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长征五号系列运载火箭
编辑:浩

长征五号系列运载火箭(Long March 5 Series Launch Vehicle)又称“大火箭”“胖五” ,是中华人民共和国为了满足进一步航天发展需要,并弥补中外差距而立项研制的一次性大型低温液体捆绑式系列运载火箭,也是中国新一代运载火箭中芯级直径为5米的火箭系列。

长征五号系列运载火箭由中国运载火箭技术研究院研制,设计采用通用化、系列化、组合化思想。系列由二级半构型的基本型长征五号运载火箭运载火箭(CZ-5)、不加第二级的一级半构型长征五号乙运载火箭(CZ-5B)以及添加上面级的长征五号/远征二号运载火箭(CZ-5/YZ-2)组成,地球同步转移轨道和近地轨道运载能力将分别达到14吨级、25吨级。

长征五号系列运载火箭系列运载火箭于2006年正式立项研制。2016年11月3日,长征五号系列运载火箭在文昌航天发射场首次成功发射,将实践十七号卫星送入预定轨道。2020年5月5日,长征五号B运载火箭成功首飞。 2020年7月23日12时41分,长征五号遥四运载火箭托举着中国首次火星探测任务天问一号,在中国文昌航天发射场点火升空。长征五号系列运载火箭系列运载火箭研制成功,标志着中国运载火箭实现升级换代,运载能力进入国际先进行列,是由航天大国迈向航天强国的关键一步。

发展历史

研发背景

长征五号运载火箭系列运载火箭的历史最早可以追溯到1986年的“863”计划项目,当时“大型运载火箭和天地往返运输系统”已确立为航天领域的重大探索项目,但由于当时各方面条件的限制,工程研制工作一直未能开展;进入20世纪90年代,“长征三号乙”的首飞一定程度上完善了中国运载火箭系列,但在整体上,长征系列火箭的技术仍偏于老旧,而当时世界上各航天强国的火箭运载能力纷纷升级,中国在世界航天界第二集团的优势地位开始下滑;进入21世纪,随着中国航天事业的发展,已有型号的长征火箭运载能力已无法满足中国载人航天工程第三步、探月工程三期,及大质量卫星发射的需求,中国航天也迫切需要在世界商业发射的市场上占有一定的份额,新型大火箭的论证工作再次在2000年左右被提上日程。

随着人类探索太空的不断深入,世界各国将探索目标瞄准了更加遥远的深空,美国欧洲航天局(欧洲航天局)开始实施大规模的深空探测任务规划。21世纪初,美国制定了以重返月球 为主要任务的星座计划。尽管2010年初美国国会宣布中止星座计划,但是并没有终止重型运载火箭的研发进程。2010年7月15日,美国参议院通过了美国航空航天局(美国航空航天局)2011财年预算授权法案,法案要求将重型运载火箭的研制时间提前至2011年,2016 年底前投入使用。2011年4月5日,美国SpaceXSpaceX)公司公布了“猎鹰重型”(FaIcon Heavy)运载火箭计划,其近地轨道运载能力达53吨。纵观国外航天大国的运载火箭发展趋势,进一步提升进入空间的能力成为各国共同的选择。随着日本H一2B运载火箭的首飞和印度300吨推力级固体 助推器的研制成功,中国运载火箭在世界航天界第二集团的优势地位已经丧失。为了重新巩固这种优势, 并且缩短与领先国家的差距,我国有必要加快开展更 大规模的运载火箭的研究工作。

研发历程

前期预研

1985年,时任中国航天科技集团一院总体设计部主任的龙乐豪,对我国运载火箭的发展进行了思考。他带领团队提出了新一代“大火箭”的构想,其后来被命名为“长征五号”。一年后,“大型运载火箭和天地往返运输系统”被列入国家高技术研究发展计划,并于1988年开始论证。通过对比国外新一代火箭,结合自身需求,专家们认为当时的长征系列火箭存在运载能力低、芯级直径小、所用偏二甲肼四氧化二氮推进剂毒性大且价格昂贵等问题,希望通过新型火箭来解决。

1990年,中国从苏联引进了2台RD-120发动机进行原理研究,之后进行关键技术攻关,奠定了YF-100的基础。此后1995年进行全系统发动机试车。以此为基础中国开始开发国产YF-100高压补燃液氧煤油发动机,1998年动力部门取得涡轮泵联试的成功,为开展高压补燃液氧煤油发动机铺平了道路,1999年120吨地面推力的大推力液氧煤油发动机正式立项,这就是后来人们熟知的YF-100发动机。 。

2000 年,YF-100 发动机通过工程立项。2001年, 首台YF-100发动机通过地面试车。2002年,中国改进完善863计划火箭发动机和大型运载火箭专家组组长朱森元“模块化研制、积木式发展”的建议,确定了“一个系列、两种发动机、三个模块”的总体发展思路以及”通用化、系列化、组合化”的设计思想。 2001~2005年,YF-100火箭发动机分别进入初样研制和试样研制阶段。

立项研制

2006年,长征五号运载火箭系列运载火箭经国务院批准立项研制,由国家国防科技工业局牵头组织实施,中国航天科技集团一院抓总研制。

2009至2010年,原计划作为长征五号系列中衍生型号的小型、中型火箭分别独立形成“长征六号”与“长征七号”,长征五号系列系列中仅剩下5米芯级直径的大型火箭。同时,为避免火箭系列间运载能力交叉重叠,长征五号系列运载火箭系列的优先发展型号由2006年时的基本型构型D,转变为近地轨道、地球同步转移轨道运力最强的两种型号:构型B和构型E。2011年左右,二者分别被命名为“长征五号系列乙”和“长征五号系列”,再加上配套的远征二号上面级,便形成了长征五号系列运载火箭系列。

长征五号系列运载火箭系列运载火箭初样研制期间,完成以5.2米直径整流罩和5米直径火箭舱段为代表的大部分箭体结构的制造、生产、试验等技术,并在中国实现了火箭全型号数字工程化应用。

2010 年11月11日,YF-100 首次双机并联地面试验成功。

2012 年,YF-100发动机通过研制专项验收,允许交付飞行使用。同年,用于火箭、航天器生产、总装、测试的中国新一代运载火箭天津产业化基地一期建成。

2013年6月29日,新一代运载火箭助推动力系统试车成功。

2013年7月,长征五号系列运载火箭系列运载火箭进入试样研制阶段。主要完成了全箭模态试验、各动力系统试车,整流罩分离试验等大型地面试验,并开展火箭的生产、总装和测试。同年,为了火箭测试,中国研制了70吨级的世界最大推力的振动台。

2016年,长征五号运载火箭系列运载火箭完成发射场合练,验证了火箭、发射场、地面发射支持系统的接口协调以及吊装起竖、测试、转运等流程,最终确定长征五号系列火箭整体技术状态。11月3日20点43分,长征五号系列运载火箭在文昌航天发射场成功发射升空。随后,长征五号系列运载火箭与其托举的远征二号上面级成功分离,上面级继续将实践十七号卫星送往预定轨道。由中国航天科技集团抓总研制的长征五号系列运载火箭首次飞行任务取得成功。

技术特点

总体参数

箭体结构

推进系统

其他系统

系列型号

 长征五号-远征二号

长征五号系列-远征二号(代号:CZ-5/YZ-2)为带助推器的三级火箭。其助推器、芯一级、芯二级、整流罩与长征五号系列运载火箭基本型相同,但在整流罩内增加了远征二号上面级作为第三级。远征二号上面级是针对长征五号系列运载火箭新一代大推力运载火箭研制的上面级,是我国目前规模最大、变轨能力最强的液体动力上面级,配备了两台远征一号所使用的发动机。远征二号上面级与长征五号系列运载火箭组合使用后,可有效提升一箭多星发射并直接入轨的能力,进一步提高长征五号系列运载火箭发射任务适用性和使用灵活性。

长征五号B

长征五号运载火箭系列B,是由中国运载火箭技术研究院抓总研制的一型大型运载火箭,同属长征五号系列运载火箭系列,两型火箭共享了5米大直径箭体结构、大推力液氧液氢发动机、大推力液氧煤油发动机、大型活动发射平台、系统级冗余控制技术等关键技术,最大程度的通过共用模块及产品化,来适应不同轨道发射任务需要。长征五号系列B是专门为中国载人航天工程空间站建设而研制的一型新型运载火箭,是中国近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭

长征五号系列B火箭芯级直径为5米,捆绑4个直径3.35米的助推器,总长约53.66米,其中整流罩长20.5米,火箭全部采用液氢、液氧、煤油等清洁燃料,起飞质量约849吨,起飞推力约1078吨,近地轨道运载能力不小于22吨。

长征五号运载火箭系列B运载火箭与长征五号系列运载火箭同属于长征五号系列系列火箭“家族”,由于火箭芯级直径大,被亲切的称为“胖五”,是目前我国运载能力最大的系列火箭。虽然外形上有些相似,但两型火箭在设计、用途等方面存在很多不同。从构型上看,长征五号系列运载火箭采用两级半构型,长征五号系列B运载火箭采用一级半构型。从外观上看,长征五号系列B火箭的超大整流罩是它最突出的特点,比长征五号系列整流罩长了近8米,是我国最大的火箭整流罩。从用途上看,长征五号系列运载火箭主要用于发射高轨道的大型卫星以及各类空间探测器,例如嫦娥五号探测器火星探测器等;长征五号B运载火箭主要用于发射近地轨道的大型卫星及飞船,例如载人空间站的核心舱和实验舱等。从运载能力上看,长征五号系列火箭地球同步转移轨道(GT0)运载能力约为14吨,长征五号系列B火箭近地轨道(LEO)运载能力不小于22吨。

长征五号B运载火箭研制总体单位是中国运载火箭技术研究院;总指挥是王珏;总设计师是李东

后续型号

长征五号甲/M

长征五号系列甲(或称CZ-5M)是中国为新一代载人飞船、载人登月设想的一款基于长征五号技术的大型载人运载火箭。该型火箭与长征五号系列乙相仿,但为了发射载人舱段,改变了整流罩形状并增加了逃逸塔。

长征五号登月

长征五号系列登月(代号:CZ-5DY/CZ-5G)是中国为载人登月(“DY”即“登月”的汉语拼音缩写)而设想的一款基于长征五号系列运载火箭技术的超大型运载火箭。火箭技术指标为:5米芯级捆6个3.35米助推器;芯级4台、助推各2 台YF-100发动机;二子级4台YF-77;5米直径整流罩;起飞质量约1600吨,全箭长约72米;近地轨道运载能力约50吨。

发射记录

重大事件

2017年7月2日,长征五号遥二火箭在中国文昌航天发射场实施发射,火箭飞行至346秒时突发故障。根据分析仿真计算及地面试验结果,故障原因为芯一级氢气液氧发动机一分机涡轮排气装置在复杂力热环境下,局部结构发生异常,发动机推力瞬时大幅下降,致使发射任务失利。改进后的芯一级液氢液氧发动机完成多次地面热试车考核,验证了改进措施的有效性。

文化特色

火箭Logo

“长五”系列火箭logo方案的概念创意源自于中国传统文化中的太极图案,构型虚实结合、互为映衬,整体展现出一个动感的“5”的形象——象征着长五火箭寻求包括性能、可靠性、经济性和安全环保等多重因素的综合优化;同时,其圆形轮廓象征着该品牌和天空的关系,并寓意“长五”系列火箭的圆满、成功发射。

火箭箭旗

长征五号火箭箭旗主色调为航天蓝,加有长征五号logo和毛体“长征五号”文字。箭旗寓意长征五号试验队在发展航天事业、建设航天强国的伟大征程中,继承光荣传统,发扬航天精神,以国为重,勇于担当,不辱使命,开创未来的坚定信心与决心,昭示着长五队伍是一支作风过硬、善打硬仗、无往不胜的坚强战斗团队 。

任务徽章

总体评价

长征五号系列运载火箭是中国实现载人空间站工程,探月三期工程的重大航天工程项目的关键支柱和发展基石,同时也支撑中国未来深空探测工程的发展 。(新华网

长征五号B运载火箭成功,全面验证了火箭总体和各系统方案设计的正确性、协调性,突破了大尺寸整流罩分离技术、大直径舱箭连接分离技术、大推力直接入轨偏差精确控制技术等新技术,将中国运载火箭的近地轨道运载能力提升到22吨以上,近地轨道运载能力、运载效率在中国均处于最高水平,在世界上也位居前列,为中国空间站工程的顺利实施奠定了坚实基础。(中国载人航天工程网)

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