基本介紹
- 中文名：長征一號運載火箭
- 外文名：Long March 1 Launch Vehicle
- 所屬國家：中華人民共和國
- 研製單位：中國運載火箭技術研究院
- 目前狀態：退役
- 火箭全長：29.5米
- 起飛質量：81.5噸
- 起飛推力：1019千牛
- 最大直徑：2.25米
- LEO運載能力：300千克
- 首飛時間：1970年4月24日
- 研製時間：1965年
- 發射目標：東方紅一號
- 級數：三級
- 發射場：酒泉衛星發射中心
發展沿革,箭體設計,總體布局,箭體結構,推進系統,一子級推進,二子級推進,三子級推進,制導控制,制導系統,姿態控制,三子級控制,遙測跟蹤,遙測系統,跟蹤系統,三子級遙測,電源配電,自毀系統,延時自毀,失穩自毀,地面安控,技術參數,系列型號,長征一號,長征一號乙,長征一號丙,長征一號丁,
發展沿革
長征一號運載火箭，是為發射中國第一顆人造地球衛星東方紅一號而研製的三級運載火箭。它的一、二級火箭採用當時的成熟技術，並為發射衛星做了適應性修改，第三級是新研製的以固體燃料為推進劑的上面級。1967年11月，決定由中國運載火箭技術研究院負責研製。1968年初，完成了火箭的總體設計，之後又用了兩年左右的時間完成了各種大型的地面試驗。1970年4月24日，長征一號火箭首次發射，將中國第一顆人造地球衛星東方紅一號順利送入軌道，發射獲得圓滿成功。1971年3月3日，長征一號火箭第二次發射，把實踐一號科學試驗衛星準確送入軌道，又一次取得圓滿成功。相對於70度傾角、440公里高的圓軌道，長征一號火箭的運載能力為300千克，此火箭共進行了兩次發射，均獲得成功。長征一號的研製成功，揭開了中國航天活動的序幕。
長征一號運載火箭
長征一號運載火箭為了提高長征一號火箭的運載能力，適應國內外小型衛星發射市場需求，根據長征一號改進的長征一號丁運載火箭進入發射市場。長征一號丁的低軌道（185千米）運載能力為850千克，地球同步軌道的運載能力為200千克。
“長征一號D”運載火箭是“長征一號”火箭的改進型，主要改進有：提高了一子級發動機推力；提高二、三子級性能；採用“平台-計算機”全慣性制導，最重可將750公斤的衛星送入低地軌道中，經過改進，“長征一號D”火箭可以發射各種低軌道衛星，並已投入商業發射。
東方紅一號衛星的上天，使中國成為繼蘇聯、美國、法國和日本之後，第五個完全依靠自己的力量成功發射衛星的國家。該星不僅全部達到了設計要求，而且質量超過了前四個國家首顆衛星質量的總和。同時，在衛星的跟蹤手段、信息傳輸形式和星上溫控系統等技術領域，都超過這些國家第一顆衛星的水平。在中國幾代航天人的眼裡，作為中國首枚空間運載火箭，“長征一號”托舉起了中華民族的“航天夢”和“太空夢”，拉開了中國人探索宇宙奧秘、和平利用太空、造福人類的序幕。
箭體設計
總體布局
長征一號三級火箭為串聯布局，從箭尾至箭頂依次為一子級、二子級和整流罩（內含三子級）。
長征一號運載火箭
長征一號運載火箭一子級為圓柱殼，從上至下分別為級間段、桿系、氧化劑貯箱、箱間段、燃料貯箱和尾段。液體火箭發動機通過機架與燃料貯箱後過渡段相連。尾段下部裝有燃氣舵，外側對稱固定安裝4個穩定尾翼。
二子級為“錐柱”殼，錐殼半錐角9度。上部是錐形儀器艙（上、下艙總高1.75米），艙內安裝有一、二級動力段和滑行段控制、測量及安全自毀設備。中部是共底貯箱。上貯箱裝燃料，下貯箱裝氧化劑。下部是高1.9米的尾段。液體火箭發動機通過機架與貯箱錐形後底連線。尾段內裝有電池及外彈道測量跟蹤系統的雷達應答機。4個燃氣舵安裝在尾段的燃氣舵舵圈上。
整流罩為“錐柱”殼，半錐角25度。三子級主體為直徑0.77米的固體火箭發動機。其上部是儀器架。架中央的彈射器用來固定、支持有效載荷（衛星）。三子級通過錐裙與二子級相連。
長征一號各級之間以及有效載荷與三子級之間均用爆炸螺栓連線。一、二子級採用熱分離，二、三子級採用冷分離。整流罩與三子級之間解鎖後，由火藥彈射筒平拋離開箭體。衛星則依靠三子級上的彈射器分離。
箭體結構
一子級
一子級結構包括“ 殼體一桿系” 級間段、氧化劑箱、箱間段、燃料箱及其後過渡段、尾段。
氧化劑箱長7.5米，直徑2.25米，容積27.7立方米。箱體為LF6-M防鏽鋁合金焊接的承壓容器。前、後貯箱箱底均為長、短軸之比為1.4的橢球殼，後底開有4個帶漩渦消除器的推進劑出口。貯箱側壁裝有防晃板。
燃料箱長6.36米，直徑2.25米，容積23立方米。材料和貯箱箱底尺寸與氧化劑箱相同。貯箱側壁為化銑壁板焊成的圓筒殼。
箱間段、燃料箱後過渡段、尾段均為半硬殼結構，材料都是LY12硬鋁合金。
級間段總高1.6米。上部筒殼是LY12半硬殼結構，下部桿系由16根30CrMnSiA合金鋼管焊成。一、二子級分離時，二子級發動機的燃氣從桿系中排出。為保護一子級氧化劑箱不被燒穿，貯箱前底外裝有玻璃防熱套。
二子級
二子級結構包括儀器艙、貯箱和尾段。
儀器艙總高1.75米，錐形半硬殼結構。距下端面0.2米處設有一橫樑，支持慣性儀器基座。大部分儀器懸掛在艙壁上。為方便檢查、更換艙內的儀器設備，全艙開有兩排共6個艙口。儀器艙殼體材料為LY12。
貯箱總長3.5米，共底結構。共底上部是燃料箱，容積4.6立方米，下部是氧化劑箱，容積為5.3立方米。共底上凸，能承受0.11兆帕的負壓。下貯箱後底是半錐角48度的模鍛錐形底。其中央開有人孔，輸送管從此孔口蓋中央引出。錐形底下端固定二子級液體火箭發動機，承受29 .42千牛的發動機推力。燃料輸送管沿氧化劑箱外壁進入貯箱後過渡段並進入發動機泵口。兩個貯箱的推進劑出口處都裝有漩渦消除器。貯箱側壁裝有防晃板。貯箱材料為LF6-M防鏽鋁合金。貯箱後過渡段為高0.8米的半硬殼結構。殼內安裝10個欽合金氣瓶，貯存高壓氮氣。
尾段高1.9米，是由8根大梁和析條構成的加筋殼體。大梁下端是連線級間爆炸螺栓的接頭。尾段下部裝著舵圈，其上安裝4組舵機和燃氣舵。尾段殼體材料為LY12。
三子級
三子級結構由儀器支架和轉接錐組成。
儀器支架高0.49米，底部直徑0.7米。上部是桿系，桿頂裝衛星彈射器。彈射器由鍍金內殼、外殼、壓縮彈簧、爆炸螺栓4部分組成。內、外殼法蘭用兩個爆炸螺栓聯接。鍍金內殼用螺栓與衛星固連。爆炸螺栓解鎖後，壓縮彈簧將鍍金內殼和衛星一起彈出，實現星箭分離。支架下部是圓形板。支架下端框與固體發動機固連。支架材料為12L。支架上裝程式機構及遙測、外測設備。
轉接錐高0.2米，半錐角45度，半硬殼結構。錐體上端框與三子級固體發動機連線，下端框與二子級儀器艙前端框相連。轉接錐在火箭一、二級飛行時支撐第三級火箭，材料為LY12。
衛星整流罩
整流罩由兩個半罩扣合而成。兩個半罩用6個爆炸螺栓連線。罩體上部是玻璃鋼錐殼，長1.2米；下部筒殼是LY12鋁合金材料製成的半硬殼結構。整流罩頂部、尾部各置兩對火藥作動筒供拋罩使用。罩體尾部用4個爆炸螺栓與二子級連線。
推進系統
火箭推進系統由一、二子級液體發動機及推進劑增壓輸送系統和三子級固體發動機組成。
一子級推進
（1）發動機
YF-2發動機由並聯總裝在一個機架上的4台獨立工作的YF-1單機組成。每台YF-1單機自成獨立系統。發動機採用偏二甲肼+硝酸-27S自燃推進劑，海平面推力1020千牛，海平面比沖2349牛·秒/公斤，真空比沖2607牛·秒/公斤，推進劑總流量434.4公斤/秒，混合比2.46，工作時間約140秒，全機質量1180公斤，最大外輪廓尺寸（高度×直徑）為2.655米×2.25米。
東方紅一號衛星與長征一號運載火箭總裝結合
東方紅一號衛星與長征一號運載火箭總裝結合YF-2採用閉式渦輪泵供應系統，主、副系統採用同種推進劑，渦輪轉速16500轉/分。推力室採用夾層釺焊結構，主要材料為耐熱合金鋼。推力室頭部用燃料內冷卻，身部夾層由氧化劑進行再生冷卻。此外，發動機還包括起動、推力調節等系統。發動機閥門採用電爆管控制，起動、轉級、關機迅速。
YF-2發動機首先起動Ⅱ、Ⅳ號分機，0.3秒後再起動Ⅰ、Ⅲ號分機。兩種推進劑起動閥門打開後，推進劑在貯箱增壓壓力及液柱靜壓下向發動機腔道充填。0.85秒後，火藥起動器藥柱點燃，燃氣吹動渦輪，泵開始工作，兩種推進劑進入推力室自燃點火併向主級工作狀態過渡。此時，渦輪逐漸被燃氣發生器產生的燃氣驅動。當發動機受到外界及內部偶然因素干擾時，壓調器、穩定器使其自動回復到穩定工作狀態。發動機關機分兩步：首先使壓調器進入末級工作狀態，推力減半，然後關閉斷流閥門，切斷推進劑供應，終止推力。
（2）輸送系統
YF-2發動機採用泵壓式輸送系統。氧化劑泵入口壓力為0.333兆帕，燃料泵入口壓力為0.265兆帕。氧化劑箱、燃料箱各有4個出口，各通過4根輸送導管進入泵口。導管材料為LF6-M。為補償尺寸偏差和結構變形，導管中間裝多根不鏽鋼補償軟管。
（3）增壓系統
採用氮氣增壓。冷氮氣貯存在20兆帕壓力的合金鋼高壓氣瓶中。氣瓶總容積0.44立方米。
電爆閥門打開後，高壓氣瓶中的冷氮氣經過減壓進入氮氣加溫器。發動機渦輪廢氣引入氮氣加溫器將氮氣加熱到約270攝氏度，通過增壓管道送入貯箱增壓。氧化劑貯箱最高增壓壓力（即保險閥門打開壓力）為0.294兆帕，燃料貯箱最高增壓壓力為0.255兆帕。
（4）火工品
發動機起動-斷流閥門、火藥起動器、壓調器及增壓系統的開啟閥門均用電爆管控制。其發火電流為2安，安全電流0.2安。
二子級推進
（1）發動機
YF-3發動機是在YF-1單機基礎上設計的高空發動機，主要變化有：加裝玻璃鋼噴管延捎諼，使噴管面積比由10增加到48.2；渦輪泵組由燃燒室上方移到側面，使發動機總長度縮短；渦輪廢氣改從噴管內排出；採用小型機架將推力傳至貯箱錐底；採取了可靠的高空點火措施。
YF-3發動機真空推力294.2千牛，真空比沖2746牛·秒/公斤（改進後，真空推力為320.2千牛，真空比沖為2814牛·秒/公斤），推進劑流量113.77公斤/秒，混合比2.48，工作時間102秒。發動機質量350公斤，最大外輪廓尺寸（高度×直徑）為2.445米×1.55米。
（2）輸送系統
同一子級。其中氧化劑泵入口壓力為0.304兆帕，燃料泵入口壓力為0.245兆帕。
（3）增壓系統
同一子級，但改用鈦合金氣瓶。系統總容積0.2立方米，共用10個氣瓶（每個氣瓶容積20升，質量8.6公斤）。氧化劑箱最高增壓壓力0.432兆帕，燃料箱最高增壓壓力約0.314兆帕。
（4）火工品
同一子級。
三子級推進
三子級採用FG-02固體火箭發動機。發動機總長4.0米，直徑0.77米，總質量2056公斤，裝藥量1800公斤，真空總沖約4440千牛·秒，真空平均比沖約2472牛·秒/公斤，工作時間約40秒。工作時火箭旋轉角速度180轉/分。
發動機用小火箭式點火器點火。點火藥系速燃的聚硫推進劑。
制導控制
長征一號飛行分為第一、二級動力飛行、第二級滑行和第三級加速飛行三個階段。除第三級加速的火箭自旋穩定，箭上僅靠時間指令裝置控制外，其餘都由裝在二子級火箭上的全慣性控制系統控制。
制導系統
制導系統採用位置捷聯補償縱向制導加坐標轉換橫嚮導引和法嚮導引方案。在第二級火箭關機時，制導系統控制關機參數，使第三級火箭能滑行到預定的點火位置和具有精確的點火初速。
長征一號運載火箭
長征一號運載火箭制導系統由加速度計（包括陀螺加速度計、迴路放大器、整形放大器）、數字計算裝置、模擬計算裝置、橫法向儀（包括橫向加速度計、法向加速度計、橫法向放大器）組成。此外，制導系統還接收水平陀螺儀、垂直陀螺儀的Δφ、ψ信號。
制導原理如下：
火箭按預定視速度關機。關機方程包括火箭縱向視速度和3個補償量。陀螺加速度表測出火箭縱向視加速度，經數字計算裝置積分後送入關機控制電路，構成關機主量，向發動機發出一級關機預令和主令、二級關機主令。3項補償分別補償關機時間偏差、常值偏差（如起飛質量偏差、發動機推力偏差等）和隨機干擾（如陣風等）。
加速度計縱向採用氣浮陀螺加速度計，橫、法向採用擺式加速度計。計算裝置包括數字計算裝置和模擬計算裝置兩部分。前者由加速度存貯器、可逆計數器、積分運算器組成，完成視速度裝訂、存貯和視加速度積分運算。模擬計算裝置包括數模轉換器、變係數及脈衝調製器和乘法器。其功用是在射前進行3個補償係數裝訂並在飛行中實施補償。裝置中各種邏輯電路多採用電晶體分立元件，因而較重，總質量達65公斤。
姿態控制
敏感元件包括水平陀螺儀、垂直陀螺儀、速率陀螺儀及橫法向儀。中間裝置是由整流校正網路和綜合放大器組成的3套變換放大器，分別對一級、二級動力飛行段及滑行段姿控參數進行變換放大。執行機構由8套舵機及滑行段姿控冷氣噴射電磁閥組成，它們分別帶動8個燃氣舵和控制8個冷氮氣噴管。
水平陀螺儀、垂直陀螺儀都是靜壓氣浮軸承支撐的二自由度陀螺儀。前者測量俯仰角偏差，後者測量偏航、滾動角。
三子級控制
三子級沒有控制系統，僅有一組控制電路，完成第三級火箭起旋、固體火箭發動機點火、衛星分離以及整流罩的解鎖和拋射工作。電路由兩個鐘錶機構、配電盒和電池組成。
三子級火箭的起始姿態由二子級姿態控制系統保證。二、三級分離後3秒，起旋火箭點火，使第三級轉速達到180轉/分。經過3.5秒，固體火箭發動機點火。工作約40秒後，發動機耗盡熄火。火箭與俠星分離時，俯仰及偏航姿態角不超過4度。
遙測跟蹤
二子級火箭上裝有一套遙測系統和一套跟蹤系統。三子級上裝一套簡化的遙測和跟蹤系統。
遙測系統
二子級上裝有BWY-3大容量遙測系統，測量一、二級飛行中300多個參數。三子級上的簡易遙測系統測量22個參數。
長征一號D運載火箭
長征一號D運載火箭BWY-3遙測設備採用以時分制為基礎的混合調製體制。數字量及高精度緩變參數使用脈碼調製（PCM），低精度大容量速變參數使用脈幅調製（PAM），載波為調頻（FM），即PACM-FM制。測量距離不低於1800公里。
系統有多箇中間裝置進行信號轉換。其中，控制系統脈衝信號經過準數位化中間裝置分頻後，再進行高、低位模數相加，送往緩變通道傳輸。
發射場的108乙中心計算機實時處理遙測數據。主要飛行參數用筆錄儀實時顯示出來。
跟蹤系統
採用連續波雷達測速、單脈衝雷達定位的無線電外彈道測量跟蹤系統。
長征一號運載火箭
長征一號運載火箭連續波測量跟蹤系統測量火箭飛行速度。地面上設一個雷達主站和兩個副站。二子級火箭上裝一部發射功率2瓦的連續波雷達應答機。3個站收到的信號與固定發射信號比較，就可得到與火箭飛行速度成正比的都卜勒頻率，從而及時測量出火箭飛行速度。
單脈衝測量跟蹤系統包括地面上一台精密跟蹤雷達和二子級火箭上的單脈衝雷達應答機，其發射功率大於30瓦，可實時對火箭定位。
在二子級火箭上還裝有一部導引雷達應答機。它可對連續波雷達和單脈衝雷達實施波束導引，便於捕獲目標。應答機發射功率約800瓦。
上述雷達均在厘米波段工作。
三子級遙測
三子級上裝有一套簡易的遙測和跟蹤系統，包括一套主交換子、小型發射機及單脈衝雷達應答機，用於測量第三級飛行的22個遙測參數。
電源配電
控制系統、遙測系統和跟蹤系統各有自己獨立的電源與配電系統。其組成均包括直流電池（一次電源）、晶體換流器、配電器（分主、副及程式配電器）及電纜網。各分離面上均使用通電脫落和機械強制脫落的分離插頭座。
全箭各系統共裝銀鋅電池10個，工作電壓均為28±3伏，其中二子級控制系統用的最大工作電流為100安。供慣性器件使用的高精度換流器輸出電壓40±2伏，頻率精度為1.5×10^(-4)。
一子級電源配電系統質量115公斤，二子級140公斤。
自毀系統
為保證航區安全，火箭一、二級飛行時可按指令實時自毀。火箭自毀系統自成獨立系統。
延時自毀
在一子級發動機收到“關機預令”的同時，副控制器發出一子級延時自毀指令。經鐘錶機構延時175秒，爆炸器引爆，炸穿氧化劑、燃料兩個貯箱，剩餘推進劑混合，將工作完畢的一子級火箭在空中炸毀。二子級延時引爆原理與一子級相同，只是延時時間為483秒。
失穩自毀
在水平陀螺儀和垂直陀螺儀的內、外環上分別裝有兩對自毀觸點。當火箭三個姿態角超出允許範圍（±10度）時自毀觸點閉合，火箭自毀（起飛後10～60秒立即爆炸；60秒至二級“預令”延時15秒爆炸）。如果火箭飛行程式發生故障，不能按要求轉彎，水平陀螺儀上的安全觸點不能及時斷開，程式故障自毀電路隨即接通。
地面安控
除箭上自毀系統外，火箭還可以按接收的地面指令炸毀。當火箭飛出預定安全管道且不可糾正時，地面發出的安全自毀指令通過箭上4個全向天線進入安全指令接收機，經處理後引爆箭上爆炸器，將火箭炸毀。
技術參數
長征一號運載火箭參考數據：
長征一號運載火箭線圖
長征一號運載火箭線圖火箭全長 | 28.00米 |
全箭重量 | 85噸 |
火箭推力 | 1,101千牛 |
低軌道載荷 | 700～1,000公斤 |
第一級長度 | 17.835米 |
直徑 | 2.25米 |
推進劑 | UDMH/HNO－27S液態60.0噸 |
第二級長度 | 5.350米 |
直徑 | 2.25米 |
推進劑 | UDMH/NO液態12.2噸 |
第三級長度 | 4.825米(含整流罩) |
直徑 | 2.050米 |
推進器 | 固態燃料0.625噸 |
整流罩最大直徑 | 2.054米 |
靜態有效直徑 | 1.754米 |
系列型號
長征一號
長征一號運載火箭是一種三級火箭，主要用於發射近地軌道小型有效載荷。火箭全長29.86米，最大直徑2.25米，起飛重量81.6噸,起飛推力112噸，能把300千克重的衛星送入440公里高的近地軌道。1970年4月24日,長征1號運載火箭成功地將“東方紅一號”衛星送入預定軌道，奠定了長征系列火箭發展的基礎。
長征一號乙
長征一號乙運載火箭也被稱作“長征一號馬傑”。是長征一號的第一個改進方案。方案提出使用意造馬傑火箭的第三級意麗絲固體火箭發動機來替換國產的第三級GF－02固體火箭發動機。火箭的一、二級沒有更變。但當時因缺乏資金所以沒有向義大利購買馬傑火箭的第三級，長征一號乙也沒有投入生產。
長征一號丙
長征一號丙運載火箭也沒有投入生產。第一、二級使用長征一號的發動機，保留不變，而第三級使用更先進的四氧化二氮偏二甲肼固體燃料，使火箭的近地運載能力提高到半噸。1984年首次成功測試第三級發動機，但因種種原因，中國運載火箭技術研究院於1988年取消了長一丙工程。
長征一號丁
長征一號丁運載火箭（又稱：長征一號D），是長征一號運載火箭的改進型。主要的改進有：提高一子級發動機推力；提高二、三子級性能；採用“平台-計算機”全慣性制導。經過改進，長征一號丁火箭可以發射各種低軌道衛星，並已投入商業發射。
長征一號丁運載火箭發射
長征一號丁運載火箭發射1990年代初，中國運載火箭技術研究院再次把長征一號的改進課題搬到了研討桌上，提出了長征一號丁（簡稱：長一丁，CZ-1D）。方案中提到將長一丙工程的碩果，新研製的四氧化二氮偏二甲肼固體第三級發動機，作為長一丁的第二級。第一、三級保留不變。1995年首發成功，2002年最後發射。雖然長一丁有740千克的近地能力和440千克的地同步能力，但因長一丁的幾次任務均為亞軌任務，所以還不能算作航天火箭任務。截至現在尚未進行外太空的航天運載任務。
