基本介紹
研製歷程,歷史背景,研發進程,系統組成,總體設計,箭體結構,動力系統,設計參數,發射動態,點火升空,成功分離,技術創新,高可靠性,合罩操作,多項改進,總體評價,
研製歷程
歷史背景
1992年，中國實施載人航天工程，要求火箭能將重7.8噸的飛船送入距地面200千米的軌道。同時具有應急故障檢測和救生功能，當運載火箭在發射段和上升段發生危及航天員生命的故障，如火箭爆炸、火箭飛行偏離預定軌道，故障檢測裝置能自動發出指令，使飛船與火箭脫離，逃逸裝置能將飛船拽離火箭到達安全位置，返回地面脫離危險。另外，火箭還需具備高可靠性和高安全性，發射衛星的運載火箭可靠度達到0.90以上就可使用，而發射載人飛船用的運載火箭可靠性則要求達到0.97以上，這就要求關鍵系統或單機進行冗餘設計、裕度設計等提高可靠性。
長征二號F
研發進程
- 長征二號F研製
長征二號F運載火箭是在繼承“長征二號E”火箭主要構型的基礎上，按照發射載人飛船的要求，以提高可靠性、確保全全性為目標研製的新型運載火箭。火箭的控制系統採用冗餘技術，增加了故障檢測、逃逸救生等功能。飛船通過飛船支架、船箭鎖緊帶與火箭第二級連線，採用分離彈簧和反推火箭、側推火箭的分離方式保證火箭與飛船安全可靠分離。從1992年9月21日立項研製到1999年11月20日首飛成功，長征二號F火箭先後突破了逃逸系統、控制系統、動力系統關鍵設備可靠性設計等多項關鍵技術，完成了大量可靠性增長試驗及逃逸飛行器的研製試驗。
- 長征二號F遙十八研製
2023年3月，據中國航天科技集團有限公司官網，長征二號F遙十八運載火箭通過評審，開始總裝。
從空間站任務開始，為了確保航天員的安全，長征二號F火箭和神舟飛船都會採取“雙發並行、一主一備”的模式，在神舟十七號發射的同時，神舟十八號的飛船和火箭就已經準備就緒，在酒泉衛星發射中心待命了。
2024年4月17日，神舟十八號載人飛船與長征二號F遙十八運載火箭組合體已轉運至發射區。
2024年4月24日下午，長征二號F遙十八運載火箭按計畫完成推進劑加注，酒泉衛星發射中心載人航天發射場已經準備就緒。隨著發射視窗臨近，氣象系統加密天氣會商、加強危險天氣監測，運用發射場自主研發的逐時氣溫預報系統和高空風分層預報系統，重點做好火箭加注逐時氣溫預報、發射視窗地面天氣和高空風預報。
系統組成
總體設計
- 總體構型
長征二號F運載火箭為運載火箭3.35米構型的一種，在載人航天工程任務中完成了發射貨運飛船的任務，動力系統使用無毒無污染推進劑，火箭低軌道運載能力將達到13噸，電氣系統和地面測發控系統採用一體化設計等，將進一步提升中國運載火箭技術水平。
長征二號F運載火箭為帶助推的兩級火箭，分為載人和無人兩種狀態。無人狀態全箭總長約52米，起飛重量579噸，近地軌道最大運載能力為13噸。載人狀態全箭總長約57米，起飛重量582噸，近地軌道最大運載能力為12.5噸。兩種狀態的芯級直徑均為3.35米，採用4個2.25米直徑的助推器。芯級和助推器均安裝液氧煤油YF-100型發動機。
長征二號F運載火箭主要任務是研製用於發射載人飛船，長征-2F是中國國內可靠性、安全性最高的運載火箭。其控制系統採用冗餘技術，具備故障檢測、救生等功能。
- 各分系統
長征二號F火箭由箭體結構、動力裝置、控制、推進劑利用、故障檢測處理、逃逸救生、遙測、外測安全、地面設備和附加系統共10個分系統組成。
長征二號F運載火箭結構構成示意圖
箭體結構
- 組成各部
長征二號F火箭箭體由逃逸塔、整流罩、高空分離發動機、高空逃逸發動機、柵格穩定翼、飛船、飛船支架、儀器艙、二級氧化劑箱、箱間段、二級燃燒劑箱、二級遊動發動機、二級主發動機、級間段、一級氧化劑箱、一級燃燒劑箱、一級發動機、助推劑頭錐、助推器氧化劑箱、助推劑燃燒劑箱、穩定尾翼、助推器發動機組成。
- 箭體功能
長征二號F火箭箭體結構的功能主要是承受火箭在運輸、吊裝和飛行過程中的各種外載荷及內力，以及連線火箭上各個分系統連成一個整體，起著支持各系統的作用。箱體是貯存液體火箭發動機推進劑的大型容器。控制系統、推進劑利用、遙測系統、外安系統、故檢系統的儀器大部分裝在二子級箭體前面的儀器艙圓盤上，只有少量儀器由於特殊要求才分別裝於級間段和箱間段等部位。在箭體結構上，安裝有控制、遙測、故障檢測處理、外測安全、利用五大系統的儀器設備、感測器、變換器共593台(件)，與之相連的電纜共232多根(束)。各系統儀器設備的安裝主要集中位於整流罩、儀器艙、二級箱間段、一級箱間段四個部段內。
- 逃逸塔
執行載人發射任務的長征二號F火箭，其頭頂上有一個像避雷針一樣的裝置是火箭的逃逸塔。逃逸塔由1台逃逸主發動機，1台分離發動機和4台俯仰偏航發動機組成，其作用是在火箭飛行的前120秒內，一旦火箭發生危及航天員生命的故障時，可以迅速將神舟飛船的軌道艙和返回艙帶離故障火箭，將航天員帶到安全地帶。
長征二號F運載火箭逃逸塔
逃逸主發動機，噴管相比其他的都比較大，推力也是這幾個發動機中最大的。作用就是當火箭發生重大的故障，可能威脅到航天員安全的時候，它的工作就是把整個逃逸飛行器帶離故障火箭，然後能夠使逃逸飛行器打到安全的區域。
逃逸分離發動機
俯仰和偏航的發動機有不同的方向，作用就是當發生逃逸的時候，使整個逃逸飛行器偏離故障火箭的飛行的管道。
俯仰和偏航的發動機
動力系統
- 各級發動機
長征二號F運載火箭的動力系統由兩個芯級捆綁4個助推器組成。火箭第一芯級、第二芯級和助推器發動機的推進劑均為偏二甲肼和四氧化二氮。
一級發動機由4台代號為DaFY11-1的發動機通過機架並聯而成。每台發動機的地面推力約為740.4千牛，均可沿箭體切線方向搖擺，最大擺角±10°。
二級發動機由主機DaFY21-2和遊動發動機DaFY22-1通過機架組合而成。DaFY21-2是一台高空大噴管發動機，固定在機架中央，其真空推力約為746.97千牛。DaFY22-1遊動發動機是小推力高空短噴管發動機，在主機關機後繼續工作100多秒，將飛船送入預定軌道。
- YF-100發動機
YF-100發動機是中國航天科技集團公司第六研究院研製的補燃循環發機，推進劑採用液氧煤油，單台地面推力1170千牛。發動機採用先進的補燃循環系統和自身啟動方式，可以為氧化劑貯箱增壓提供熱氧氣，為伺服機構提供高壓煤油作為動力源。2000年，經國務院批准立項開始YF-100基本型發機的研製。單擺狀態YF-100F發動機處於試樣階段。截至2008年5月，該系統發動機累計試車時間達到17700秒，並經過搖擺試車考核。YF-100發動機廣泛用於未來新一代運載火箭動力系統。
長征二號F遙十八運載火箭轉場
設計參數
基本參數 | |
|---|---|
火箭全長 | 58.34米 |
整流罩直徑 | 3.8米 |
芯級直徑 | 3.35米 |
芯一級長 | 21米 |
芯二級長 | 15.4米 |
助推器直徑 | 2.25米 |
助推器長 | 16.1米 |
逃逸塔高 | 8米 |
性能參數 | |
有效載荷運載 | 8噸 |
送入軌道近地點 | 200千米 |
送入軌道遠地點 | 350千米 |
軌道傾角 | 42.4～42.7度 |
軌道類型 | 橢圓近地軌道（LEO） |
發射動態
點火升空
2024年4月25日20時59分，搭載神舟十八號載人飛船的長征二號F遙十八運載火箭在酒泉衛星發射中心點火發射。
成功分離
2024年4月25日，長征二號F遙十八運載火箭發射約10分鐘後，神舟十八號載人飛船與火箭成功分離，進入預定軌道。航天員乘組狀態良好，發射取得成功。
火箭預計點火時間：2024年4月25日20時58分57秒
技術創新
高可靠性
長征二號F運載火箭是中國唯一在役的載人火箭，由中國航天科技集團一院抓總研製。按照高可靠的任務要求，長二F火箭消除薄弱環節、最佳化技術狀態，長征二號F遙十八火箭可靠性評估值已提升至0.9903，安全性評估值達0.99996。
長征二號F遙十八運載火箭還首次採用了質量確認形式。設計人員根據裝配要求和技術指標形成檢驗表格，逐項確認裝配狀態，檢查裝配數據。裝配操作質量更精準更可控。
合罩操作
長征二號F遙十八運載火箭在控制系統方面，採用了雙冗餘甚至三冗餘的設計策略，即使在飛行過程中出現了單板級故障，仍能保障飛行安全。神十八發射首次使用了合罩操作平台——在扣罩廠房裡，操作人員乘坐升降車上下移動，在縱向分離面上，自上而下連線解鎖機構，使兩個半罩合二為一。操作台由單層升級為4層，實現了並行操作。合罩時間由12個小時縮短為8個小時，合罩效率提升了30%。
多項改進
長征二號F遙十八運載火箭執行神舟十八號發射任務，是長征二號F火箭第13次執行載人發射任務，相比神舟十七號發射任務，長征二號F遙十八火箭進行了32項技術狀態改進，涉及火箭產品和地面設備等多個方面。在發射流程方面，隨著技術改進和流程最佳化，長征二號F運載火箭發射場流程，已由空間站建造初期的49天縮減到35天，並將繼續向30天目標最佳化改進。
總體評價
長征二號F遙十八運載火箭執行的神舟十八號載人飛船發射任務，是中國載人航天工程進入空間站套用與發展階段的第3次載人飛行任務，是工程立項實施以來的第32次發射任務，也是長征系列運載火箭的第518次飛行。（中國載人航天工程網 評）
長征二號F遙十八運載火箭
