长征三号乙
运载火箭(代号CZ-3B),简称长三乙火箭。是
中国航天科技集团中国运载火箭技术研究院研发的一型三级液体捆绑式运载火箭。
长征三号乙运载火箭以长征三号甲运载火箭(LM-3A)为芯级,捆绑四个液体助推器构成的。其一子级、助推器和二子级使用
偏二甲肼和
四氧化二氮作为
推进剂,三子级则使用效能更高的
氢气和
液态氧。全箭起飞质量425吨,全长54.838米,一、二子级直径3.35米、助推器直径2.25米,三子级直径3.0米,卫星整流罩最大直径4.0米。主要用于发射
地球同步轨道卫星,其运载能力达到5.1吨,是中国用于商业卫星发射服务的主力火箭。该型火箭于1986年开始研发,1996年2月15日首飞失败,经过整改后,终于在1997年8月20日发射成功。
2024年9月19日9时14分,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭与远征一号上面级,成功发射第59、60颗北斗导航卫星。这是
长征系列
运载火箭的第535次飞行。12月3日,中国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭,成功把
通信技术试验卫星十三号发射升空。至此,长征三号乙运载火箭实现了中国首个单一型号100次宇航发射,创造了中国运载火箭发展历程中的一个百发纪录。
发展历史
研发背景
为满足国际
地球同步轨道通信卫星市场的发射需要,尤其是为了满足大功率及重型通信卫星的发射需求,基于长征系列运载火箭经飞行验证的技术,在长三甲运载火箭的基础上,中国于1986年开始了长征三号乙运载火箭(LM-3B)的研制工作。
研发历程
1989年7月,
中国运载火箭技术研究院开始长征三号乙火箭的总体方案设计,定于1996年进行飞行实验并投入使用,其主要任务是发射地球同步转移轨道的重型
卫星,也可进行轻型卫星的一箭多星发射或发射其它轨道的卫星,地球同步转移轨道运载能力为5.0吨。
1993年2月1日,中国国家主管部门正式批准长征三号乙火箭立项研制,这是中国当时推力最大的
运载火箭,可以把5000公斤的有效载荷直接送入远在36000公里外的地球同步转移轨道。而中国的“长三”系列火箭的研制,也引起了世界航天界普遍关注,
国际通信卫星组织决定用第一枚“长三乙”火箭发射该组织的708卫星,谁知在1996年2月15日,长征三号乙火箭首次发射国际708通信卫星,由于一个电子元器件的失效,使得
惯性基准倾斜,火箭按错误的姿态信号进行姿态矫正,导致火箭在飞行22秒以后,触地爆炸,发射失败。
在1997年8月20日,第二枚长征三号乙火箭在西昌卫星发射中心再次起飞,把美国劳拉公司为
菲律宾制造的“马步海”卫星顺利送入远离
地球数万公里的轨道,同年10月17日,第三枚长征三号乙火箭又把劳拉公司生产的亚太2R卫星非常精确地送入了预定轨道,至此长征三号乙火箭发射取得圆满成功。
技术特点
总体布局
长征三号乙运载火箭起飞质量425吨,全长54.838米,捆绑四个液体助推器,全箭由箭体结构、动力系统、控制系统、遥测系统、外测安全系统、
推进剂利用系统、滑行段推进剂管理与姿态控制系统、低温推进剂利用系统、分离系统以及附加系统(辅助系统)等组成。
箭体结构
一子级
一子级上部是装有液体
四氧化二氮(N2O4)的
氧化剂箱,下部是装有液体
偏二甲肼(UDMH)的燃烧剂箱,总长长23.272米。一子级装配有DaFY6-2型
发动机,该发动机是由四台推力为75吨的液体N2O4/UDMH发动机并联而成。每台DaFY6-2型发动机的喷口可以在伺服机构的带动下单向摆动以控制火箭飞行的姿态,最大的摆动角为10度。
助推器
每枚助推器捆长15.326米,上部是装有液体四氧化二氮(N2O4)的氧化剂箱,下部是装有液体偏二甲(UDMH)的燃烧剂箱,并在尾部各安装了一个尾翼。四个助推器各配有一台推力为75吨的DaFY5-1型发动机,喷管固定不摆。
二子级
二子级长9.943米,上部装有液体
四氧化二氮的
氧化剂箱,下部装有液体
偏二甲肼的燃烧剂箱。二子级装配有75吨推力的DaFY20-1型
发动机(主发动机)和带四个小喷管、推力为4.8吨的游动发动机DaFY21-1。主发动机喷管固定不动,游动发动机喷管可作单向摆动,最大摆角60度,以控制箭体飞行姿态。
三子级
三子级长12.375米,上部是装有
氢气的燃烧剂箱,下部是装有
液态氧的氧化剂箱。三子级采用的是YF-75氢氧发动机,具有二次启动能力,由两台独立的单管发动机并联而成,每台推力8吨,可在伺服机构的带动下双向摆动,最大综合摆角4度,控制三子级箭体飞行姿态。
卫星整流罩
在火箭飞行穿过大气层这段过程中,火箭顶部的卫星整流罩保护卫星免受来自大气层的各种干扰,卫星整流罩为卫星提供了一个良好的环境,长征三号乙火箭的卫星整流罩由端头帽、双锥段、圆柱段和倒锥段组成;端头帽由玻璃钢纤维材料制成,具有良好的
无线电透波性,双锥段和圆柱段是由金属蜂窝材料制成,倒锥段由化铣合金材料制成,如果需要,无线电透波窗口和操作窗口可以在柱段和双锥段上开口,长三乙火箭整流罩长9.56米,最大外直径4.0米,其静包络最大直径为3.65米。
星箭接口
长征三号乙火箭可以提供多种机械接口,但一般来说,提供标准的937B和1194机械接口,
卫星的下端框与火箭的有效载荷支架的上端框对接,通过包带来锁紧。
控制系统
长征三号乙运载火箭的控制系统由制导、姿态控制、时序控制和电源配电等子系统组成,系统采用四轴惯性平台和
计算机制导方案,具备可编程电子程配、双偏差控制和工具误差实时补偿等技术。
遥测系统
遥测系统的作用是完成箭上各类遥测参数的测测量、记录和传输及部分参数的实时处理,长征三号乙运载火箭的系统采用分布式采编供电方案,即将被测信号按测点位置,就近分组,按组供电、采集、编码。采用指令参数数字化测量、自动化供电及测试检查、智能化数字变换器等技术,全箭遥测参数约730个。
外测安全系统
外测安全系统的作用是进行火箭飞行的外弹道参数测量,测量卫星入轨根数:提供安控判断信息,当火箭飞行出现故障时,采取箭上自毁或遥控将其炸毁,其采用了外弹道测量和安全控制合一的方案实现火箭外弹道测量和安全控制,以保护地面的人员和城市安全。
三段滑行段管理与姿态控制系统
三级滑行段
推进剂管理与姿态控制
发动机系统的作用是在火箭滑行段进行姿态控制,对三级推进剂进行管理,关机后末速修正,星箭分离前进行姿态调整,其采用了一套册类单组元挤压输送、可根据指令多次启动的小发动机系统,推进剂为胖类单组元推进剂。
低温推进剂利用系统
低温推进剂利用系统的作用是实时测量三级推进剂液位,调节、控制推进剂的剩余量达最佳比例,消除因
发动机性能、结构质量、推进剂加注等引起的推进剂量偏差,提高运载能力。该系统由箭上控制机、液位传感器和调节阀门组成。
分离系统
分离系统的作用是在控制系统的控制下,按要求启动解锁连接机构,使相连接的结构分离,火箭飞行中共有5次分离:助推器分离,一、二级分离,二、三级分离,整流罩分离,星箭分离,助推器分离;其中助推器分离采用抛掷分离方案;一、二级分离采用热分离方案;二、三级分离采用冷分离方案;
卫星整流罩采用翻转分离方案;星箭分离采用包带锁紧爆炸螺栓解锁分离方案。
附加系统
附加系统的作用是完成火箭起飞前上述主要系统之外的辅助项目,主要包括常规
推进剂加注液位和温度测量、卫星整流罩空调、防水除湿等。
技术参数
参考资料
型号分支
标准型
标准型火箭共有2种:长征三号乙标准型(CZ-3B)和长征三号乙改一型(CZ-3B/G1),标准型火箭已经停产,后续发射任务由长征三号乙增强型承担。
长征三号乙标准型
长征三号乙标准型火箭芯一级与助推器为不加长状态,使用4000F型整流罩,控制系统为平台+激光惯组主从冗余方案。火箭全长54.838米,一、二子级直径3.35米,助推器直径2.25米,三子级直径3.0米,整流罩直径4.0米,起飞质量425.8吨,标准GTO运载能力为5.1吨。
长征三号乙改一型
长征三号乙改一型是在长征三号标准型的基础上,采用起飞滚转定向、双向风补偿、三级一次工作、串联式
双星分离,使用3700Z加长型(3700ZS型)双星整流罩。火箭全长57.056米,整流罩直径3.7米。
增强型
长征三号乙增强型火箭(CZ-3B/E)共有4种:长征三号乙改二型(CZ-3B/G2)、长征三号乙改三型(CZ-3B/G3)、长征三号乙改三Z型/远征一号(CZ-3B/YZ-1)和长征三号乙改五型(CZ-3B/G5)。
长征三号乙改二型
长征三号乙改二型(CZ-3B/G2)是在长征三号标准型的基础上,芯一级加长1.488米,助推器加长0.768米,采用
长征二号系列运载火箭F的二级
发动机,二级结构得到加强,同时使用4000F型整流罩;控制系统有两种状态可选:平台+激光惯组主从冗余方案、双激光惯组主从冗余/卫星导航复合制导方案。火箭全长56.326米,整流罩直径4.0米,起飞质量458.97吨,标准GTO运载能力为5.5吨,地月转移轨道(TLI)运载能力达到3.78吨。
长征三号乙改三型
长征三号乙改三型(CZ-3B/G3)继承了改二型的基本状态,使用4200F型整流罩,控制系统为双激光惯组/卫星导航复合制导,运用了遥测图像实时
传输技术,飞行可靠性达到0.942。火箭全长56.542米,整流罩直径4.2米,标准GTO运载能力为5.4吨。
长征三号乙改三Z型/远征一号
长征三号乙改三Z型
长征三号乙改三Z型(CZ-3B/G3Z)继承了改三型的基本状态,使用4200Z型整流罩,采用1194A卫星支架,安装姿控
发动机和姿控贮箱。该构型通常与远征一号上面级相配合。火箭全长57.126米,整流罩直径4.2米,标准GTO运载能力为5.2吨。
长征三号乙/远征一号
长征三号乙/远征一号(CZ-3B/YZ-1)即长征三号乙改三Z型/远征一号,是在长征三号乙改三Z型火箭的基础上,加装了远征一号上面级,形成了一个四级火箭,该火箭主要用于执行MEO北斗卫星的“一箭双星”直接入轨发射任务。在21500公里中
地球轨道(MEO)运载能力为2.2吨,远征一号上面级按照MEO双星发射的状态,运载能力可以达到1100公斤/星。
长征三号乙改五型
长征三号乙改五型火箭(CZ-3B/G5)是在长征三号乙/远征一号火箭基础上进行改进的,火箭全长约58米,起飞质量约为456吨,其整流罩加长了0.9米,卫星支架高1.4米,其卫星支架采用了新型接口,直径约为2.3米,还配备了全新的飞控软件,其控制系统采用了全程四元数控制方案、迭代制导控制、一级横法向导引控制、双向风补偿+主动减载控制技术、全方位起飞滚转等5项技术,并结合了智慧化算法。
飞行程序
发射场操作
长征三号乙火箭在西昌卫星发射中心(XSLC)进行发射。火箭将被装载在火车上从北京运往
四川省的
西昌市,在西昌卫星发射中心的技术中心和发射中心进行各种测试和操作活动,包括在技术中心的四次总检查、火箭由技术中心转运到发射中心、火箭各子级在发射中心起竖对接、在发射中心的四次总检查、卫星/火箭联合操作、火箭加注、以及最后发射倒计时等。
任务描述
长征三号乙
运载火箭可以将
卫星送入地球同步转移轨道(GTO)。在执行一个典型的GTO任务时,长三乙火箭的一、二子级首先将卫星和三子级的组合体送入一个圆形的停泊轨道,然后三子级进行600多秒的滑行段飞行,在组合体在火箭控制系统的控制下进行再定向之后,三子级
发动机再次点火将组合体送入目标GTO轨道,最后三子级和卫星分离。
主要飞行事件
长征三号乙运载火箭的主要飞行事件如下所列。
助推器分离
每个助推器都是分别通过前连接面的杆系结构和后连接面的球头结构同火箭芯级相连的,在助推器发动机关机后,用于连接的爆炸螺栓和分离螺母分别解锁,装在助推器上固体小型分离火箭点火,将助推器推离火箭芯级,助推器自由下落完成分离。
一子级/二子级分离
一子级/二子级分离是所谓的“热分离”,在一子级
发动机关机后,二子级主发动机点火,联接两级的爆炸螺栓起爆解锁,这样一子级就被二子级发动机喷出的高速燃气流推离,一子级和二子级分离。
整流罩抛罩
整流罩以“解锁-翻转-分离”方式进行抛罩,在横向上整流罩与三子级通过12个横向爆炸螺栓联接,在纵向上两半整流罩是由2个纵向爆炸螺栓和一条导爆索联接,在抛罩时,12个横向爆炸螺栓和2个纵向爆炸螺栓首先同时解爆,在0.1秒内纵向导爆索解锁,安装在三子级前端框上的分离弹簧将两半整流罩推开分离,两个整流罩半罩围绕着三子级前端框上的链翻转,随着火箭加速上升整流罩分离下落,在抛罩过程中不会发生碰撞和污染。
二子级/三子级分离
二子级/三子级分离是所谓的“冷分离”,在二子级的主
发动机和游动发动机关机后,安装在三子级上的小型加速火箭点火,从而在火箭飞行方向上产生一个加速度,使得三子级的
推进剂沉底易于三子级发动机点火起动,同时,联接二子级和三子级的爆炸螺栓起爆解锁,安装在二子级上的小型反推火箭点火产生一个反向加速度,二子级与三子级脱离。
卫星/三子级分离
卫星与三子级分离是通过分离弹簧的分离力来实现的,当火箭控制系统发出星箭分离指令,联接卫星和有效载荷支架的包带上的无污染爆炸螺栓起爆解锁,解锁后的包带被安装在有效载荷支架上的拉簧拉回,卫星被分离弹簧推离火箭。
典型飞行时序
参考资料
发射记录
参考资料
主要用途
长征三号乙
运载火箭主要用于发射
地球同步轨道卫星,其运载能力达到5.5吨,是中国用于商业卫星发射服务的主力火箭,长三乙火箭还可执行其它轨道要求的任务,并且还可满足有效载荷调姿、再定向和起旋要求,以及双星和多星发射的要求等,长三乙火箭可提供多种整流罩以适应不同用户的需要。
主要纪录
2024年12月3日13时56分,中国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭,成功把
通信技术试验卫星十三号发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得成功。至此,长征三号乙
运载火箭实现了中国首个单一型号100次宇航发射,创造了中国运载火箭发展历程中又一个百发纪录。
相关评价
作为我国运载火箭的“劳模”,长征三号乙运载火箭所属的长征三号甲系列运载火箭家族近年来完成了包括北斗组网、
嫦娥四号探测器月球探测器发射在内的多项重要发射任务,发射次数位居中国所有运载火箭型号前列。(新华社评)
长征三号乙运载火箭的研制成功,使中国运载火箭的同步转移轨道运载能力得到补充和加强,不仅可以满足发射中国大型通信卫星平台的需要,也大大提高了中国运载火箭的适应性,为卫星的设计提供较宽松的环境,增强了在国际商用发射市场上的竞争能力。(
李聃在《
导弹与航天运载技术》第三期长征三号乙运载火中评)
参考资料
院发射记录.中国运载火箭技术研究院.2023-11-10