□作者: 刘建忠 李 聃
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2008年4月25日23时35分,中国自主研制的长征三号丙(长三丙)运载火箭在西昌卫星发射中心首次发射升空,成功地将我国第一颗数据中继卫星天链一号送人预定轨道。 长三丙火箭是以中国运载火箭技术研究院为主设计和生产的三级液体捆绑式运载火箭,是长征三号甲(长三甲)系列火箭中的新秀。它是为适应用户要求,在长三甲的基础上通过改进变型发展起来的。为了保证火箭的可靠性,长三丙最大限度地继承了已有长征系列火箭的成熟技术。长三丙火箭的主要用途是发射地球同步转移轨道(GTO)卫星,也能承担其它轨道卫星发射任务,还可以一箭发射双星、多星。 一、火箭总体方案 长三丙火箭由箭体结构、动力系统、控制系统、测量系统、滑行段推进剂管理和姿控发动机系统、推进剂利用和附加系统等组成,与长三甲和长征三号乙(长三乙)火箭相同,其结构组成见图1。 长三丙火箭的起飞质量约343t,总长54.84m,助推器直径2.25m,一、二子级直径3.35m,三子级直径3m,有效载荷整流罩长9.56m、柱段直径4m。长三丙火箭助推器、一、二子级以四氧化二氮和偏二甲肼为推进剂,三级以低沸点的液氢和液氧为推进剂。 长三丙火箭有两台助推器。每台助推器装有一台YF-25发动机,不摆动:火箭一级装有四机并联的YF-21C发动机,可单向摇摆:二级发动机由一台YF-22E主机和带四个小喷管的YF-23C游机组成,游机可单向摇摆:三级采用YF-75氢氧发动机,由两台独立的单管发动机并联而成,可双向摇摆,具有真空二次启动能力。 长三丙火箭的控制系统采用惯性平台+激光惯组主从冗余、速率陀螺冗余、三冗余箭载计算机、三冗余程序配电器、冗余三级开关放大器的系统级冗余方案。它采用全数字姿控和系统级冗余设计,系统适应性强、可靠性高。 长三丙火箭的测量系统包括遥测系统和外测安全系统:遥测系统采用统一S波段(USB),全脉冲编码调制(PCM)体制,2Mbit/s传输码速率:外测安全系统采用集成化程度高、性能优良的小型化产品。 长三丙火箭的发射点位于西昌卫星发射中心2号工位,射向97,50,采用远距离测试发射控制模式。 二、火箭研制历程 长三丙火箭按照系列化的原则开展设计工作,其研制工作是与长三乙火箭同步进行的。从1994年至1996年,在长三乙火箭试样研制阶段,总体部门和各分系统部门同时开展了长三丙火箭的研制,并完成了风洞试验,其状态为一级捆绑两枚助推器,不安装尾翼。同时,还进行了全箭振动试验。1995年3月至5月,长三丙与长三乙一起,在西昌卫星发射中心完成了发射场合练。 早在1994年至1995年期间,中国长城工业总公司就已将长三丙火箭推向了市场,当时签订了三项商业发射合同,分别是那豪尔卫星、鑫诺卫星和马部海卫星。由于长三乙火箭首飞失利,为了使长三乙能够尽快恢复发射,当时的航天工业总公司决定将以上3颗卫星改用长三乙火箭发射,暂停长三丙火箭的研制和生产。 1998年至2000年,中国运载火箭技术研究院又继续进行长三丙火箭的研制工作,对其设计方案进行了深入分析和改进,并再次进行了风洞试验,试验状态为一级捆绑两台助推器并安装两片尾翼,至2000年底完成了长三丙火箭的试样研制工作。2001年8月23日,航天科技集团公司专家组评审认为长三丙火箭已具备投入使用的条件,可以转入应用发射阶段。 长三甲和长三乙火箭从2001年至今所取得的可靠性增长项目研究成果(如控制系统系统级冗余技术、三级发动机校准试车不分解技术等)均在长三丙火箭上得到了落实和应用,使得长三丙火箭的可靠性不断提高。 随着我国航天事业的不断发展,长三丙火箭终于迎来了投入应用发射的使命。2003年1月,我国第一颗数据中继卫星系统工程立项,并正式命名中继卫星为天链一号,与之相配套的火箭即为长三丙火箭。 三、总体技术指标及主要总体参数 1、运载能力 长三丙火箭主要用于GTO轨道卫星的发射任务,其标准GTO轨道运载能力为3800kg。标准GTO轨道定义为:近地点高度为200km,远地点高度为35786km,轨道倾角为28.5°,近地点幅角为179.6°。 在非标准轨道下,长三丙火箭的运载能力随轨道倾角和远地点高度的变化见图2。 2、典型飞行时序及轨道参数 长三丙火箭在飞行过程中的主要典型指令动作见表1,典型的轨道特征点参数见表2,典型飞行时序图见图3。 3、入轨精度 长三丙在发射标准地球同步转移轨道卫星时,卫星的入轨精度见表3。 四、应用前景 长三甲系列火箭具有良好、的发展潜力,它所形成的GTO轨道卫星运载能力覆盖了2600~5500kg,基本能够满足未来5~10年的卫星发射需求。 长三丙火箭是长三甲系列火箭中的重要成员之一,可以将3800kg的卫星送入标准的GTO轨道,为客户提供中型卫星的发射服务,市场前景看好。 经过首次成功的飞行,已经证明长三丙火箭设计方案正确、性能优良、质量稳定。型号研制团队将再接再厉,继续努力完善其可靠性设计,严格生产过程的质量控制,以保证火箭的可靠性和发射成功率,进一步增强其在国际商用卫星发射市场上的竞争能力。 (作者单位系北京宇航系统工程研究所)
文章作者:刘建忠 李 聃 责任编辑:skylook