長征三號甲

長征三號甲運載火箭

長征三號甲運載火箭(CZ-3A),是一枚大型三級液體推進劑火箭,也是我國同步軌道運載火箭的基本型。它主要用於發射地球同步轉移軌道有效載荷,也可執行低軌道、太陽同步軌道和極地軌道任務。長征三甲火箭繼承了長征三號的成熟技術,採用了改進的液氫液氧第三級,其同步轉移軌道的運載能力達到2650千克。由於擁有更靈活先進的控制系統,長三甲運載火箭可以在星箭分離前對有效載荷進行大姿態調姿定向,並提供可調整的衛星起旋速率,因而具有很強的適應性。長征三號甲運載火箭在1994年11月至今的25次發射全部成功。

長三甲系列火箭承擔了中國航天現時期所有高軌道發射任務,火箭的技術性能、發射頻率、年發射量及高達98%的發射成功率都處於世界領先水平。該系列火箭與“嫦娥工程”、“太空擺渡車”、“北斗衛星”、“風雲衛星”等中國航天大事件緊密相連。

簡介


長征三號甲運載火箭
長征三號甲運載火箭
長征三號甲運載火箭是在長征3號的基礎上改進而成。火箭全長52.52米,火箭直徑、整流罩均超過長征三號。長征三號甲同樣是三級液體助推火箭,一、二級為常規燃料,第三級為液氫液氧燃料。第三級把直徑由2.25米增大到了3米,並增加貯箱長度,推進劑由8.2噸增加到17.6噸。整個起飛重量244噸,起飛推力300噸,其同步轉移軌道的運載能力由原來的1.4噸提高到2.6噸,具有一箭多星和適應多種軌道衛星發射要求的能力。
1994年11月30日,長征三號甲把中國新一代通信衛星東方紅3號發射升空。長征三號甲不僅適用於各種大、小衛星發射的需要,繼承了長征三號運載火箭的成熟技術,採用了改進的液氫液氧第三級,其地球同步轉移軌道(GTO)的運載能力有了很大的提高。由於擁有更靈活先進的控制系統,長征三號甲運載火箭可以在星箭分離前對有效載荷進行大姿態調姿定向,並提供可調整的衛星起旋速率,因而具有很強的適應性。長征三號甲運載火箭為我國下一步研製的長征三號乙運載火箭(CZ-3B)及長征三號丙運載火箭(CZ-3C)創造了條件,成為我國GTO運載火箭的基本型。其中長征三號丙火箭的地球同步轉移軌道運載能力可達到3.8噸。
長征三號甲運載火箭
長征三號甲運載火箭
長征三號甲運載火箭主要用於發射地球同步軌道有效載荷,同時兼顧低軌道(LEO)、太陽同步軌道(SSO)等其它軌道有效載荷的發射,也可進行一箭雙星或多星的發射。一子級和二子級使用偏二甲肼(UDMH)和四氧化二氮(NO)作為推進劑,三子級則使用效能更高的液氫(LH)和液氧(LOX)。全箭由箭體結構、動力系統、控制系統、遙測系統、外測安全系統、滑行段推進劑管理與姿態控制系統、低溫推進劑利用系統、分離系統以及輔助系統等組成。
主要有六個系統:
1.箭體結構,是火箭的主體。
2.控制系統,是火箭的大腦。由計算機、平台、分離機構等組成,由設計師事先設計好發射程序。
3.動力系統,由發動機、燃料箱等組成,是火箭的動力源。
4.遙測系統,是將工作參數和監測數據由無線電傳回地面的系統。
5.外側安全系統,是火箭出現故障,地面無法操縱火箭的時候,進行空中自毀的系統。
6.低溫推進劑利用系統,是合理調控燃料混合比,有效利用燃料的系統。
長征三號甲運載火箭在1994年2月8日首次試驗飛行,成功發射了兩顆實驗衛星。之後,連續23次發射完全成功,發射成功率達到100%。
長三甲系列火箭在2011年至2013年期間共完成26次發射,年發射次數分別是8次、9次、9次。姜傑說,伴隨中國航天事業整體發展,長三甲系列還將承擔更多的發射任務,後續五年年均發射當量在10次左右。
1997年5月12日,長征三號甲火箭第三次發射,成功將東方紅三號衛星送入同步轉移軌道。
從1997年6月起,長征三號甲連續五次成功地發射了五顆地球同步軌道(GTO)通訊衛星,發射成功率達到100%。
2004年1月23日,由溫家寶同志批准繞月探測工程項目正式立項,為工程配套的運載工具首選長征三號甲火箭。
2007年10月24日,長征三號甲發射成功,將中國首顆探月衛星嫦娥一號送入預定軌道。
2011年至2013年期間,長三甲系列火箭共完成26次發射。
2016年,長征三號甲運載火箭,成功將第22顆北斗導航衛星送入太空。

技術參數


參數一子級二子級三子級
推進劑NO/UDMHNO/UDMHLOX/LH
發動機型號DaFY6-2DaFY20-1 (主機)DaFY21-1(遊動發動機)YF-75
推力(kN)2961.6742 (主機)11.8 * 4 (遊動發動機)78.5 * 2
發動機比沖(N*s/kg)2556.22922.57 (主機)2910.5 (遊動發動機)4312
箭體直徑3.35 m3.35 m3.00 m
箭體長度26.972 m7.826 m8.835 m
整流罩直徑3.35 m
整流罩長度8.887 m
火箭全長52.52 m
起飛質量239.87 ton

火箭結構


一子級

一子級長26.972米,上部是裝有液體四氧化二氮(NO)的氧化劑箱,下部是裝有液體偏二甲肼(UDMH)的燃燒劑箱。一子級裝配有DaFY6-2型發動機,該發動機是由四台推力為75噸的液體NO/UDMH發動機並聯而成。每台DaFY6-2型發動機的噴口可以在伺服機構的帶動下單向擺動以控制火箭飛行的姿態,最大的擺動角為10度。

二子級

二子級長7.826米,上部是裝有液體四氧化二氮(NO)的氧化劑箱,下部是裝有液體偏二甲肼(UDMH)的燃燒劑箱。二子級裝配有75噸推力的DaFY20-1型發動機(主發動機)和帶四個小噴管、推力為4.8噸的遊動發動機DaFY21-1。主發動機噴管固定不動,遊動發動機噴管可作單向擺動,最大擺角60度,以控制箭體飛行姿態。

三子級

三子級長8.835米,上部是裝有液氫(LH)的燃燒劑箱,下部是裝有液氧(LOX)的氧化劑箱。三子級採用的是YF-75氫氧發動機,具有二次啟動能力,由兩獨立的單管發動機並聯而成,每台推力8噸,可在伺服機構的帶動下雙向擺動,最大綜合擺角4度,控制三子級箭體飛行姿態。

整流罩

在火箭飛行穿過大氣層這段過程中,火箭頂部的衛星整流罩保護衛星免受來自大氣層的各種干擾。衛星整流罩為衛星提供了一個良好的環境。長征三號甲火箭的衛星整流罩由端頭帽、前錐段、圓柱段和倒錐段組成。端頭帽由玻璃鋼纖維材料製成,具有良好的無線電透波性。前錐段和圓柱段是由金屬蜂窩材料製成,倒錐段由化銑合金材料製成。如果需要,無線電透波窗口和操作窗口可以在柱段和前錐段上開口。長三甲火箭整流罩長8.887米,最大外直徑3.35米,其靜包絡最大直徑為3.0米。

星箭對接

長征三號甲火箭可以提供多種機械介面,但一般來說,提供標準的937B和1194機械介面。衛星的下端框與火箭的有效載荷支架的上端框對接,通過包帶來鎖緊。

控制系統

長征三號甲擁有更靈活先進的控制系統,可以在星箭分離前對有效載荷進行大姿態調姿定向,並提供可調整的衛星起旋速率,因而具有很強的適應性。

運載能力


長征三號甲火箭的標準地球同步轉移軌道(GTO)運載能力為2.65噸。標準的GTO參數及入軌精度如下表所列:
參數標準GTO軌道參數入軌精度(1σ)
近地點高度200 km±10 km
遠地點高度35786 km半長軸 ±40 km
軌道傾角28.5°±0.07°
近地點幅角179.6°±0.2°
標準GTO參數表示的是在衛星與火箭分離時刻衛星所處軌道的參數。用戶可以根據衛星的需要以及火箭運載能力選擇不同的軌道。如果運載能力有剩餘,長征三號甲火箭可以將衛星送入一個低傾角的軌道或是一個超同步轉移軌道,這樣的話,衛星的在軌道壽命可以得到延長。

飛行時序


任務描述

長征三號甲運載火箭可以將衛星送入地球同步轉移軌道(GTO)。在執行一個典型的GTO任務時,長征三號甲火箭的一、二子級首先將衛星和三子級的組合體送入一個圓形的停泊軌道,然後三子級進行600多秒的滑行段飛行,在組合體在火箭控制系統的控制下進行再定向之後,三子級發動機再次點火將組合體送入目標GTO軌道,最後,三子級和衛星分離。

典型飛行

事件飛行時間(秒)
一子級點火-3
起飛0.00
程序轉彎12.0
一子級/二子級分離147.928
整流罩拋罩236.928
二子級/三子級分離和三子級發動機點火264.278
三子級發動機一次關機617.299
三子級發動機二次點火1252.513
三子級發動機二次關機1374.440
衛星/三子級分離1474.440

發射場操作


長征三號甲火箭在西昌衛星發射中心(XSLC)進行發射。火箭會被裝載在火車上從北京運往四川省的西昌,在西昌衛星發射中心的技術中心和發射中心進行各種測試和操作活動,包括在技術中心的四次總檢查、火箭由技術中心轉運到發射中心、火箭各子級在發射中心起豎對接、在發射中心的四次總檢查、衛星/火箭聯合操作、火箭加註、以及最後發射倒計時,等等。

發射記錄


長征三號甲運載火箭在1994年2月8日首次發射,成功發射了兩顆實驗衛星。它之後連續五次成功地發射了五顆GTO通訊衛星。長征三號甲運載火箭的所有發射完全成功,發射成功率達到100%。
起飛時運載火箭發射場工位軌道載荷結果備註
11994.2.8CZ-3A Y1西昌2號GTO夸父一號/實踐四號成功
21994.11.30CZ-3A Y2西昌2號GTO東方紅三號成功
31997.5.12CZ-3A Y3西昌2號GTO東方紅三號成功
42000.1.26CZ-3A Y4西昌2號GTO中星22成功
52000.10.31CZ-3A Y5西昌2號GTO北斗1A成功
62000.12.21CZ-3A Y6西昌2號GTO北斗1B成功
72003.5.25CZ-3A Y7西昌2號GTO北斗1C成功
82003.11.15CZ-3A Y8西昌2號GTO中星20成功
92004.10.19CZ-3A Y9西昌2號GTO風雲二號C成功
102006.9.13CZ-3A Y10西昌2號GTO中星22A成功
112006.12.8CZ-3A Y11西昌2號GTO風雲二號D成功
122007.2.3CZ-3A Y12西昌2號GTO北斗1D成功
132007.4.14CZ-3A Y13西昌3號MEO北斗2-M1成功
142007.6.1CZ-3A Y15西昌3號GTO鑫諾三號成功
152007.10.24CZ-3A Y14西昌3號GTO嫦娥一號成功 我國首顆探月衛星
162008.12.23CZ-3A Y20西昌3號GTO風雲二號E成功
172010.8.1CZ-3A Y16西昌3號IGSO北斗2-I1成功
182010.11.25CZ-3A Y21西昌3號GTO中星20A成功
192010.12.18CZ-3A Y18西昌3號IGSO北斗2-I2成功
202011.4.10CZ-3A Y19西昌3號IGSO北斗2-I3成功
212011.7.27CZ-3A Y17西昌3號IGSO北斗2-I4成功
222011.12.2CZ-3A Y23西昌3號IGSO北斗2-I5成功
232012.1.13CZ-3A Y22西昌3號GTO風雲二號F成功
242014.12.31CZ-3A Y24西昌2號GEO風雲二號08星成功3號工位改造,在2號工位發射
252016.3.30CZ-3A Y26西昌2號IGSO北斗2-I6 成功
262018.6.5CZ-3A Y25西昌2號GTO風雲二號H星 成功
272018.7.10CZ-3A Y27西昌2號 IGSO北斗2-I7 成功

所獲榮譽


2007年6月被中國航天科技集團公司授予“金牌火箭”稱號。

價值意義


長征三號甲火箭主要承擔了風雲氣象衛星、北斗導航衛星和“嫦娥一號”月球探測器的發射任務,自1994年2月8日首次發射成功以來,至2016年5月發射成功率為100%。
由長征三號甲、長征三號乙、長征三號丙火箭組成的長征三號甲系列火箭是中國高密度發射的主力火箭。
長征三號甲系列火箭,經過7次成功的飛行,已經證明其設計方案正確、性能優良、產品質量趨於穩定。但作為一種有前途的商用火箭,還必須不斷完善其可靠性設計,嚴格生產過程的質量控制、以求不斷提高火箭的可靠性和發射成功率。該系列火箭具有良好的發展潛力,對設計稍加改進,就可以派生出性能更好的運載火箭。例如:在長征三號乙的一級增加2個和完全相同的助推器,或將其現有的4個助推器加長1倍,其餘部分基本不變,則可以形成標準GTO運載能力達6.5~7.0噸的新型火箭,這將進一步增強長征火箭在國際衛星發射市場上的競爭能力。長征三號甲系列運載火箭的前景看好。