長征四號運載火箭

研製背景

1969年8月14日，國務院總理周恩來指示：上海不僅可以搞導彈，也可以搞火箭和衛星，還可以搞洲際導彈。根據周總理的指示精神，同年10月31日，中共中央、國務院、中央軍委向上海下達了“701工程”任務，任務中主要包括由上海抓總研製火箭和衛星。火箭命名為風暴一號。

1969年8月，風暴一號開始研製，曾研製過三種狀態的火箭，1982年停止使用。

1975年3月31日，中國將發展衛星通信工程正式列入國家計劃，並命名為“331工程”。

“331工程”以長征三號火箭為主，並由當時的上海航天局研製一型常溫推進劑三級運載火箭作為備份方案，命名為“新長征三號”。隨後更名為長征四號。研製過程中，上級明確要求長征四號還應承擔氣象衛星、技術試驗衛星、“資源”衛星等發射任務。

研製歷程

長征四號系列火箭

1979年，上海航天技術研究院在風暴一號的基礎上開始預先研製用於發射地球同步軌道衛星的三級常規液體運載火箭長征四號，作為發射地球同步轉移軌道通信衛星的備用方案。后因故停止預研計劃。

1982年，重新開始長征四號的可行性研究。

1983年，長征四號開始工程研製。最初，長征四號運載火箭是發射中國通信衛星的長征三號運載火箭的備份火箭。

1984年4月8日，長征三號成功發射東方紅二號通信衛星 。隨後，長征四號調整研製規劃和發射目標，轉而用於發射太陽同步軌道衛星。

1988年9月7日，長征四號火箭成功地將中國第一顆試驗氣象衛星——風雲一號氣象衛星送入太陽同步軌道 。

1990年9月3日，長征四號火箭第二次發射，把中國第二顆風雲一號氣象衛星和搭載的兩顆用於探測高空大氣物理參數的大氣一號地球衛星送入預定的太陽同步軌道。

長征四號運載火箭性能優良、用途廣泛、可靠性高、積極性好，由於運載能力大，特別適合於一箭多星發射業務，在國際衛星發射服務市場上具有競爭力。

長征四號研製成功，使長征系列運載火箭的工作範圍擴大到了能覆蓋包括太陽同步軌道的全部地球軌道 ，使中國成為世界上第三個能夠獨立發射太陽同步軌道衛星的國家。

1988年7月，中國首次投入使用的長征四號運載火箭，成功地將我國第一顆風雲一號試驗氣象衛星送入了太陽同步軌道。長征四號運載火箭研製成功，使中國長征系列運載火箭的工作範圍擴大到了能覆蓋包括太陽同步軌道的全部地球軌道。

1990年9月3日，第二髮長征四號運載火箭在發射窗口的前沿準時發射，把我國第二顆風雲一號氣象衛星和搭載的兩顆用於探測高空大氣物理參數的大氣一號氣球衛星精確送入了預定的太陽同步軌道。衛星軌道要求是：半長軸為7273.096公里，偏心率0.95x10^(-4)，軌道傾角98.9 度。實際發射的軌道是：半長軸為7274.165 公里，偏心率0.3x10^(-4)，軌道傾角98.955度。入軌精度非常高。

長征四號運載火箭是在改進長征三號運載火箭一、二級的基礎上、新研製第三級而發展起來的，火箭各級全部使用四氧化二氮和偏二甲阱常溫推進劑，技術上成熟，且具有較好的繼承性。它的二級火箭與長征三號火箭的二級完全相同，而一級火箭的推進劑貯箱比長征三號加長了4米，增加了40噸推進劑，第一級四台發動機的地面總推力由2746千牛增大到2942千牛。

在繼承長征三號成熟技術的基礎上，長征四號運載火箭在新研製的第三級上採用了不少先進的技術措施。

採用數字式姿態控制系統。數字式控制系統是以數字式網路、數字式調零方案和雙向伺服機構等新技術組成的。數字式網路的精度高，抗干擾能力強，應變性能好。數字式調零方案，與機電式調零裝置比較，調零精度提高了一倍，增加了火箭起飛的可靠性。雙向搖擺伺服機構，用一個液壓能源帶動兩個作動器，使重量功率比達到了先進水平。

三級發動機由兩台獨立工作的單機並聯組成，可雙向搖擺是我國首次研製的高性能常溫推進劑上面級發動機，單台推力49千牛，比沖2971米/秒，每台允許沿相互垂直的兩個方向擺動，最大擺角為4.5度，可以在真空中兩次啟動。三級發動機採用輻射冷卻的鈮合金噴管延伸段，比沖和推力重量比居於我國常溫推進劑發動機的榜首，達到了國際先進水平。

三級推進系統採用了全程定壓力值氦氣增壓和主、副增壓管路方案。整個系統的質量輕，可靠性高。三級火箭貯箱採用高強度鋁單層薄壁共底結構，前箱為燃料箱，后箱為氧化劑箱，共底凸面朝向燃料箱。姿控發動機系統採用表面張力貯箱，使用無水肼為推進劑，用於發動機關機后的人軌速度修正和滑行時的姿態控制。其特點是與各種推進劑相容性好，可以長期、重複使用。

繼承已有的技術成果，採用經地面反覆驗證的先進技術，保證了長征四號運載火箭的優良性能。這已在長征四號運載火箭兩次成功發射氣象衛星、衛星精確入軌中得到了驗證。

長征四號甲運載火箭(CZ-4A)

我國發射第一顆氣象衛星的運載火箭，它是在風暴一號基礎上增加第三級發動機而成。

火箭全長41.901米，芯級最大直徑3.35米，起飛質量248.9噸，起飛推力約300噸。運載能力為太陽同步軌道時1500千克。

1988年9月7日首次發射，成功地將我國第一顆氣象衛星風雲一號送入太陽同步軌道。隨後又將第二顆風雲一號氣象衛星發射進入軌道。總共進行兩次發射，全部成功。

長征四號乙運載火箭(CZ-4B)

我國在長征四號甲基礎上研製的一種運載能力更大的三級液體運載火箭。

火箭全長45.576米，芯級最大直徑3.35米，運載能力在太陽同步軌道為1900千克。長征四號乙主要用於發射太陽同步軌道的對地觀察應用衛星，1999年5月10日，長征四號乙火箭首次發射，成功地將“風雲一號C”和“實踐五號”衛星準確送入軌道；截止2013年，長征四號乙火箭共發射2次，將28顆國內外衛星送入預定軌道。其中我國和巴西合作的地球資源衛星均由該火箭發射。

長征四號丙運載火箭(CZ-4C)

是由中國航天科技集團公司第八研究院抓總研製的常溫液體推進劑三級運載火箭，是在長征四號乙（CZ-4B）基礎上，增加了三子級二次啟動能力，主要用於發射太陽同步軌道衛星。

火箭全長48米，一、二級直徑為3.35米，三級直徑為2.9米，起飛質量250噸，太陽同步轉移軌道運載能力2.8噸（800千米）。

首發改進型運載火箭於2006年4月27日在太原衛星發射中心成功發射，將我國首顆遙感衛星準確送入預定軌道，並實現了首發火箭發射場測試零故障。

長征四號運載火箭有著較廣泛的用途，適用於發射太陽同步軌道和極地軌道的有效載荷，也可以承擔地球同步轉移軌道有效載荷的發射任務，在我國各個發射中心均可發射。

在現有狀態下，它的低地軌道（近地點高度為200公里，遠地點高度為40公里）運載能力達4520公斤，901 公里高的太陽同步軌道運載能力達1650公斤，地球同步轉移軌道運載能力達1250公斤。目前，長征四號運載火箭是中國長征系列運載火箭中用於發射太陽同步軌道和極低軌道各種應用衛星的主要運載工具。

從運載能力上看，現有的長征四號運載火箭還留有不少餘地，稍加改進，運載能力還可以進一步提高。

為擴大適用範圍，長征四號運載火箭具有兩種不同直徑的衛星整流罩，可適應不同質量和尺寸的有效載荷。

長征四號運載火箭還具有發射一箭多星的技術裝置，用一枚運載火箭發射多顆衛星，關鍵是星箭分離技術的穩妥可靠。實際上，我國早在80年代初已掌握了一箭多星技術。1981年9月，我國曾用風暴一號運載火箭成功發射了一組三顆空間物理探測衛星。1990年9月，長征四號運載火箭第二次成功發射氣象衛星時搭載了兩顆大氣一號氣球衛星，這是利用三級發動機艙的有效空間，設置另一種分離裝置實現的。

中國長征系列運載火箭都具有可靠性高的特點。長征二號運載火箭12次成功發射返回式科學試驗衛星。長征三號運載火箭6次成功發射地球同步軌道通信衛星。長征四號運載火箭2次成功發射氣象衛星，2次均獲得成功。成功率都達到了先進水平。這些都是為國內外用戶提供商業服務的良好的運載火箭。

長征四號運載火箭具有較高的可靠性，主要通過火箭設計方案的一系列可靠性保障措施實現的，也就是在整個研製過程中，按可靠性工程要求進行設計、試驗、生產和管理。

在火箭總體設計方案和分系統設計方案的選擇上，可靠性是一項重要取捨條件。長征四號運載火箭及其分系統都規定有明確的可靠性指標，火箭各級全都採用常溫推進劑，就是充分考慮了這類運載火箭技術上成熟，容易達到較高可靠性的優點。在火箭的分系統中，根據可靠性要求，其控制系統採用了先進的數字控制技術，應用了工作安全可靠的雙向伺服機構；動力系統研製了比沖高、質量輕，具有較高可靠性的上面級發動機，應用了發動機在失重條件下可靠點火、多次啟動技術；遙測系統採用脈衝編碼幅度調製；外測系統研製了小型化的箭上連續波應答機等。分系統方案按可靠性要求作正確選擇以及一些相關技術的突破，保證了長征四號運載火箭具有較高的系統可靠性。

當然，長征四號運載火箭的可靠性還必須通過研製過程得到保障，而這種保障則是由《長征四號可靠性保障大綱》等一系列管理法規為指導，以各種可靠性增長試驗，可靠性設計評審與評估，以及嚴格的質量管理來實現的。例如，長征四號運載火箭的大直徑衛星整流罩，儘管採用技術成熟的彈射筒分離方案，但為了保證可靠性，在地面曾進行了多次分離試驗。

長征四號運載火箭在研製全過程的質量管理中，著重採用預防為主的管理方法，從上到下，由設計師、質量部門組成研製、生產、試驗全過程的質量保證體系，建立了分級分階段的設計質量、工藝質量和產品質量評審制度，以及可靠性設計評審與評估制度。在地面試驗中，做到嚴格、充分、可靠，對新技術、新設計的產品是這樣，對繼承性強的產品也是這樣。在產品研製出現故障時，堅持做到現象不清不放過、原因不明不放過、措施不落實不放過。在火箭發射前，還有一套嚴格的質量複查制度。這一系列質量保證措施，保證了長征四號運載火箭的高質量和高可靠性，為首次發射、首次成功奠定了基礎。

長征四號運載火箭的突出優點之一是它所具有的良好的經濟性，主要是火箭的研製成本低，發射費用少。因而，它對國內外商業服務的費用是比較低的。

實施目標成本管理是長征四號運載火箭研製成本低、經濟性好的重要措施。以經濟性為主題的總體方案論證是目標成本管理的前提。為充分體現長征四號運載火箭的經濟性，火箭總體方案堅持了五條原則：一是儘可能選用已經過飛行試驗證明是成熟的技術；二是在保證火箭總體性能和系統可靠性的前提下，不追求單項技術的先進；三是必須採用的新技術，需經充分的地面試驗驗證是可靠的才能應用；四是優化試驗項目，盡量採用簡單易行的試驗方法；五是利用全國各地的技術成果，不搞重複研製。總體方案確定以後，在火箭的研製、試驗和生產中；通過嚴格的經濟核算，減少不必要的支出，減少浪費損失等一系列措施來控制成本，從而保證了長征四號運載火箭的研製費用能夠得到較好控制。

發射費用少。長征四號運載火箭採用常溫推進劑，地面設施簡單，發射場區的勤務簡單，方便實用。我國的太原、西昌、酒泉衛星發射中心的設施都能適應長征四號運載火箭的發射。

作為我國發射太陽同步軌道和極地軌道衛星的基本運載工具，長征四號的應用將會得到不斷的擴大和發展。中國和巴西正在合作研製的資源一號衛星，其運載工具已確定選用長征四號運載火箭，發射方案已通過審定。

長征四號運載火箭在現有基礎上經過改進，可在很大範圍適應有效載荷的變化。

它的一、二子級可組成二級火箭。這種二級火箭發射20公里高，軌道傾角70度的低地軌道有效載荷，其運載能力可達3100公斤。

利用成熟的固體助推器，捆綁在長征四號運載火箭的一子級上，又可組成新的捆綁火箭。在長征四號運載火箭上捆綁6個平均推力為559千牛的固體助推器，用於發射近地點高度為20公里，遠地點高度為400公里的極地軌道有效載荷，其運載能力可達到5700公斤。如捆綁8個固體助推器，它的運載能力則可提高到6300公斤。

長征四號運載火箭由於運載能力大，特別適合於一箭多星發射業務。

長征四號運載火箭是中國長征系列運載火箭家族中的一員，它的一些主要特點，代表了中國長征系列運載火箭的基本特點，也是中國運載火箭能夠較好地服務於四化建設，並在國際衛星發射服務市場上具有競爭力的主要原因。今後，我們還將繼續推進長征型號運載火箭系列化的進程，提高研製水平，為航天事業的發展作出新的貢獻。