長征三號運載火箭

長征三號(CZ-3)是以“長征二號丙”為原型加氫氧第三級組成的三級運載火箭。由中國運載火箭技術研究院負責總設計和研製第三級，第一、第二級由上海航天局承制。

長征三號是在長征二號的基礎上發展起來的三級火箭。長征三號充分繼承了已有長征火箭的成熟技術，它的一、二級發動機採用長征二號丙的一、二級發動機，三級則採用世界上最先進的液氫/液氧發動機。該火箭全長44.86米，芯級最大直徑3.35米，可以把1600千克的有效載荷直接送入地球同步轉移軌道。1984年1月29日首次發射因第三級二次啟動後未能正常工作而未進入轉移軌道，僅進行了通信試驗，或基本成功。截止到1997年共發射12次，其中失敗2次。火箭主要用於發射我國的東方紅2號和東方紅2號甲等地球同步軌道通信衛星。該火箭曾於1990年4月7日首次成功地將美國休斯公司製造的亞洲1號衛星送入地球同步轉移軌道，標誌著我國航天開始進入國際航天發射市場。

基本介紹

• 中文名：長征三號運載火箭
• 外文名：CZ-3
• 別名：長征三號
• 類別：三級運載火箭
• 設計單位：中國運載火箭技術研究院
• 全箭總長：44.86m
• 起飛質量：202 t
• 起飛推力：2800 kN
• 軌道推力：14 kN
• 首次發射：1984年1月29日
• 目前狀態：已退役

基本介紹

長征三號運載火箭(CZ-3)是一枚三級液體運載火箭，其一、二子級基本上與長征二號丙運載火箭的一、二子級一致，三子級採用了具有高空二次啟動能力的液氫液氧發動機。長征三號運載火箭的研製成功使中國成為世界上第四個具有地球同步衛星發射能力的國家。

長征三號運載火箭

長征三號運載火箭主要用於發射地球同步軌道有效載荷，其GTO運載能力為1.45噸，全箭起飛質量204噸，全長44.56米，一、二子級直徑3.35米、三子級直徑2.25米，衛星整流罩最大直徑3.0米。它的一子級和二子級使用偏二甲肼(UDMH)和四氧化二氮(N2O4)作為推進劑，三子級則使用效能更高的液氫(LH2)和液氧(LOX)。

全箭由箭體結構、動力系統、控制系統、遙測系統、外測安全系統、分離系統以及輔助系統等組成。

長征三號運載火箭在1984年4月首次飛行成功地將東方紅二號試驗通信衛星送入預定地球同步轉移軌道。在1990年4月首次執行外星發射服務契約，成功發射了亞洲一號衛星。在此之後，長征三號運載火箭成功地發射了包括亞太一號衛星、亞太一號甲衛星、風雲二號衛星等在內多顆國內外衛星。

長征三號火箭的型號有：長征三號甲(CZ-3A)、長征三號乙(CZ-3B)、長征三號丙(CZ-3AC）。

技術參數

參數	一子級	二子級	三子級
推進劑	N2O4/UDMH	N2O4/UDMH	LOX/LH2
發動機型號	YF-21B	YF-24D	YF-73
推力 (kN)	2962	742.04（主機） 46.09（遊動發動機）	44.43
發動機比沖 (N*s/kg)	2550	2922.4（主機） 2761.6 （遊動發動機）	4119
箭體直徑	3.35 m	3.35 m	2.25 m
箭體長度	20.588 m	7.520 m	9.689 m
整流罩直徑	3.0 m
整流罩長度	6.540 m
火箭全長	44.56 m
起飛質量	204 ton

總體布局

長征三號是一種三級液體火箭，由一子級、二子級、三子級和衛星整流罩等箭體結構及箭上的推進系統、控制系統、遙測系統、外測安全系統、滑行段推進劑管理與姿態控制系統等組成。

長征三號運載火箭

箭體結構一方面承受載荷，一方面又起著支承各個系統的作用，將它們連成一個整體。控制系統、遙測系統和外測安全系統的儀器主要安裝在儀器艙內，也有少部分儀器根據需要分布於尾段或箱間段。

為了減輕貯箱的結構質量，簡化推進劑輸送管道和儘可能提高液氫使用的安全性，三子級推進劑貯箱的配置與一、二子級的不同，將燃料箱安排在氧化劑箱的上面。

一、二級之間的分離採用熱分離方式，一級發動機關閉之前二級發動機就開始起動，然後再令一、二級之間的連線爆炸螺栓起爆，在二級發動機推力的作用下實現分離。二級飛行末期，在主發動機已經關閉，而遊動發動機仍在工作的情況下，衛星整流罩被拋掉，然後遊動發動機關閉，連線二、三級箭體的爆炸螺栓和安裝在級間段上的8台固體反推火箭同時點燃，在反向推力的作用下，二子級被推離三級。星箭分離有兩種方式，可以採用反推火箭，也可以採用分離彈簧。發射國內衛星時，包帶解鎖後，安裝在三子級後短殼上的反推火箭點火，使三子級減速，實現分離，分離過程中衛星不受分離力的影響。發射外國衛星時，套用戶要求，採用了分離彈簧。包帶解鎖後，分離彈簧的約束同時解除，彈簧力使衛星加速，同時使三子級減速，實現分離。

結構描述

一子級

一子級長20.588米，上部是裝有液體四氧化二氮(N2O4)的氧化劑箱，下部是裝有液體偏二甲肼(UDMH)的燃燒劑箱。一子級裝配有YF-21B型發動機，該發動機是由四台推力為75噸的液體N2O4/UDMH發動機並聯而成。每台YF-21B型發動機的噴口可以在伺服機構的帶動下單向擺動以控制火箭飛行的姿態，最大的擺動角為10度。

二子級

二子級長7.520米，上部是裝有液體四氧化二氮(N2O4)的氧化劑箱，下部是裝有液體偏二甲肼(UDMH) 的燃燒劑箱。二子級裝配有75噸推力的YF-24D型發動機，它是由主發動機和帶四個小噴管、推力為4.8噸的遊動發動機組成的。主發動機噴管固定不動，遊動發動機噴管可作單向擺動，最大擺角60度，以控制箭體飛行姿態。

三子級

三子級長9.689米，上部是裝有液氫(LH2)的燃燒劑箱，下部是裝有液氧(LOX)的氧化劑箱。三子級採用的是YF-73氫氧發動機，具有二次啟動能力，由兩獨立的單管發動機並聯而成。

衛星整流罩

在火箭飛行穿過大氣層這段過程中，火箭頂部的衛星整流罩保護衛星免受來自大氣層的各種干擾。衛星整流罩為衛星提供了一個良好的環境。長征三號火箭的衛星整流罩由端頭帽、前錐段、圓柱段和倒錐段組成。端頭帽由玻璃鋼纖維材料製成，具有良好的無線電透波性。前錐段和圓柱段是由金屬蜂窩材料製成，倒錐段由化銑合金材料製成。如果需要，無線電透波視窗和操作視窗可以在柱段和前錐段上開口。長征三號運載火箭整流罩長6.540米，最大外直徑3.0米，其靜包絡最大直徑為2.7米。

星箭對接

長征三號甲火箭可以標準的937B機械接口。衛星的下端框與火箭的有效載荷支架的上端框對接，通過包帶來鎖緊。

系統組成

總述

長征三號的制導和控制系統由制導系統和姿態控制系統組成。

制導系統

制導系統採用平台-計算機方案，其任務是發出各級關機（起動）指令，並在二、三級飛行期間進行法向、橫嚮導引計算，將結果輸往姿態控制系統。為了滿足各級飛行的特定要求，採用了不同的制導方法：第一級採用射程關機，以控制殘骸落點；第二級和第三級第一飛行段均採用速度關機；第三級第二次起動採用絕對定時起動，以控制幅角；第三級第二次關機採用半長軸關機，以控制半長軸的偏差；末速修正段採用視速度增量關機。

長征三號運載火箭

當火箭的正常關機出現故障時，採用下列保護措施：第一級用耗盡關機；第二級採用判別 X向加速度計輸出脈衝個數進行關機；第三級第一飛行段採用定時關機；第三級第二飛行段採用判別Y向加速度計脈衝個數進行關機；末速修正段採用定時關機。

姿態控制系統

姿態控制系統採用平台速率陀螺網路、搖擺發動機控制方案，由三軸穩定平台、速率陀螺、變換放大器、開關放大器和伺服機構等組成（圖 9）。在第三級第一次工作段和第二次工作段由伺服機構帶動發動機搖擺，實現姿態控制，而在滑行段則由開關放大器控制無水肼噴管的工作，實現姿態控制。

長征三號運載火箭

三軸穩定平台感應箭體姿態角和由彈性振動引起的附加姿態角，俯仰通道還接受由計算機發出的俯仰程式指令。平台的輸出信號是1000赫茲交流信號，其幅值表示姿態角偏差的大小，相位表示姿態角的極性。

速率陀螺感應箭體姿態角速度和因箭體彈性振動引起的附加姿態角速度，輸出信號也是 1000赫茲交流信號。在一級俯仰、偏航、滾動通道和二級俯仰、偏航通道各用一個速率陀螺。

變換放大器由檢波器、校正網路和綜合放大器組成。檢波器將平台和速率陀螺輸來的交流信號解調為直流信號，送至校正網路進行整形和濾波，最後送至綜合放大器進行放大。

伺服機構是姿態控制系統的執行元件。它帶動發動機偏擺，以產生控制力矩。

出了二、三子級的伺服機構。一子級伺服機構的不同之處在於反饋電位計前面無傳動機構。

開關放大器由檢波器、網路和開關控制器組成。平台輸入的信號經檢波、放大，使開關控制器輸出控制電流來控制電磁閥門的開閉，令相應的噴管工作。

系列

長征三號甲

長征三號甲火箭是在長征三號成功之後新研製的大型三級火箭，其各方面的技術性能比長征三號都有較大幅度的提高。長征三號甲火箭的一、二級與長征三號的一、二級相同，三級則是新研製的大推力的液氫/液氧發動機，推力比長征三號運載火箭大兩倍多。火箭全長52.5米，芯級最大直徑3.35米，運載能力在地球同步轉移軌道時為2600千克。火箭主要用於發射同步軌道衛星。1994年2月8日首次發射，成功地將兩顆衛星送入軌道；1995年11月30日又成功地將東方紅2號衛星送入軌道。截止19978年總計發射三次，全部成功。

長征三號乙

長征三號乙"運載火箭，是我國新研製的三級液體捆綁式運載火箭。它採用長征三號甲火箭為芯級，以長征二號捆綁式火箭的結構形式捆綁四台液體助推器。火箭全長54.838米，芯級最大直徑8.45米，運載能力在地球同步轉移軌道時為5000千克。火箭主要用於發射地球同步衛星，可單星或多星發射。1996年2月15日首次發射國際708通信衛星失敗。1998年7月18日將法國製造的鑫諾1號通信衛星送入地球同步軌道。截止2005年4月12日將亞太六號衛星成功送入軌道，總計發射6次，其中失敗一次。長征三號乙運載火箭為目前中國同步轉移軌道運載能力最大的商用運載火箭。

長征三號丙

在研製長三乙的同時，中國運載火箭技術研究院還研製了另外一種型號：長征三號丙。長三丙火箭也是採用長三甲火箭作為芯級，但在一級周圍只捆綁了兩個助推器，其他部分基本與長 三乙相同，其同步轉移軌道的運載能力為3700公斤。 長征三號丙運載火箭(CZ-3C)是一枚三級大型液體捆綁式運載火箭。它以經適應性更改後的長征三號甲運載火箭作為芯級，捆綁兩枚液體助推器而構成。長征三號丙運載火箭是繼長征三號甲與長征三號乙之後長征三號甲系列的又一成員。除在它的一級一綁有兩個助推器外，它的其餘結構部分、分系統與長征三號乙火箭基本相同。它的推出為用戶根據有效載荷的質量和任務要求而靈活選用長征火箭拓寬了範圍。

飛行時序

任務描述

長征三號運載火箭可以將衛星送入地球同步轉移軌道(GTO)。在執行一個典型的GTO任務時，長征三號火箭的一、二子級首先將衛星和三子級的組合體送入一個圓形的停泊軌道，然後三子級進行滑行段飛行，之後，三子級發動機再次點火將組合體送入目標GTO軌道，最後，三子級和衛星分離。

典型飛行時序

事件	飛行時間（秒）
起飛	0.00
程式轉彎	8.00
一級/二級分離	127.89
整流罩分離	259.25
二級/三級分離	263.25
三級第一次關機，滑行段開始	688.88
滑行段結束，三級第二次點火	935.70
三級第二次關機，末速修正開始	1253.71
末速修正結束，調姿段開始	1261.71
星/箭進入轉移軌道，起旋火箭點火	1291.71
起旋火箭關機	1292.21
星/箭分離	1292.71

發射記錄

火箭發射前要進行各種測試和操作活動，包括在技術中心的四次總檢查、火箭由技術中心轉運到發射中心、火箭各子級在發射中心起豎對接、在發射中心的四次總檢查、衛星/火箭聯合操作、火箭加注、以及最後發射倒計時，等等。

序	起飛時	運載火箭	有效載荷	軌道	結果	備註
1	1984.1.29	CZ-3 Y1	東方紅二號通信衛星	GTO	失敗	①
2	1984.4.8	CZ-3 Y2	東方紅二號通信衛星	GTO	成功
3	1986.2.1	CZ-3 Y3	東方紅二號甲通信衛星	GTO	成功
4	1988.3.7	CZ-3 Y4	中星1號（東方紅二號甲）	GTO	成功
5	1988.12.22	CZ-3 Y5	中星2號（東方紅二號甲）	GTO	成功
6	1990.2.4	CZ-3 Y6	中星3號（東方紅二號甲）	GTO	成功
7	1990.4.7	CZ-3 Y7	亞洲一號	GTO	成功
8	1991.12.28	CZ-3 Y9	中星4號（東方紅二號甲）	GTO	失敗	②
9	1994.7.21	CZ-3 Y8	亞太一號	GTO	成功
10	1996.7.3	CZ-3 Y10	亞太一號A	GTO	成功
11	1996.8.18	CZ-3 Y14	中星7號	GTO	失敗	③
12	1997.6.10	CZ-3 Y11	風雲二號A(02星)	GTO	成功
13	2000.6.25	CZ-3 Y12	風雲二號B(03星)	GTO	成功

發射備註

①: 三級發動機的燃氣發生器富氧燃燒，第二次起動後約5秒推力突然下降，衛星未進入地球同步轉移軌道。

②: 長征三號Y9火箭在三級發動機第二次啟動後出現發控氣路大漏情況。

③:長征三號Y14火箭飛行時，三級發動機第二次工作261.806秒後推力大幅下降，比預計時間提前48.519秒關機，衛星未能進入預定軌道。故障過程和機理如下：三級發動機第二次啟動時，在燃氣發生器氫頭腔發生固氧爆燃，所產生的壓力衝擊峰使氫副腔活門的波紋管組件破壞，導致發控氣路大漏;發控氣路壓力下降至3.6MPa時，氫副控活門先於氧副控活門緩緩地關閉，使燃氣發生器混合比升高，燃氣溫度上升，導致渦輪進氣管燒穿，發動機推力迅速下降。

其它備註

注: CZ-3 Y13火箭因為美國限制對中國的衛星出口而未發射，存放在展覽館。

註：Y9和Y14後採取“電動氣活門盒壓力”和“燃氣發生器頭部軸向振動”遙測參數測量等措施，認定Y9和Y14的故障部位出在氫副控活門的波紋管組件上。一、對氫副控活門等作結構改進，增加波紋管組件的強度。二、滑行段期間，恢復對燃氣發生器氧頭腔的全程吹除。三、增設在滑行段期間對燃氣發生器氫頭腔進行吹除的系統。