是美国劳拉空间系统公司在fs1300平台的基础上设计的三轴稳定地球同步通信卫星,它共有30个C波段转发器和24个KU波段转发器,能向菲律宾中国东南亚地区提供语言、图像和数据传输等通信服务.马部海卫星是亚洲地区功率最大的通信卫星,其最大分离质量约3770kg,在轨道寿命超过12年.它将定点在东经144暗某嗟郎峡 .1997年10月17日凌晨3点13分,长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心又一次发射升空,将亚太二号R通信卫星成功送入预定轨道,远地点47 922 km近地点201 km,倾角24.4o,卫星质量3 700 kg,此次发射是长征系列运载火箭是48次发射.

    (图)长征三号运载火箭长征三号甲运载火箭

    7、风暴一号是两级运载火箭.由上海航天局研制,火箭长32.6 m,直径3.35 m,起飞推力2.8×106 N,起飞质量191 t,推进剂为四氧化二氮和偏二甲肼.一级发动机由四台可切向摇摆的游动发动机组成,二级发动机由一台主发动机和四台可切向摇摆的游动发动机组成.制导系统采用平台一计算机全惯性系统,姿态控制采用有源网络校正装置,贮箱采用主强度铝合金材料,采用自然增压方案.“风暴一号”可把1 500 kg的有效载荷送入近地轨道.

    为了提高运载能力,采用了大幅度减轻结构重量,降低发动机混合比偏差,一级采用耗尽关机.二级主发动开机后采用游动发动机小推力飞行入轨等措施.为了提高轨道精度,采用了速度导引有机结合的制导方法,为了用一枚火箭发射三颗卫星,攻克了结构动力学和多星分离运动学的技术关键.

    1975年以来,“风暴一号”先后发射了六颗卫星.它们是三颗科学技术实验卫星和1981年9月20日用一枚“风暴一号”运载火箭成功发射的三颗卫星.

    8、长征四号是一种多用途三级常温推进剂运载火箭,具有性能优良,结构可靠,成本低廉,发射场通用,使用方便等特点,由上海航天局研制.

    长征系列运载火箭/长征三号运载火箭 编辑

    长征一号运载火箭
    长征二号运载火箭
    长征三号运载火箭
    长征四号运载火箭
    长征五号运载火箭

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    参考资料
    [1]^引用日期:2012-06-24
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