【中国航天·美图】中国航天运载火箭及部分著名载荷(上)

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【中国航天·美图】中国航天运载火箭及部分著名载荷(上)

2024-07-12 08:45| 来源: 网络整理| 查看: 265

前言:

中国航天较世界其他大国,起步稍晚,受限于各方面条件,遭遇的困难和别的国家相比也大。但我们的航天人冒着各种危险,发展出国产的全方位航天技术。这么多年来,中国航天不畏险阻,厚积薄发,既有神舟飞船的屡战屡胜,也有开拓者一号的惨痛教训,我国航天正从航天“入门”到航天大国,再到航天强国,每一步都要付出十分的努力。

不得不说,我国航天在某些领域上,比如深空探测,火箭可回收,部分火箭发动机上,与他国还有着较大的差距,但世上哪有人一口就能吃成个胖子的?我国的航天是全方位发展的,进步也是显而易见的,相信中国航天能够稳扎稳打,不断突破。

在B站上,做火箭科普的有很多,然而大部分都是做视频,很少有专门写专栏的,火箭的一些载荷没有做过多的介绍。笔者本是文科生,在B站上也是以抗战史科普为主,理科学的并不好,自然在自然科学方面的论述,要比其他大佬逊色很多。然每次想起航天科普有着一些空缺,都不自禁地动起笔来,希望能尽自己的微薄之力,为航天的科普贡献些力量。

本文参考资料均为公开资料,不涉密,内容仅供参考,图片大部分选自网络,数量较多,来源繁杂,笔者不能一一与原作者沟通,若出现侵权问题可与本人私信解决。

长征一号系列

长征一号系列是我国第一种实际投入使用的航天运载火箭。于1965年开始研制,初期由中国第七机械工业部第八研究院负责总体设计,1967年11月改由中国运载火箭技术研究院为主研制。三级火箭,其一、二子级采用了液体推进剂火箭发动机、惯性制导、三轴姿态 稳定技术;三子级采用固体推进剂火箭发动机、自旋稳定、无制导方案。之后又研发出长征一号丁(长征一号D),用于商业发射和亚轨道飞行器测试,三次发射全为亚轨道。

长征一号

1970年4月24日,长征一号首次正式发射,将中国第一颗人造卫星“东方红一号”成功送入太空,卫星顺利入轨,工作正常。1971年3月3日,长征一号又顺利将“实践一号”科学试验卫星送入轨道。之后长征一号完成其使命,停止使用。

发射次数:2(亚轨道1次)(成功2次)

注:较为著名的载荷有

东方红一号:东方红一号是我国第一颗成功发射的人造卫星,卫星呈球状,其主要任务是进行卫星技术试验、探测电离层和大气层密度,除实验外,卫星还可以以20.009兆赫的频率发射《东方红》音乐,卫星在轨运行28天,完成预期目标,比预计工作时间多出8天。在此期间,有国外收听并录下了由东方红一号发射的《东方红》。

总体参数:

全长:29.860m

起飞推力:1020kN

起飞质量:81.570t

运载力:

300KG(440km圆轨道)

一子级:

级长:17.835m

直径:2.250m

发动机:YF-2

推进剂:硝酸-27S/偏二甲肼

二子级:

级长:7.486m

直径:2.250m

发动机:YF-3

推进剂:硝酸-27S/偏二甲肼

三子级:

级长:4.565m

直径(发动机壳体):0.770m

发动机:FG-02

推进剂:聚硫橡胶固体推进剂

长征一号乙(马杰)

长征一号乙是长征一号的第一种改进方案,用意大利造马杰火箭的第三级意丽丝固体火箭发动机来替换国产的第三级GF-02固体火箭发动机,其余基本不变。因为缺乏资金,长征一号乙未投入实际生产。

长征一号丙

此方案第三级改为四氧化二氮偏二甲肼固体燃料,使火箭的近地运载能力提高到半吨。1984年首次成功测试第三级发动机,但因种种原因,中国运载火箭技术研究院于1988年取消了长一丙工程。

长征一号丁(D)

长征一号丁是长征一号的改进型,对三个子级的发动机性能予以不同程度的提升,全程采用惯性制导,提高运载力并三级飞行和星箭分离时姿态。

长征一号进行过三次发射,分别为1995年、1997年、2002年,均为亚轨道发射,其中2002年的发射失败,笔者能力有限,查不到原因。除了亚轨道飞行外,长征一号D还可进行商业发射,用于将卫星送入近地轨道和太阳同步轨道,但没有实行。

 发射次数:3(亚轨道3次)(成功2次)

 总体参数:

全长:28.220m

起飞推力:1101.2kN

起飞质量:81.465t

运载力:

太阳同步轨道:360KG(700km轨道)

一子级:

级长:17.835m

直径:2.250m

发动机:YF-2A

推进剂:硝酸-27S/偏二甲肼

二子级:

级长:6.209m

直径:2.250m

发动机:YF-40(2台)

推进剂:四氧化二氮/偏二甲肼

三子级:

级长:1.774m

直径:2.054m

发动机:FG-36

推进剂:端羟基聚丁二烯

辅助动力系统:YF-85(推进剂为DT-3)

 

长征二号系列

长征二号系列火箭研制起始时间是1970年,于1974年11月5日首飞,其运载力较“长征一号系列”有极大提高,是中国航天的主力系列火箭,其中CZ-2F被称为“神箭”。

因长征二号系列各型变化较大,笔者在下面分别讲述。

长征二号

长征二号于1974年11月5日在酒泉卫星发射中心进行了第1次发射。由于火箭控制系统中的一根导线存在暗伤而断裂,导致火箭姿态失去控制,首次飞行试验失败。第2次发射于 1975年11月26日成功,将中国第1颗返回式卫星“尖兵一号”准确送入预定轨道。随后又连续两次发射成功,将中国第2颗和第3颗返回式卫星准确送入预定轨道。作为一种中型运载火箭,长征2号的火箭发动机推力更强,运载力达到1.8t(近地轨道),长征二号于1979年退役。

 发射次数:4(成功3次)

总体参数:

全长:31.17m

起飞推力:2786kN

起飞质量:192t

运载力:

近地轨道:1.8t(200—470km轨道)

一子级:

级长:23.720m

直径:3.35m

发动机:YF-21

推进剂:四氧化二氮/偏二甲肼

二子级:

级长:8.706m

直径:3.35m

发动机:

主机:YF-22

游机:YF-23(4台)

推进剂:四氧化二氮/偏二甲肼

 风暴一号

FB-1是由上海航天技术研究院负责研制的两级液体推进剂火箭。采用四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂,主要用来发射低轨道卫星。根据不同的任务和用途,曾先后研制过 3种状态的火箭,1972年8月首次进行遥测试验火箭发射,取得了基本成功。在中国酒泉卫星发射中心进行了11次飞行发射,取得了 7次成功。共发射6颗低轨道人造地球卫星 ,成功地为新技术试验进行了2次低弹道发射。风暴一号火箭于1982年停止使用。

发射次数:11(成功7次)

注:较为著名的载荷有

实践二号卫星,是中国自主研制的科学探测和技术试验卫星,由三颗卫星组成,负责探测太阳活动、地球附近空间的带电粒子、地球和大气的红外和紫外辐射背景及高空大气密度等空间物理环境参数和试验自旋稳定及对日定向的姿态控制方式等新技术的任务,。1981年9月20日,中国成功实现了一箭三星的发射任务,将实践二号和实践二号甲/乙卫星送入预定轨道,使中国成为世界上第三个掌握一箭多星技术的国家。

总体参数:

全长:32.570m

起飞推力:2746kN

起飞质量:192.679t

运载力:

近地轨道:1.5t(190km轨道)

一子级:

级长:23.819m

直径:3.35m

发动机:YF-21

推进剂:四氧化二氮/偏二甲肼

二子级:

级长:8.607m

直径:3.35m

发动机:YF-23

主机:YF-22

游机:YF-23U

推进剂:四氧化二氮/偏二甲肼

长征二号丙

长征二号丙是由长征二号改进而来,近地轨道运载能力由1.8t提高到3.5t,同时火箭的可靠性也有一定程度的提高。1982年9月9日,长征二号丙接替长征二号的任务,在成功的基础上继续发射尖兵一号卫星,再次获得成功,早期CF-2C执着于发射返回式卫星,最近的一次是2005年8月2日,长征二号丙将尖兵二号返回式卫星成功送入轨道。上个世纪九十年代,CF-2C进行了一些改进,加装第三级,有SM和SMA两种改进型,可负责发射太阳同步轨道卫星,其中的SMA改进型进行了美国铱星的发射,均取得成功。

进入二十一世纪,长征二号丙作为我国航天基础火箭之一,一直战斗在航天第一线,到目前已发射64次(包括7次亚轨道某型高超音速飞行器测试),被誉为“金牌火箭”。

 发射次数:64(成功63次)(亚轨道7次)

注:截止至2021年7月29日。

 总体参数(CZ-2C):

全长:43.027m

起飞推力:2962kN

起飞质量:245t

运载力:

近地轨道:3.85t(200km轨道)

一子级:

级长:26.822m

直径:3.35m

发动机:YF-21C

推进剂:四氧化二氮/偏二甲肼

二子级:

级长:11.307m

直径:3.35m

发动机:YF-24C

主机:YF-22C

游机:YF-23C(4台)

推进剂:四氧化二氮/偏二甲肼

 

总体参数(CZ-2C/SM)

运载力(地球同步轨道):1.2t

一、二级基本无改变

上面级:

级长:3m

直径:1.4m

发动机:8FG57-2C

推进剂:端羟基聚丁二烯

 

总体参数(CZ-2C/SMA)

运载力(600km太阳同步轨道):1.9t

一、二级基本无改变

上面级:

级长:1.2m

直径:2.7m

发动机:FG-47

推进剂:端羟基聚丁二烯

长征二号丁

CZ-2D是用于发射近地轨道中小型有效载荷的两级运载火箭,于1990年8月9日由上海航天技术研究院为主研制。1992年8月9日成功地进行了首次发射。2000年开始,上海航天技术研究院对其进行了技术改进,重点是提高运载能力和发射可靠性,并研制了直径3350mm的有效载荷整流罩。1992年8月9日,长征二号丁成功发射尖兵二号乙返回式卫星。2016年12月28日,CZ-2D发射高景一号01、02星和八一少年行卫星,八一卫星顺利入轨,但高景卫星没能进入预定轨道,经卫星发动机反复补救,最终进入预定轨道,之后高景卫星传回第一批影像,发射取得部分成功。

发射次数:53(成功52次,部分成功1次)

注:截止至2021年7月29日。

注:较为著名的载荷有

暗物质粒子探测卫星:亦称悟空,用于开展高能电子及高能伽马射线探测任务,探寻暗物质存在的证据,研究暗物质特性与空间分布规律。到2018年已探测到宇宙射线粒子55亿个,到2020年底,已探测到90亿个宇宙射线事例,平均每天500万个,目前在正负电子观测、核素宇宙射线观测、伽马射线观测取得较大成果。(具体见《科学通报2021年11期》当中的《暗物质粒子探测卫星研究进展》)

量子科学实验卫星:亦称墨子,是量子科学实验平台,用于研究量子通讯。自发射以来进行了经由卫星中继的“星地高速量子密钥分发实验”,并在此基础上进行“广域量子通信网络实验”及进行“星地双向纠缠分发实验”与“空间尺度量子隐形传态实验”,开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究,四项实验皆为世界上首次开展。卫星同时会透过高速相干激光通信机开展与地面通信接收站之间的实时“星地双向激光通信技术演示试验”,为第二代激光通信设备,速率达5Gbps。

中国科学技术大学教授潘建伟等与美国加州理工学院、澳大利亚昆士兰大学等单位人员合作,利用“墨子号”对一类语言引力场导致量子退相干的理论模型进行了实验检验,2019年9月19日,国际学术期刊《科学》杂志发布该研究成果。

到目前为止,“墨子号”已完成千公里级地星双向量子纠缠分发、地星量子秘钥分发、地星量子隐形传态等科学目标。

总体参数:

全长:41.056m

起飞推力:2961.6kN

起飞质量:250t

运载力:1.35t(600km太阳同步轨道)

一子级:

级长:27.910m

直径:3.35m

发动机:YF-21B

推进剂:四氧化二氮/偏二甲肼

二子级:

级长:11.214m

直径:3.35m

发动机:YF-24C

主机:YF-22C

游机:YF-23C(4台)

推进剂:四氧化二氮/偏二甲肼

长征二号E

长征二号E是中国研制的首枚捆绑式运载火箭,是以加长的长征二号丙为芯级,捆绑4个液体推进剂助推器构成的近地轨道两级液体推进剂运载火箭。可以把9.2t的有效载荷送入200km高的近地圆轨道。如配以合适的上面级,还可把约3t的有效载荷送入地球同步转移轨道。长征2号E的命运比较坎坷,该型火箭与澳大利亚等国的卫星存在兼容性问题,加上火箭技术尚不算成熟等原因,导致成功率较低。7次发射,3次成功,1次部分成功,除此之外还有一次终止发射。长征二号E于1995年左右退役。

发射次数:7(成功3次,部分成功1次,部分失败1次,失败2次)

总体参数:

全长:49.686m

起飞推力:5923.2kN

起飞质量:462.46t

运载力:

9.2t(200km近地圆轨道)

4.34t(使用ETS上面级,太阳同步轨道,高度1000公里)

3.5t(使用EPKM上面,地球同步转移轨道,远地点35786公里)

助推器:4个

长度:15.326m

直径:2.25m

发动机:YF-20B(一共四台)

推进剂:四氧化二氮/偏二甲肼

一子级:

级长:28.465m

直径:3.35m

发动机:YF-21B

推进剂:四氧化二氮/偏二甲肼

二子级:

级长:14.223m

直径:3.35m

发动机:YF-24B

主机:YF-22B

游机:YF-23B(4台)

推进剂:四氧化二氮/偏二甲肼

上面级(近地点级EPKM):

级长:3.62m

直径:1.7m

发动机:EPKM

推进剂:固体推进剂(端羟基聚丁二烯?)

上面级(转移级ETS)

级长:1.5m

直径:0.99m

发动机:ETS

推进剂:固体推进剂

长征二号F

长征二号F是以CZ-2E为基础,按照载人航天的任务要求研制的两级运载火箭,主要用于发射神舟号飞船和大型目标飞行器到近地轨道,由中国运载火箭技术研究院为主研制。于1992年9月21日立项研制,1999年11月20日首次成功发射神舟一号试验飞船,2003年10月 15日首次进行载人发射获得成功。该火箭属二级捆绑式火箭,由四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔(发射空间站及亚轨道航天器则不包含)等几个部分组成,安全性能达0.97,包括改进型在内的15次发射(至2021年7月29日)全部圆满成功,被誉为“神箭”。

发射次数:15(成功15次)

注:较为著名的载荷有神舟一号、神舟五号(杨利伟) 、神舟六号(费俊龙、聂海胜)、神舟七号(翟志刚、刘伯明、景海鹏)、天宫一号、神舟九号(景海鹏、刘旺、刘洋)、神舟十号(景海鹏、张晓光、王亚平)、天宫二号、神舟十一号(景海鹏、陈冬)、神舟十二号(聂海胜、刘伯明、汤洪波),因内容较多,笔者就不细讲述了。

神舟一号飞船杨利伟拍摄画面

总体参数:

全长:58.3m(包括逃逸塔)

起飞推力:5923.2kN

起飞质量:479.7t

运载力:

8.08t(200km/350km近地圆轨道)

助推器:4个

长度:16.094m

直径:2.25m

发动机:YF-25K(一共四台)

推进剂:四氧化二氮/偏二甲肼

一子级:

级长:28.465m

直径:3.35m

发动机:YF-20K

推进剂:四氧化二氮/偏二甲肼

二子级:

级长:14.223m

直径:3.35m

发动机:

主机:YF-24K

游机:YF-23B(4台)

推进剂:四氧化二氮/偏二甲肼

长征二号F改

长征二号F改进型运载火箭(CZ-2F/G)替代基本型,用于发射神舟号载人飞船载人任务(安装逃逸塔)以及不载人任务和空间站如天宫一号(不设逃逸塔,整流罩顶部改为冯•卡门曲线)。助推器推进剂储箱顶部椭球顶改为锥形顶,提升推进剂储存量,增加近地轨道推力。另外,把助推器的分离时间由升空后140秒改为153秒,紧接一级火箭分离。

总体参数:

全长:

52m(不载人)

58.34m(载人)

起飞质量:493t

运载力(低轨道):

8.6吨(空间站)

8.1吨(飞船)

长征二号F换发型(长征二号F/H)

以长征二号F为基础,换上使用无毒无污染低温煤油、液氧推进剂的发动机,用于无人的货运任务。此计划已经被长征七号系列运载火箭代替。

参考资料见下期



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