长征二号丙(1982年中国研制首发常温液体运载火箭)

2024-01-23 36阅读

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长征二号丙

1982年中国研制首发常温液体运载火箭

长征二号丙(代号:CZ-2C)是中国航天科技集团公司所属中国运载火箭技术研究院研制的一型两级常规液体运载火箭。该火箭主要用于发射低轨和太阳同步轨道卫星。

长征二号丙火箭是在长征二号的基础上改进设计,采用四氧化二氮/偏二甲肼作为推进剂。长征二号丙于1976年启动研制,1982年9月9日首次发射成功。截止到2022年3月5日,共计发射59次。

长征二号丙火箭具有高可靠性和不断更新能力。在数十年来的数十次发射中,该火箭完成了国家赋予的一系列任务,为中国第一型“金牌火箭”,具有能在多个发射场发射多种轨道卫星的能力。

截至2022年9月9日,长二丙火箭已服役四十周年,成为中国服役年限最长的火箭。

中文名 长征二号丙

外文名 Long March 2C
火箭代号 CZ-2C/LM-2C
前型/级 长征二号
次型/级 长征三号
系列型号 CZ-2C/SD、CZ-2C/SM、CZ-2C/SMA
国 家 中国
设计单位 中国运载火箭技术研究院
火箭全长 43米

发展沿革

研制背景

1965年,中国运载火箭技术研究院鉴于各种探空火箭、固体火箭的研制和发射试验都取得了较大的进展,获得了必要的技术储备。

长征二号丙

1970年4月24日,长征一号运载火箭首次发射成功,将中国的第一颗人造卫星东方红1号送入轨道。标志着中国跨入了航天时代。

长征二号丙

1971年,中国第一颗返回卫星正式立项,其运载火箭按照火箭序列化命名为长征二号,低轨道运载能力为1400千克。

1974年11月5日,长征二号火箭在酒泉卫星发射中心首次发射。火箭起飞后姿态失稳,22秒后在空中炸毁,发射失败。结果分析表明:由于俯仰通道速率陀螺与变换发生器间开路,造成俯仰通道姿态失稳,导致飞行失败。设计队伍分析失利原因后改进了火箭相关设计。

1975年11月26日,长征二号火箭发射首次成功,将尖兵卫星送入轨道。

长征二号丙

1974年至1978年,长征二号火箭在酒泉卫星发射中心共发射了4次。

20世纪70年代末期,中国根据发射卫星的需要,又对长征二号火箭进行改进,启动了研制长征二号丙的工作。

研制历程

长征二号丙

中国运载火箭技术研究院对长征二号运载火箭进行了改进设计,提高火箭的可靠性,使其近地轨道运载能力由原来的1800千克提高到2400千克。改进后的长征二号被正式名为长征二号丙火箭。

长征二号丙火箭分为两级状态和三级状态,直径3.35米,全长40~43米,I、II级使用常规推进剂,上面级使用固体发动机。I、II级采用平台+计算机控制,上面级采用惯组+计算机控制。

1975年,长征二号丙火箭进行了第一次发射。

1982年起,长征二号丙火箭在酒泉卫星发射中心接连11次发射成功。

1987年6月16日,长城公司与法国马特拉公司在巴黎航展上签订了在长征二号丙运载火箭发射的返回式卫星上搭载其微重力实验装置的合同。同年8月5日长征二号丙火箭发射的中国第9颗返回式卫星,成功搭载了法国马特拉公司的两台微重力实验装置,并于8月10日安全返回。这是长城公司首次签署商务搭载合同,向国外用户提供星上搭载服务。同年,长征二号丙火箭在成功发射第11颗返回式卫星后,因连续7次发射成功,被中国质量协会授予“全国质量金质奖”。

1992年10月,长征二号丙火箭在发射第14颗返回式卫星时,顺利搭载了瑞典的“弗利亚”科学试验卫星。

1993年,长征二号丙火箭承担了发射美国摩托罗拉公司铱星的任务。根据卫星的要求,长征二号丙火箭需要进行重大的技术改进,在原二级火箭的基础上增加一个全新的上面级,称为长征二号丙改火箭。1997年至1999年长征二号丙改火箭在太原卫星发射中心连续7次发射成功,将摩托罗拉公司2颗模拟星、12颗铱星送入轨道。

长征二号丙

1997年9月1日,改进后的长征二号丙火箭发射,成功地将两颗铱星模拟星送入预定轨道。12月8日,中国第一次用长征二号丙/SD火箭成功实施了低地球轨道卫星组网发射。长征二号丙/SD火箭以一箭双星的方式,将美国摩托罗拉公司制造的铱星送入轨道,为长征火箭首次为外国用户提供一箭双星发射服务。

1998年3月26日长征二号丙/SD遥三火箭发射成功,完成了中国长征运载火箭第50次发射。

1999年,由于长征二号丙改进型火箭连续7次成功发射铱星及其模拟星,加上此前长征二号丙系列火箭连续14次发射成功,原航天工业总公司授予长征二号丙改火箭“金牌火箭”的光荣称号。

2003年长征二号丙SM火箭第一次在西昌卫星中心执行卫星发射任务。长征二号丙/SM火箭最突出的特点是研制了一个全新的固体上面级。

2003年至2004年长征二号丙SM火箭发射的地球空间双星探测计划(赤道星、极轨星)是中国国家航天局与欧洲空间局的合作项目。12月,长征二号丙火箭从发射探测一号卫星到2004年11月发射试验卫星二号,在不到一年的时间里,以两种技术状态、分赴3个发射场、成功发射5次,将6颗卫星送入太空,在中国航天史上没有先例。

2003年,长征二号丙SM火箭成功地将探测1号卫星发射到了近地点550千米、远地点66970千米、倾角28.5度的预定卫星工作轨道,这是中国发射的工作轨道最高的一颗卫星。

2004年,发射试验卫星二号时搭载了清华研制的小卫星“钠星”。7月,长征二号丙火箭以全新的姿态回到酒泉卫星发射中心的新发射工位,完成了新一代尖兵卫星的发射任务。

2004年至2005年,长征二号丙火箭分别在西昌卫星发射中心和酒泉卫星发射中心连续4次发射成功。

截至2011年12月,长征二号丙系列火箭共完成了33次发射,连续32次发射成功。长征二号丙改进型火箭运载能力已成功达到4000千克。

2018年1月25日13时39分,中国在西昌卫星发射中心用长征二号丙运载火箭,成功将遥感三十号04组卫星发射升空,卫星进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。7月9日11时56分,中国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丙火箭,以“一箭双星”的形式成功将两颗巴基斯坦遥感卫星送入预定轨道。这也是长二丙火箭在1999年完成“铱星”发射服务后,时隔19年重返国际商业发射服务市场。9月7日11时15分,海洋一号C卫星在太原卫星发射中心由长征二号丙火箭成功发射,这是“海洋一号”系列的第三颗卫星,也是中国民用空间基础设施"十二五"任务中4颗海洋业务卫星的首发星。

2020年3月24日11时43分,中国在西昌卫星发射中心用长征二号丙运载火箭,成功将遥感三十号06组卫星发射升空。卫星顺利进入预定轨道,任务获得圆满成功。

2021年7月19日8时19分,中国在西昌卫星发射中心用长征二号丙运载火箭,成功将遥感三十号10组卫星发射升空,卫星进入预定轨道。2022年10月13日6时53分,在太原卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭(简称长二丙火箭),成功将5米S-SAR01星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。2022年10月13日6时53分,在太原卫星发射中心用长征二号丙运载火箭,成功将环境减灾二号E星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。2023年1月13日2时10分,我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭,成功将亚太6E卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。2023年2月24日12时01分,我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭,成功将荷鲁斯1号遥感卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。2023年3月13日12时02分,长征二号丙运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空,成功将荷鲁斯2号遥感卫星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。本次发射是长征系列运载火箭的第466次发射。

技术特点

总体布局

长征二号丙的主要控制设备安装在火箭最前端的仪器舱中,箱间段和级间段也安装有部分控制设备。为使火箭的质心位置尽量靠前以提高静稳定性,一、二子级推进剂贮箱都是将密度较大的氧化剂安排在前,密度较小的燃料安排在后。级间段由壳段和杆系两种结构组成,杆系结构用以在一、二子级进行热分离时顺畅地排放二子级发动机喷出的燃气。两种整流罩具有不同的对接部位,以适应不同的有效载荷需求。发射支点设在一子级发动机机架的最前端,以利于发射支撑的稳定和传力结构的合理利用。一、二子级的级间分离面设在二子级机架与壳体的连接面处,以便最大程度地减轻二子级的结构质量,提高运载能力。

箭体结构

长征二号丙的箭体结构由整流罩、仪器舱、推进剂贮箱、级间段、箱间段、尾段等部分组成。箭体结构的主要材料是铝合金。

一子级结构

一子级箭体结构由级间段、氧化剂贮箱、箱间段、燃料贮箱、后过渡段和尾段组成,结构总质量8.6吨。级间段由级间壳段和级间杆系两部分不同的结构构成。

二子级结构

二子级箭体结构由仪器舱、氧化剂贮箱、箱间段和燃料贮箱等部分组成。

燃料贮箱和氧化剂贮箱均为承力式结构,都由椭球形前、后底和较短的筒段构成。贮箱内都安装有防晃板、消漩器、增压兼安全溢出管、液位传感器、温度传感器等。

搭载舱

搭载舱是专门为搭载有效载荷提供服务的舱段,位于主有效载荷与仪器舱之间(主有效载荷使用A型整流罩)。搭载舱的作用是将主有效载荷、搭载有效载荷、A型整流罩和运载火箭连成一体,维持运载火箭外形的完整,提供搭载有效载荷使用空间,并有利于有效载荷入轨后的分离。搭载舱外径2.2米,高度和结构形式可按有效载荷的需要进行设计。

轨道转移舱

轨道转移舱的功用是通过轨道转移的办法,将有效载荷送入比长征二号丙所能达到的正常轨道更高的轨道。根据有效载荷最终轨道的需要,可以设计成一次转移或二次转移来实现最终轨道要求。长征二号丙采用旋转稳定和固体火箭推进的轨道转移舱来实现有效载荷的轨道转移,不希望旋转入轨的有效载荷可在入轨分离前进行消旋。该轨道转移舱既可用于主有效载荷,也可用于搭载有效载荷。

分配器

分配器是一个三轴稳定的上面级,由卫星支架和轨道机动级组成。轨道机动级由固体发动机、主结构、控制系统、姿态控制系统、遥测系统等组成。固体发动机可以根据飞行任务的不同而调整。

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。长征二号丙改进型运载火箭的卫星整流罩由端头帽、前锥段、圆柱段组成。端头帽由玻璃钢纤维材料制成,具有良好的无线电透波性。前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前锥段上开口。长二丙改火箭整流罩长7.818米,最大外直径3.35米,其静包络最大直径为3.0米。

星箭对接

长征二号丙改进型火箭可以提供标准的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。也可以提供爆炸螺栓型接口。

运载能力

长征二号丙改进型运载火箭的典型低轨道(LEO)运载能力为3.0吨。典型低轨道(LEO)参数及入轨精度如下表所列:

参数

典型LEO轨道参数

入轨精度(3σ)

轨道高度

500千米

±6千米

轨道倾角

50°

±0.05

推进系统

长征二号丙采用由液体火箭发动机、泵压式推进剂输送系统和自生增压系统组成的推进系统,使用自燃推进剂,氧化剂为四氧化二氮,燃料为偏二甲肼。

一子级系统

一子级推进系统由组合发动机、推进剂输送系统、增压系统、火工品及电缆、机架等构成。火箭发动机由4台独立的单机通过机架并联而成的组合发动机。

二子级系统

二子级推进系统由推力室、涡轮泵、涡轮工质供应系统、推进剂供应系统、增压系统、火工品及电缆和机架等组成。

配套系统

长征二号丙火箭的其他配套系统,如制导控制、分离系统、遥测跟踪和自毁系统等,均与长征二号火箭的系统功能相同。

设计参数

一子级

二子级

推进剂

N2O4/UDMH

N2O4/UDMH

发动机型号

DaFY6-2

DaFY20-1(主机);DaFY21-1(游动发动机)

发动机推力

2961.6千牛

742千牛(主机);11.8千牛x4(游动发动机)

发动机比冲

2556.2牛*秒/千克

2922.57牛*秒/千克(主机);2910.5牛*秒/千克(游动发动机)

箭体直径

3.35米

3.35米

箭体长度

23.72米

8.387米

整流罩长度

7.818米

火箭全长

40米

起飞质量

213吨

飞行程序

长征二号丙改进型运载火箭的一子级和二子级首先将卫星/分配器组合体送到转移轨道,然后分配器的固体发动机在转移轨道的远地点点火将组合体送入更高的目标轨道,然后进行姿态调整,最后将卫星释放。

时间(秒)

程序

时间(秒)

程序

T-3.00

一子级发动机点火

T+129.00

级间分离

T+0.00

火箭起飞

T+140.00

导引引入

T+8.00

开始程序转弯

T+236.50

二子级YF-22发动机预令关机

T+44.00

飞行马赫数达到1

T+237.50

二子级YF-22发动机主令关机

T+127.00

二子级发动机启动

T+250.50

抛整流罩(120千米高度)

T+127.50

一子级发动机预令关机

T+475.00

游动发动机关机

T+128.50

一子级发动机主令关机

T+478.00

有效载荷与运载火箭分离

系列型号

长征二号丙共有四种系列型号:

长征二号丙/SD:根据铱星发射任务的要求,研制方对长征二号丙火箭进行了修改,在长征二号丙的二级火箭上增加了上面级和采用飞行验证的技术和硬件研制出来的分配器 (Smart Dispenser,缩写:SD) ,火箭更名为长征二号丙/SD(LM-2C/SD)。1997年12月8日首次国际商业发射成功,随后长征二号丙/SD成功地完成了6次铱星发射任务,将12颗铱星送入预定轨道。

长征二号丙/CTS:是在长征二号丙基础上加上面级发展而成。该火箭可用于发射低地球轨道、椭圆地球轨道、太阳同步轨道及地球同步转移轨道的不同类型卫星。

长征二号丙/SM:2003年首次发射,安装了改进版的固体上面级。

长征二号丙/SMA:该火箭比常规的长征二号丙火箭,增加了一级固体上面级,以提升运载能力。长征二号丙/SAM火箭2008年9月6日首次发射环境1A/1B。

发射记录

长征二号丙火箭在酒泉卫星发射中心(JSLC)进行发射。火箭装载在火车上运往酒泉卫星发射中心,进行各种测试和操作活动,包括单元测试和火箭状态恢复。随后火箭由北技术中心转运到北发射中心、火箭各子级在发射中心起竖对接、在发射中心的三次总检查、卫星/火箭联合操作、火箭加注、以及最后发射倒计。一般发射场操作程序要持续27天。

2021年6月18日14时30分,长征二号丙运载火箭在西昌卫星发射中心成功发射,将遥感三十号09组卫星送入预定轨道。8月24日19时15分,在酒泉卫星发射中心用长征二号丙运载火箭/远征一号S遥二上面级,成功将融合试验卫星01/02星送入预定轨道,发射任务获得圆满成功。

2022年3月5日14时01分,中国在西昌卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭,成功将银河航天02批卫星(6颗)和1颗暄铭星愿微纳卫星(“宣城一号”通讯遥感双模卫星)发射升空。卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。4月29日12时11分,中国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭,成功将四维01/02两颗卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。该任务是长征系列运载火箭第417次飞行。5月20日18时30分,中国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭,采取一箭三星方式,成功将3颗低轨通信试验卫星发射升空。卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。该低轨通信试验卫星主要用于开展在轨通信技术试验验证。6月2日12时00分,中国在西昌卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭,成功将吉利星座01组卫星发射升空,9颗卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。7月16日6时57分,中国在太原卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭(以下简称“长二丙火箭”),采用“一箭双星”方式成功将四维高景二号01、02星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。10月13日6时53分,我国在太原卫星发射中心采用长征二号丙运载火箭,成功发射环境减灾二号05卫星。2023年2月24日12时01分,我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭,成功将荷鲁斯1号遥感卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。2023年3月13日12时02分,我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭,成功将荷鲁斯2号遥感卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。

序号

发射时间

运载火箭

发射场

工位

轨道

有效载荷

结果

1

1982.09.09

CZ-2C Y1

酒泉

138

LEO

返回式卫星

成功 [18] 

[18-19]  

2

1983.08.19

CZ-2C Y2

3

1984.09.12

CZ-2C Y3

4

1985.10.21

CZ-2C Y4

5

1986.10.06

CZ-2C Y5

6

1987

08.05

CZ-2C Y6

7

09.09

CZ-2C Y7

8

1988.08.05

CZ-2C Y8

9

1990.10.05

CZ-2C Y9

10

1992.10.06

CZ-2C Y10

11

1993.10.08

CZ-2C Y11 [55] 

12

1997

09.01

CZ-2C/SD Y1

太原

旧工位

铱星模拟星

13

12.08

CZ-2C/SD Y2

14

1998

03.26

CZ-2C/SD Y3

15

05.02

CZ-2C/SD Y4

16

08.20

CZ-2C/SD Y5

17

12.19

CZ-2C/SD Y6

18

1999.06.12

CZ-2C/SD Y7

19

2003.12.30

CZ-2C/SM Y1

西昌

3号

HEO

探测一号

20

2004

04.18

CZ-2C/CTS F23

SSO

试验卫星一号/纳星一号

21

07.25

CZ-2C/SM Y2

太原

旧工位

HEO

探测二号

22

08.29

CZ-2C Y12

酒泉

603

LEO

返回式卫星

23

11.18

CZ-2C Y15

西昌

3号

SSO

试验卫星二号

24

2005.08.02

CZ-2C Y13

酒泉

603

LEO

返回式卫星

25

2006.09.09

CZ-2C Y16

26

2007.04.11

CZ-2C Y18

太原

旧工位

SSO

海洋一号B

27

2008.09.06

CZ-2C/SMA Y1

28

2009

04.22

CZ-2C Y19

遥感卫星六号

29

11.12

CZ-2C Y21

酒泉

603

30

2011

07.06

CZ-2C Y25

31

07.29

CZ-2C Y24

32

08.18

CZ-2C Y26

失败 [19]  ①

33

11.30

CZ-2C Y20

太原

9号

成功 [7]  [10]  [18]  [21-22]   [24]  [26-29]     [32-35]    

[38-39]  

[19]  [41] 

[19]  [42] 

[19]  [44] 

[19]  [45] 

[49]  [51-53]   

[57] 

34

2012

10.14

CZ-2C/SMA Y2

35

11.19

CZ-2C Y17

36

2013

07.15

CZ-2C Y23

酒泉

603

实践十一号05星

37

10.29

CZ-2C Y28

太原

9号

38

2014

03.31

CZ-2C Y27

酒泉

603

实践十一号06星

39

09.28

CZ-2C Y31

40

10.27

CZ-2C Y32

41

11.15

CZ-2C Y35

太原

9号

42

2017

09.29

CZ-2C Y29

西昌

3号 [25] 

LEO

遥感三十号01组

43

11.25

CZ-2C Y33

遥感三十号02组

44

12.26

CZ-2C Y34

遥感三十号03组

45

2018

01.25

CZ-2C Y36

遥感三十号04组 [23]  ;

“微纳-1A”卫星

46

06.27

CZ-2C Y44

47

07.09

CZ-2C /SMA Y3

酒泉

603

SSO

巴基斯坦遥感卫星一号;

科学实验卫星PakTES-1A

48

09.07

CZ-2C Y39

太原

9号

海洋一号C卫星

49

10.09

CZ-2C Y38

(YZ-1S Y1)

酒泉

603

遥感32号01组

50

10.29

CZ-2C Y22

51

2019.07.26

CZ-2C Y37

西昌

3号

LEO

遥感三十号05组三星 [30-31]  

52

2020

03.24

CZ-2C Y42

遥感三十号06组卫星

53

06.11

CZ-2C Y40

太原

9号

SSO

海洋一号D卫星

54

10.26

CZ-2C Y30

西昌

-

-

遥感三十号07组卫星;天启星座06星

55

2021

05.07

CZ-2C Y47

遥感三十号08组三星、天启星座12星

56

06.18

CZ-2C Y48

57

07.19

CZ-2C Y49

58

08.24

CZ-2C Y51

酒泉

-

59

2022

03.05

CZ-2C Y63

西昌

3号

银河航天02批卫星

60

04.29

-

酒泉

-

-

四维01/02卫星

61

05.20

-

低轨通信试验卫星

62

06.02

西昌

-

吉利星座01组卫星

63

07.16

太原

四维03/04卫星

64

07.16

太原

-

-

四维高景二号01、02卫星

65

10.13.6:53 [58] 

-

太原

-

-

S-SAR 01星

66

10.13.6:53

太原

环境减灾二号E星

成功 [62] 

67

2023

1.13.2:10

西昌

亚太6E卫星

成功 [63] 

68

2.24.12:01

酒泉

荷鲁斯1号遥感卫星

成功 [64] 

69

3.13.12:02

酒泉

荷鲁斯2号遥感卫星

成功 [66] 

备注:①2011年8月18日17时28分,中国在酒泉卫星发射中心用“长征二号丙”运载火箭发射“实践十一号04星”。火箭飞行过程中发生故障,卫星未能进入预定轨道,发射失利 [36]  。

所获荣誉

1987年,长征二号丙火箭在成功发射中国第11颗返回式卫星后,因连续发射成功,被中国质量协会授予“全国质量金质奖”。

1998年,长征二号丙火箭被中国航天工业总公司授予“优质长征二号丙运载火箭金牌”,是中国第一枚“金牌火箭”。

1999年,长征二号丙火箭被中国航天科技集团公司授予“优质液体运载火箭”称号。

总体评价

长征二号丙火箭的技术状态在不断优化和改进,重点是提高可靠性。各国火箭的发展过程表明,运载火箭发射是一个复杂的系统工程,其中潜在的一些设计、技术问题不可能在一次或几次发射中就完全暴露出来,有的可能在首飞中暴露,有的可能要在多次飞行以后,才能被充分认识。只有在把所有的问题都认识清楚、彻底解决以后,才能真正做到“稳妥可靠、万无一失”。长征二号丙火箭研制队伍在努力实现长征二号丙系列火箭“运载市场化”,提高长征二号丙火箭的市场竞争力。(人民网 评)

参考资料

1.长征二号丙 ·中国航天科技集团有限公司

2.长征二号丙 ·中国运载火箭技术研究院.

3.长二丙“一箭三星”三战三捷,火箭院2017年宇航发射圆满收官 ·中国运载火箭技术研究院

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