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長征三號丙運載火箭

(2008年10月05日 21:07:32)
來源︰中國航天

□作者: 劉建忠 李 聃

[1]


  2008年4月25日23時35分,中國自主研制的長征三號丙(長三丙)運載火箭在西昌衛星發射中心首次發射升空,成功地將我國第一顆數據中繼衛星天鏈一號送人預定軌道。
  長三丙火箭是以中國運載火箭技術研究院為主設計和生產的三級液體捆綁式運載火箭,是長征三號甲(長三甲)系列火箭中的新秀。它是為適應用戶要求,在長三甲的基礎上通過改進變型發展起來的。為了保證火箭的可靠性,長三丙最大限度地繼承了已有長征系列火箭的成熟技術。長三丙火箭的主要用途是發射地球同步轉移軌道(GTO)衛星,也能承擔其它軌道衛星發射任務,還可以一箭發射雙星、多星。
  
  一、火箭總體方案
  
  長三丙火箭由箭體結構、動力系統、控制系統、測量系統、滑行段推進劑管理和姿控發動機系統、推進劑利用和附加系統等組成,與長三甲和長征三號乙(長三乙)火箭相同,其結構組成見圖1。
  
  長三丙火箭的起飛質量約343t,總長54.84m,助推器直徑2.25m,一、二子級直徑3.35m,三子級直徑3m,有效載荷整流罩長9.56m、柱段直徑4m。長三丙火箭助推器、一、二子級以四氧化二氮和偏二甲 為推進劑,三級以低沸點的液氫和液氧為推進劑。
  
  長三丙火箭有兩台助推器。每台助推器裝有一台YF-25發動機,不擺動︰火箭一級裝有四機並聯的YF-21C發動機,可單向搖擺︰二級發動機由一台YF-22E主機和帶四個小噴管的YF-23C游機組成,游機可單向搖擺︰三級采用YF-75氫氧發動機,由兩台獨立的單管發動機並聯而成,可雙向搖擺,具有真空二次啟動能力。
  長三丙火箭的控制系統采用慣性平台+激光慣組主從冗余、速率陀螺冗余、三冗余箭載計算機、三冗余程序配電器、冗余三級開關放大器的系統級冗余方案。它采用全數字姿控和系統級冗余設計,系統適應性強、可靠性高。
  長三丙火箭的測量系統包括遙測系統和外測安全系統︰遙測系統采用統一S波段(USB),全脈沖編碼調制(PCM)體制,2Mbit/s傳輸碼速率︰外測安全系統采用集成化程度高、性能優良的小型化產品。
  長三丙火箭的發射點位于西昌衛星發射中心2號工位,射向97,50,采用遠距離測試發射控制模式。
  
  二、火箭研制歷程
  
  長三丙火箭按照系列化的原則開展設計工作,其研制工作是與長三乙火箭同步進行的。從1994年至1996年,在長三乙火箭試樣研制階段,總體部門和各分系統部門同時開展了長三丙火箭的研制,並完成了風洞試驗,其狀態為一級捆綁兩枚助推器,不安裝尾翼。同時,還進行了全箭振動試驗。1995年3月至5月,長三丙與長三乙一起,在西昌衛星發射中心完成了發射場合練。
  
  早在1994年至1995年期間,中國長城工業總公司就已將長三丙火箭推向了市場,當時簽訂了三項商業發射合同,分別是那豪爾衛星、鑫諾衛星和馬部海衛星。由于長三乙火箭首飛失利,為了使長三乙能夠盡快恢復發射,當時的航天工業總公司決定將以上3顆衛星改用長三乙火箭發射,暫停長三丙火箭的研制和生產。
  1998年至2000年,中國運載火箭技術研究院又繼續進行長三丙火箭的研制工作,對其設計方案進行了深入分析和改進,並再次進行了風洞試驗,試驗狀態為一級捆綁兩台助推器並安裝兩片尾翼,至2000年底完成了長三丙火箭的試樣研制工作。2001年8月23日,航天科技集團公司專家組評審認為長三丙火箭已具備投入使用的條件,可以轉入應用發射階段。
  長三甲和長三乙火箭從2001年至今所取得的可靠性增長項目研究成果(如控制系統系統級冗余技術、三級發動機校準試車不分解技術等)均在長三丙火箭上得到了落實和應用,使得長三丙火箭的可靠性不斷提高。
  隨著我國航天事業的不斷發展,長三丙火箭終于迎來了投入應用發射的使命。2003年1月,我國第一顆數據中繼衛星系統工程立項,並正式命名中繼衛星為天鏈一號,與之相配套的火箭即為長三丙火箭。
  
  三、總體技術指標及主要總體參數
  
  1、運載能力
  長三丙火箭主要用于GTO軌道衛星的發射任務,其標準GTO軌道運載能力為3800kg。標準GTO軌道定義為︰近地點高度為200km,遠地點高度為35786km,軌道傾角為28.5°,近地點幅角為179.6°。
  
  在非標準軌道下,長三丙火箭的運載能力隨軌道傾角和遠地點高度的變化見圖2。
  
  2、典型飛行時序及軌道參數
  長三丙火箭在飛行過程中的主要典型指令動作見表1,典型的軌道特征點參數見表2,典型飛行時序圖見圖3。
  
  
  3、入軌精度
  長三丙在發射標準地球同步轉移軌道衛星時,衛星的入軌精度見表3。
  
  四、應用前景
  
  長三甲系列火箭具有良好、的發展潛力,它所形成的GTO軌道衛星運載能力覆蓋了2600∼5500kg,基本能夠滿足未來5∼10年的衛星發射需求。
  長三丙火箭是長三甲系列火箭中的重要成員之一,可以將3800kg的衛星送入標準的GTO軌道,為客戶提供中型衛星的發射服務,市場前景看好。
  經過首次成功的飛行,已經證明長三丙火箭設計方案正確、性能優良、質量穩定。型號研制團隊將再接再厲,繼續努力完善其可靠性設計,嚴格生產過程的質量控制,以保證火箭的可靠性和發射成功率,進一步增強其在國際商用衛星發射市場上的競爭能力。
  
  (作者單位系北京宇航系統工程研究所)



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文章作者:劉建忠 李 聃
責任編輯:skylook

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