长征2F用于商业发射?

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/26 08:12:33
长征2F和长征2E的运载能力基本一样。但长征2F在长征2E的基础上,大大提高了火箭的可靠性,并增加了故障检测处理和逃逸系统。长征2F为两级火箭,起飞重量479.7吨,是我国最高、最重的运载火箭,能把8吨重的飞船送入200~350千米高的轨道,可靠性从长征2E的91%提高到97%,航天员的安全性达99.7%,从而在功能、性能、可靠性和安全性方面全部达到了载人运载火箭的要求。

新增加的故障检测处理系统有两个主要任务:一是检测火箭的重要参数,判断火箭故障,出现故障时向有关系统发出逃逸指令和中止飞行指令;二是航天员逃逸时完成逃逸飞行器的时序控制和火工品配电。
新增加的逃逸系统的任务是当运载火箭在抛弃整流罩前发生重大危险,威胁到航天员的生命安全时,能使航天员脱离危险区,并为航天员的返回着陆提供必要的条件。在逃逸系统的工作范围(起飞至整流罩分离)内,逃逸模式分为两种,即有塔逃逸模式(模式1)和无塔逃逸模式(模式2)。模式1适于火箭飞行0~120秒期间,模式2适于飞行120~200.87秒期间。

在火箭飞行过程中,当逃逸系统接到来自故障检测处理器或者地面发出的逃逸指令时,会迅速将飞船返回舱和轨道舱带离危险区,并利用飞船的返回着陆系统完成逃逸救生任务。

为保证航天员的安全,长征2F火箭的外测安全系统取消了姿态失控自毁功能,提供了地面遥控逃逸指令上行通道。
为保证火箭飞行稳定性、赢得逃逸时间和提高逃逸成功率,火箭增加了尾翼,安装在助推器的尾段。

长征2F火箭的发射场在酒泉卫星发射中心,采用了在总装厂房垂直总装测试、船箭组合体在活动发射平台上垂直整体运输、在测试发射楼对发射塔架上的火箭进行远距离测试和发射控制的方式。由于其稳定性、可靠性已超过普通商用卫星运载火箭,因此长征2F火箭也能以高可靠性在商业卫星发射市场上占有一定份额。

以长征2F为基础进行适应性修改(助推器加长,每个助推器增加1台发动机,助推器和芯级一起分离)就可以将近地轨道运载能力提高到11.2吨。通过助推器和上面级的组合可适应不同有效载荷的需要。经过适当修改,长征2F火箭还可用于开展月球探测或星际探索任务。研制高可靠性运载火箭的经验和技术将为研制下一代高可靠性火箭奠定坚实的基础。


3、长征3号系列

长征3号系列包括长征3、长征3A和长征3B这3个型号,主要任务是将质量较大的有效载荷直接送入静地转移轨道,是目前我国发射国内外静地卫星的主力火箭。马部海、亚太2R、中卫1和鑫诺1等卫星都是由长征3B送上太空的。

在长征系列运载火箭中,长征3号系列可谓"帅哥",因为它身体修长,体态优美。它们的特点是:(1)均为三级液体火箭,且第三级均采用液氧/液氢作推进剂,第三级贮箱都是低温共底贮箱;(2)第三级发动机可以多次启动;(3)可直接将有效载荷送入静地转移轨道,可谓登高英雄。

液氧/液氢是目前火箭上使用的性能最好的化学推进剂,但只有少数国家掌握。液氧和液氢均是超低温液体,在1个大气压下,沸点分别是-183和-253摄氏度,为此必须对推进剂贮箱和输送导管进行绝热,以免箭上其他系统在超低温环境下无法工作和推进剂大量蒸发造成损失。即使如此,在发射准备过程中,箭上的液氧和液氢仍会蒸发掉一部分,所以在临发射时还要进行补充加注。氢的分子量小,粘度低,极易泄漏,且与空气中的氧混合后极易爆炸,因而在火箭上采用了严格的密封和吹除措施。为了增大火箭的运载能力,长征3号系列在第三级上都采用了共底贮箱,即液氢箱的下底就是液氧箱的上底,以求尽量减轻结构质量。液氢的温度足以使液氧冻成固态氧,这就要求两个贮箱的交界处不仅要有足够的强度,不允许有任何渗漏,还应有良好的绝热性能。

长征3和长征3A装有不同的氢氧发动机,但它们都可作多次启动,从而有助于飞行轨道的转换,也有利于提高有效载荷入轨精度。在发动机关闭期间,发动机无法控制火箭的飞行姿态,因此采用了单元肼类推进剂姿态控制发动机,由其提供控制力,控制火箭在滑行段的飞行姿态。

长征3号系列火箭能直接将有效载荷送入静地转移轨道,因而它们在执行不同的运载任务时,无需改变火箭的状态,有较强的适应能力。

长征3A的一、二子级基本上与长征3的一、二子级相同,只是结构尺寸有某些改变,如尾翼加大、贮箱增长等。三子级则是新研制的,采用了许多先进技术,如数字化小型控制系统、四框架挠性平台、大推力氢氧发动机、冷氦增压系统、推进剂利用系统和用氢气气动机作动力的双向摆动伺服机构等。

长征3B是目前我国运载能力最大的火箭,也是具有当今世界一流技术水平的商用大型运载火箭。它的芯级是经过修改设计的长征3A,芯级一子级捆绑了4台液体助推器。

在长征3B的前身长征3A还处于攻克技术难关的研制阶段时,长征3B就被推向了国际市场。经过与西方航天大国多种名牌火箭的激烈竞争,1992年4月24日,长征3B终于赢得了第一份外星发射服务合同,规定在1995年底,用其发射国际通信卫星组织的一颗卫星。据此,1993年2月1日,长征3B火箭被正式立项研制。经过3年努力,1996年2月15日进行了首次飞行,可惜由于一个电子器件功能失效使惯性基准失稳,导致飞行任务失败。又经过一年半的艰苦努力,1997年8月20日,长征3B第二次飞行获得成功。到1998年7月18日止,长征3B已将4颗西方制造的大型通信卫星送入了预定轨道。

长征3B是捆绑式三级液体大型运载火箭。全箭起飞质量426吨,起飞推力近6000千牛,全长55.638米,第一、二级箭体直径3.35米,第三级直径3米,4台助推器直径约2.25米。卫星整流罩最大直径4.2米,最长9.777米,头部采用双锥加半圆头方案,圆柱段直径4.2米,与第三级箭体(或仪器舱)过渡采用倒锥段。它的标准静地转移轨道(倾角28.5度,近地点200千米,远地点35786千米)运载能力为5.1吨。典型发射工位为西昌发射场2号工位。
长征3B也可以发射超静止转移轨道卫星,如马部海、亚太2R和中卫1号就被送入了这种轨道。这时的入轨精度会有所降低。

从技术角度看,长征3B有以下主要特点:

(1)技术新。由于设计目标高,为满足火箭的总体技术性能,在设计与生产过程中采用了大量的新技术,其中重大或比较重大的共113项,属于重要技术创新点的有22项,属于重大关键技术的有4项。

(2)难度大。火箭的长细比高达16.6,列世界大型火箭第二位,使姿态控制系统的设计难度很大。冷氦增压与螺旋管束式大喷管成型焊接等技术均属当今世界航天领域难度较高的技术。

(3)运载能力强。长征3B的静地转移轨道运载能力设计值为5吨,实际已达5.1吨。这在当时世界上已投入商业发射使用的火箭中处于第二位。

(4)入轨精度高。其卫星入轨精度与欧洲的阿里安和美国的宇宙神等主要火箭相当,甚至略高,达到了国际一流水平。

(5)适应性好。长征3B既可以一箭单星发射,也可以一箭多星发射;既可以用于标准静地转移轨道发射,也可用于超静地转移轨道或低倾角静地转移轨道发射。它在飞行中还可以进行侧向变轨、多次起旋与消旋、调姿和定向等,能满足卫星用户的多种不同使用要求。

(6)经济性能好。精心的设计和周密的工程管理,使长征3B的研制经费与成本大为减少,在国际市场上有较强的竞争能力。

长征3B经过4次成功的应用发射,证明其设计方案正确,性能优良,产品质量趋于稳定。但作为一种有前途的商用火箭,还必须不断完善可靠性设计,严格生产过程的质量控制,以求不断提高火箭的可靠性。长征3B火箭具有良好的发展潜力,稍加改进设计即可派生出运载能力更大的火箭。例如,增加2台和现在完全相同的助推器,或将现有的4台助推器加长一倍,其余部分基本上不作变动,则可使标准静地转移轨道运载能力分别提高到6.5吨和7吨,形成系列大型火箭。这将会进一步增强其在国内外卫星发射市场上的竞争力。

4、长征4号系列

长征4号系列包括长征4A和长征4B两种火箭。它们都是三级液体火箭,各级都采用四氧化二氮和偏二甲肼作推进剂,主要任务是发射太阳同步轨道卫星,如"中巴地球资源卫星"1、风云1号极轨气象卫星和海洋1号等。


长征4B火箭在厂房中(CASC画册)

5、特点

我国长征系列运载火箭的经济性、入轨精度、有效载荷系数、运载能力和适应能力等均可认为属国际一流水平。以地球静止转移轨道发射为例,长征3B发射费用约为1.4万美元/千克。再以中等高度地球轨道(接近太阳同步轨道)发射为例,长征2C/SD的发射费用约为1.6万美元/千克。这在国际商业卫星发射市场上均属有竞争力的价格。长征系列火箭的14个型号有如下一些技术特点:

(1)这些型号既有串联的结构形式,又有并联的结构形式。前者如长征1、2、3和4等,后者如长征2E、2F、3B和3C。
(2)它们使用的既有液体推进剂,又有固体推进剂,液体推进剂中又分常温可贮存(如长征2和4等)和低温高能易挥发(长征3号系列)两类。
(3)所用上面级发动机既有一次启动的(如长征1、长征2和4),又有可两次启动的(如长征3号系列)。
(4)既可一箭单星发射,也可一箭多星发射。例如长征2C、2C/SD和3A均有一箭双星发射的记录,长征4A有一箭三星发射的记录,长征2E和长征3B等也具有一箭多星发射能力。
(5)具有三波道大姿态角运动双偏差交连解耦控制功能(如长征3A、3B和3C),对控制系统进行了单机、子系统以至系统级冗余设计(如长征2F和3A等)。
(6)既有惯性平台制导系统(如长征2、3和4),也有捷联惯性制导系统(如长征1号)或两者混用的制导系统(如长征2C/FP和2F)。

6、未来前景

我国现已全面开展预先研究的新一代运载火箭,将按照"一个系列,两种发动机,三个模块"的思想进行设计,即以无毒无污染的1200千牛级液氧/煤油发动机和500千牛级液氧/液氢发动机为动力装置,通过直径为5米、3.35米和2.25米三个结构模块的组合,形成系列化型谱。新一代火箭的低轨道运载能力可覆盖1.5~25吨,静地转移轨道运载能力可覆盖1.5~14吨。它的研制可与2005年以后的卫星发射任务逐步衔接,并能满足未来国内外市场对火箭的需求,成为扩大国际商业发射服务市场份额的新生力量。

到2003年10月15日长征2F发射神舟5号载人飞船为止,长征系列运载火箭共进行了71发射,其中成功64次,成功率超过90%,达到了国际先进水平。尤其值得一提的是,自1996年10月以来,长征系列运载火箭已连续29次发射成功,充分展现了它的实力。□




(2003年第10期)长征2F和长征2E的运载能力基本一样。但长征2F在长征2E的基础上,大大提高了火箭的可靠性,并增加了故障检测处理和逃逸系统。长征2F为两级火箭,起飞重量479.7吨,是我国最高、最重的运载火箭,能把8吨重的飞船送入200~350千米高的轨道,可靠性从长征2E的91%提高到97%,航天员的安全性达99.7%,从而在功能、性能、可靠性和安全性方面全部达到了载人运载火箭的要求。

新增加的故障检测处理系统有两个主要任务:一是检测火箭的重要参数,判断火箭故障,出现故障时向有关系统发出逃逸指令和中止飞行指令;二是航天员逃逸时完成逃逸飞行器的时序控制和火工品配电。
新增加的逃逸系统的任务是当运载火箭在抛弃整流罩前发生重大危险,威胁到航天员的生命安全时,能使航天员脱离危险区,并为航天员的返回着陆提供必要的条件。在逃逸系统的工作范围(起飞至整流罩分离)内,逃逸模式分为两种,即有塔逃逸模式(模式1)和无塔逃逸模式(模式2)。模式1适于火箭飞行0~120秒期间,模式2适于飞行120~200.87秒期间。

在火箭飞行过程中,当逃逸系统接到来自故障检测处理器或者地面发出的逃逸指令时,会迅速将飞船返回舱和轨道舱带离危险区,并利用飞船的返回着陆系统完成逃逸救生任务。

为保证航天员的安全,长征2F火箭的外测安全系统取消了姿态失控自毁功能,提供了地面遥控逃逸指令上行通道。
为保证火箭飞行稳定性、赢得逃逸时间和提高逃逸成功率,火箭增加了尾翼,安装在助推器的尾段。

长征2F火箭的发射场在酒泉卫星发射中心,采用了在总装厂房垂直总装测试、船箭组合体在活动发射平台上垂直整体运输、在测试发射楼对发射塔架上的火箭进行远距离测试和发射控制的方式。由于其稳定性、可靠性已超过普通商用卫星运载火箭,因此长征2F火箭也能以高可靠性在商业卫星发射市场上占有一定份额。

以长征2F为基础进行适应性修改(助推器加长,每个助推器增加1台发动机,助推器和芯级一起分离)就可以将近地轨道运载能力提高到11.2吨。通过助推器和上面级的组合可适应不同有效载荷的需要。经过适当修改,长征2F火箭还可用于开展月球探测或星际探索任务。研制高可靠性运载火箭的经验和技术将为研制下一代高可靠性火箭奠定坚实的基础。


3、长征3号系列

长征3号系列包括长征3、长征3A和长征3B这3个型号,主要任务是将质量较大的有效载荷直接送入静地转移轨道,是目前我国发射国内外静地卫星的主力火箭。马部海、亚太2R、中卫1和鑫诺1等卫星都是由长征3B送上太空的。

在长征系列运载火箭中,长征3号系列可谓"帅哥",因为它身体修长,体态优美。它们的特点是:(1)均为三级液体火箭,且第三级均采用液氧/液氢作推进剂,第三级贮箱都是低温共底贮箱;(2)第三级发动机可以多次启动;(3)可直接将有效载荷送入静地转移轨道,可谓登高英雄。

液氧/液氢是目前火箭上使用的性能最好的化学推进剂,但只有少数国家掌握。液氧和液氢均是超低温液体,在1个大气压下,沸点分别是-183和-253摄氏度,为此必须对推进剂贮箱和输送导管进行绝热,以免箭上其他系统在超低温环境下无法工作和推进剂大量蒸发造成损失。即使如此,在发射准备过程中,箭上的液氧和液氢仍会蒸发掉一部分,所以在临发射时还要进行补充加注。氢的分子量小,粘度低,极易泄漏,且与空气中的氧混合后极易爆炸,因而在火箭上采用了严格的密封和吹除措施。为了增大火箭的运载能力,长征3号系列在第三级上都采用了共底贮箱,即液氢箱的下底就是液氧箱的上底,以求尽量减轻结构质量。液氢的温度足以使液氧冻成固态氧,这就要求两个贮箱的交界处不仅要有足够的强度,不允许有任何渗漏,还应有良好的绝热性能。

长征3和长征3A装有不同的氢氧发动机,但它们都可作多次启动,从而有助于飞行轨道的转换,也有利于提高有效载荷入轨精度。在发动机关闭期间,发动机无法控制火箭的飞行姿态,因此采用了单元肼类推进剂姿态控制发动机,由其提供控制力,控制火箭在滑行段的飞行姿态。

长征3号系列火箭能直接将有效载荷送入静地转移轨道,因而它们在执行不同的运载任务时,无需改变火箭的状态,有较强的适应能力。

长征3A的一、二子级基本上与长征3的一、二子级相同,只是结构尺寸有某些改变,如尾翼加大、贮箱增长等。三子级则是新研制的,采用了许多先进技术,如数字化小型控制系统、四框架挠性平台、大推力氢氧发动机、冷氦增压系统、推进剂利用系统和用氢气气动机作动力的双向摆动伺服机构等。

长征3B是目前我国运载能力最大的火箭,也是具有当今世界一流技术水平的商用大型运载火箭。它的芯级是经过修改设计的长征3A,芯级一子级捆绑了4台液体助推器。

在长征3B的前身长征3A还处于攻克技术难关的研制阶段时,长征3B就被推向了国际市场。经过与西方航天大国多种名牌火箭的激烈竞争,1992年4月24日,长征3B终于赢得了第一份外星发射服务合同,规定在1995年底,用其发射国际通信卫星组织的一颗卫星。据此,1993年2月1日,长征3B火箭被正式立项研制。经过3年努力,1996年2月15日进行了首次飞行,可惜由于一个电子器件功能失效使惯性基准失稳,导致飞行任务失败。又经过一年半的艰苦努力,1997年8月20日,长征3B第二次飞行获得成功。到1998年7月18日止,长征3B已将4颗西方制造的大型通信卫星送入了预定轨道。

长征3B是捆绑式三级液体大型运载火箭。全箭起飞质量426吨,起飞推力近6000千牛,全长55.638米,第一、二级箭体直径3.35米,第三级直径3米,4台助推器直径约2.25米。卫星整流罩最大直径4.2米,最长9.777米,头部采用双锥加半圆头方案,圆柱段直径4.2米,与第三级箭体(或仪器舱)过渡采用倒锥段。它的标准静地转移轨道(倾角28.5度,近地点200千米,远地点35786千米)运载能力为5.1吨。典型发射工位为西昌发射场2号工位。
长征3B也可以发射超静止转移轨道卫星,如马部海、亚太2R和中卫1号就被送入了这种轨道。这时的入轨精度会有所降低。

从技术角度看,长征3B有以下主要特点:

(1)技术新。由于设计目标高,为满足火箭的总体技术性能,在设计与生产过程中采用了大量的新技术,其中重大或比较重大的共113项,属于重要技术创新点的有22项,属于重大关键技术的有4项。

(2)难度大。火箭的长细比高达16.6,列世界大型火箭第二位,使姿态控制系统的设计难度很大。冷氦增压与螺旋管束式大喷管成型焊接等技术均属当今世界航天领域难度较高的技术。

(3)运载能力强。长征3B的静地转移轨道运载能力设计值为5吨,实际已达5.1吨。这在当时世界上已投入商业发射使用的火箭中处于第二位。

(4)入轨精度高。其卫星入轨精度与欧洲的阿里安和美国的宇宙神等主要火箭相当,甚至略高,达到了国际一流水平。

(5)适应性好。长征3B既可以一箭单星发射,也可以一箭多星发射;既可以用于标准静地转移轨道发射,也可用于超静地转移轨道或低倾角静地转移轨道发射。它在飞行中还可以进行侧向变轨、多次起旋与消旋、调姿和定向等,能满足卫星用户的多种不同使用要求。

(6)经济性能好。精心的设计和周密的工程管理,使长征3B的研制经费与成本大为减少,在国际市场上有较强的竞争能力。

长征3B经过4次成功的应用发射,证明其设计方案正确,性能优良,产品质量趋于稳定。但作为一种有前途的商用火箭,还必须不断完善可靠性设计,严格生产过程的质量控制,以求不断提高火箭的可靠性。长征3B火箭具有良好的发展潜力,稍加改进设计即可派生出运载能力更大的火箭。例如,增加2台和现在完全相同的助推器,或将现有的4台助推器加长一倍,其余部分基本上不作变动,则可使标准静地转移轨道运载能力分别提高到6.5吨和7吨,形成系列大型火箭。这将会进一步增强其在国内外卫星发射市场上的竞争力。

4、长征4号系列

长征4号系列包括长征4A和长征4B两种火箭。它们都是三级液体火箭,各级都采用四氧化二氮和偏二甲肼作推进剂,主要任务是发射太阳同步轨道卫星,如"中巴地球资源卫星"1、风云1号极轨气象卫星和海洋1号等。


长征4B火箭在厂房中(CASC画册)

5、特点

我国长征系列运载火箭的经济性、入轨精度、有效载荷系数、运载能力和适应能力等均可认为属国际一流水平。以地球静止转移轨道发射为例,长征3B发射费用约为1.4万美元/千克。再以中等高度地球轨道(接近太阳同步轨道)发射为例,长征2C/SD的发射费用约为1.6万美元/千克。这在国际商业卫星发射市场上均属有竞争力的价格。长征系列火箭的14个型号有如下一些技术特点:

(1)这些型号既有串联的结构形式,又有并联的结构形式。前者如长征1、2、3和4等,后者如长征2E、2F、3B和3C。
(2)它们使用的既有液体推进剂,又有固体推进剂,液体推进剂中又分常温可贮存(如长征2和4等)和低温高能易挥发(长征3号系列)两类。
(3)所用上面级发动机既有一次启动的(如长征1、长征2和4),又有可两次启动的(如长征3号系列)。
(4)既可一箭单星发射,也可一箭多星发射。例如长征2C、2C/SD和3A均有一箭双星发射的记录,长征4A有一箭三星发射的记录,长征2E和长征3B等也具有一箭多星发射能力。
(5)具有三波道大姿态角运动双偏差交连解耦控制功能(如长征3A、3B和3C),对控制系统进行了单机、子系统以至系统级冗余设计(如长征2F和3A等)。
(6)既有惯性平台制导系统(如长征2、3和4),也有捷联惯性制导系统(如长征1号)或两者混用的制导系统(如长征2C/FP和2F)。

6、未来前景

我国现已全面开展预先研究的新一代运载火箭,将按照"一个系列,两种发动机,三个模块"的思想进行设计,即以无毒无污染的1200千牛级液氧/煤油发动机和500千牛级液氧/液氢发动机为动力装置,通过直径为5米、3.35米和2.25米三个结构模块的组合,形成系列化型谱。新一代火箭的低轨道运载能力可覆盖1.5~25吨,静地转移轨道运载能力可覆盖1.5~14吨。它的研制可与2005年以后的卫星发射任务逐步衔接,并能满足未来国内外市场对火箭的需求,成为扩大国际商业发射服务市场份额的新生力量。

到2003年10月15日长征2F发射神舟5号载人飞船为止,长征系列运载火箭共进行了71发射,其中成功64次,成功率超过90%,达到了国际先进水平。尤其值得一提的是,自1996年10月以来,长征系列运载火箭已连续29次发射成功,充分展现了它的实力。□




(2003年第10期)
好啊,找点钱。