长征系列运载火箭-中国自行研制的系列航天运载工具

长征(中文拼音全称Chang Zheng,缩写CZ;英文全称Long March,缩写LM)系列运载火箭是中国自主研制的运载火箭系列。

目前,长征系列运载火箭已经发展出两代产品。在推进剂成分、制导方案等方面采用不同的技术路径。其中,由中国运载火箭研究院(简称“火箭院”)研制的型号有长征一号、长征二号、长征二号丙、长征二号E、长征二号F、长征三号甲系列、长征五号系列、长征七号系列、长征八号、长征十号、长征十一号等。上海航天技术研究院研制的型号有长征二号丁、长征四号系列、长征六号系列等。

2024年1月17日22时27分,搭载天舟七号货运飞船的长征七号遥八运载火箭,在中国文昌航天发射场点火发射,约10分钟后,天舟七号货运飞船与火箭成功分离并进入预定轨道,之后飞船太阳能帆板顺利展开,发射取得圆满成功。这次任务是长征系列运载火箭的第507次飞行。

研发背景

机构组建

1956年2月17日,钱学森向国务院报送《建立中国国防航空工业的意见书》。此后,国务院设立航空工业委员会,统管航空航天工业发展。同年10月8日,国防部第五研究院成立,钱学森任院长。中国有了第一个火箭和导弹研究机构。1965年,第七机械工业部成立,全面接管国防部第五研究院人员与职能,并采用型号设计院体制,一个分院集中力量研究一类型号。运载火箭研究设计院(简称七机部一院)应运而生,负责导弹和运载火箭的研制工作。

型号研制

第一代长征运载火箭

为发射中国第一颗人造地球卫星东方红一号,中国于1965年启动总体方案论证。在满足运载能力的前提下,火箭的一、二子级和控制系统以中国自行研制的中远程弹道导弹东风四号为蓝本改进而来,与全新研制的三子级组合成具备轨道飞行能力的长征一号运载火箭。在此过程中,研制人员先后突破百吨级推力发动机和二子级发动机高空点火、级间热分离、轻型箭体结构和捷联全补偿控制等关键技术。

为发射第一代返回式遥感卫星,以远程弹道导弹东风五号为原型,于1965年开始研制长征二号。科研人员对推进剂、发动机和制导方案三个重要分系统展开论证和技术攻关。最终确定采用偏二甲肼(燃烧剂)和四氧化二氮(氧化剂)的常温推进剂方案;一、二子级使用同型发动机;采用平台——计算机制导方案。

为发射地球同步轨道通信卫星东方红二号,中国于1975年3月启动“331工程”。为实现10千米/秒以上的入轨速度,需要在长征二号基础上增加一级火箭。采用液氢液氧低温推进剂三子级方案最终胜出,演变为长征三号。采用常温推进剂三子级方案的演变为长征四号甲系列,主要用于发射太阳同步轨道卫星。

1986年,国家启动第二期卫星通信工程,研制功能更加强大、质量也更大的东方红三号平台。为满足发射需要,长征三号采用“上改下捆”技术路径,发展出长征三号甲系列,成为中国目前发射地球同步轨道卫星的中坚力量。

第二代长征运载火箭

本着“运载发展、动力先行”的原则,2000年,YF-100液氧煤油发动机和YF-77液氢液氧发动机开始研制。在“通用化、组合化、系列化”的设计思想指导下,长征五号在研制过程中逐步分解为三个型号即长征五号、长征六号和长征七号。

2006年,长征五号开始研制。长征五号优先发展出二级半构型长征五号和一级半构型长征五号B,分别承担地球同步轨道重型卫星和载人航天工程的发射任务。

上海航天技术研究院通过对微小卫星商业发射需求的充分调研。2008年启动新型液体运载火箭研制工作,2009年正式立项,命名为长征六号。先后发展出长征六号和长征六号甲两个型号,主要用于发射低地球轨道和太阳同步轨道中小型卫星。

长征七号始于长征二号F/H,意在通过更换低温推进剂发动机,使长二F具备发射更重载荷的能力。第二代运载火箭工程启动后,于2010年6月更名为长征七号,按照模块化思路开展研制工作。先后发展出长征七号和长征七号甲两个型号,用于发射低地球轨道和地球同步轨道中型卫星。

出于日益增长的小卫星发射需求和快速响应航天技术的发展。中国航天科技集团自筹资金,于2010年启动长征十一号研制工作。仅用3年,完成方案和初样研制工作。

第一代长征运载火箭

技术特点

常温推进剂

第一代长征火箭的基础级均采用偏二甲肼(燃烧剂)和四氧化二氮(氧化剂)作为推进剂(只有长征一号采用硝酸作氧化剂)。其中,偏二甲肼在工况条件下冷却性能良好、燃烧稳定且效率较高。但偏二甲肼具有很大毒性,接触时需做好全身防护;废液不得倒入下水道,需中和处理。四氧化二氮与偏二甲肼匹配可实现自燃(无需额外的点火装置)并具有高空点火能力。这两种成分均可在常温环境下长期贮存,日常维护比低温推进剂简单。

平台——计算机制导方案

20世纪60年代,中国的惯性仪表精度低、计算机技术也较为落后。针对这种现状,梁思礼等人提出利用中速度、小容量箭上计算机配合惯性平台实现高精度制导的方案。自长征二号开始的第一代长征火箭均采用该制导方案。

摇摆发动机技术

随着发射质量的增加,为实现对火箭的有效控制,第一代长征火箭采用了摇摆发动机方案。中国科研人员先后解决发动机总体布局、摇摆软管、液压伺服机构等问题,成功掌握摇摆发动机技术。

推进剂自生增压技术

长征一号的推进剂输送系统采用气瓶增压方案。自长征二号开始,第一代长征火箭均采用四氧化二氮蒸发器(氧化剂系统)/降温器(燃烧剂系统)自生增压方案,大幅降低系统质量、缩小系统尺寸。

铝铜合金贮箱材料

推进剂贮箱作为火箭的主要部件,既是贮存推进剂的容器,也是主承力结构。长征二号选择铝铜合金作为结构材料,比铝镁合金方案减重30%左右。

长征一号(CZ-1)

该火箭长29.46米,芯级直径2.25米,起飞质量81.5吨。长征一号是一型三级运载火箭,由两级液体火箭和一级固体火箭构成。1970年4月24日首飞,将东方红一号卫星成功送入轨道。长征一号共执行过2次轨道飞行任务,现已退役。长征一号是中国第一种运载火箭,也是长征运载火箭家族的第一个型号。

长征二号(CZ-2)系列

长征二号(CZ-2)

该火箭长32.6米,起飞质量190吨,低地球轨道运载能力1.8吨,用于发射返回式遥感卫星。这是中国第一种采用3.35米直径贮箱的运载火箭。1974年11月5日的首飞,因姿态失稳自毁。后续3次任务均获成功,共计将3颗返回式遥感卫星送入预定轨道。中国自此成为世界上第3个掌握航天返回技术和航天遥感技术的国家。长征二号共执行过4次轨道飞行任务,现已退役。以长征二号为蓝本,先后衍生出长征二号甲、长征二号丙、长征二号丁、长征二号E、长征二号F运载火箭,构成第一代长征运载火箭的基本型谱。

长征二号丙(CZ-2C)

该火箭长43米,起飞质量约242.5吨,主要用于发射低地球轨道和太阳同步轨道卫星。长征二号丙是长征二号的改进型号,于1982年9月9日首飞。在此技术上,长征二号丙不断改进,形成多种技术状态,先后研制出长征二号丙/SD、长征二号丙/SM、长征二号丙/SMA、长二丙/远征一号S等构型。

长征二号丁(CZ-2D)

该火箭长41米,起飞质量250吨,低地球轨道运载能力4吨,主要用于发射低地球轨道和太阳同步轨道卫星。长征二号丁由去掉三子级的长征四号甲改进而来。1992年8月9日首飞,成功将返回式遥感卫星送入预定轨道。2012年1月,长征二号丁火箭被中国航天科技集团公司授予“金牌火箭”称号。2015年9月14日,长征二号丁运载火箭成功将高分九号卫星送入太空。2023年11月23日18时00分,长征二号丁运载火箭成功将卫星互联网技术试验卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。

长征二号E(CZ-2E)

该火箭长49.7米,起飞质量460吨,卫星整流罩最大直径4.2米,低地球轨道运载能力达9.2吨。长征二号E是在长征二号丙基础上继续加长、提高推进剂加注量,同时在一子级捆绑4枚2.25米直径助推器而成的改进型号。20世纪80年代,为了给中型运载火箭方案创造立项条件,中国主动出击国际航天发射市场。1988年,中国和美国休斯公司签署澳大利亚通信卫星(简称“澳星”)的发射合同。从1989年1月开始,历时18个月完成火箭研制。1990年7月16日,“长二捆”火箭首飞,将澳星模拟星和巴基斯坦科学试验卫星送入预定轨道。共计执行8次轨道飞行任务,现已退役。长征二号E简称“长二捆”,是中国第一型捆绑式运载火箭。

长征二号F(CZ-2F)

该火箭长58.4米,起飞质量约480吨,可将8.6吨有效载荷送入近地点200千米、远地点350千米的任务轨道。长征二号F是按照发射载人飞船的可靠性(高于97%)、安全性要求,以长征二号E为蓝本改进而来。具备发射神舟飞船(Y构型)和目标飞行器(T构型)两种技术状态。2003年10月15日,中国第一位航天员杨利伟由长征二号F火箭送入太空,实现中国人遨游太空零的突破。2022年8月5日,长征二号F成功发射可重复使用试验航天器,拓展了该型火箭的应用范围。

长征三号-CZ-3

该火箭长44.56米,起飞质量204吨,卫星整流罩最大直径3米,主要用于发射地球同步轨道卫星。长征三号是以长征二号丙为基础,增加采用氢氧推进剂的三子级(直径2.25米)组成的三级液体运载火箭。1984年4月首飞,将东方红二号试验通信卫星送入预定轨道。此后主要承担东方红二号/二号甲通信卫星,风云二号A/B气象卫星的发射任务,还发射多颗国内外通信卫星。长征三号共计执行13次轨道飞行任务,现已退役。

长征三号甲(CZ-3A)系列

第一代中型运载火箭。由长征三号甲、长征三号乙、长征三号丙三型火箭组成,是目前中国高轨道卫星发射的主力。

长征三号甲(CZ-3A)

该火箭长52.5米,起飞质量约243吨,地球同步转移轨道运载能力2.6吨。长征三号甲是这个系列的基本型号,三子级直径增加到3米。1994年2月8日首飞,成功将实践四号卫星和夸父一号模拟星送入预定轨道。主要承担东方红三号通信卫星、风云气象卫星、北斗导航卫星和嫦娥一号月球环绕器的发射任务。

长征三号乙(CZ-3B)

该火箭长56.5米,起飞质量约456吨,地球同步转移轨道运载能力5.5吨。主要用于发射大型地球同步轨道卫星,亦可执行一箭多星发射或其它轨道飞行任务。长征三号乙是以长征三号甲为芯级,捆绑4枚2.25米直径助推器的改进型号。1996年2月15日首飞,因惯性基准倾斜导致星箭俱毁。复飞后多次承接商业卫星发射服务,先后发射委星1号、巴星1R、尼星1R、W3C、亚太七号、中星十一号、中星十二号、玻利维亚星等中外通信卫星和嫦娥三号/四号着巡组合体。

长征三号丙(CZ-3C)

该火箭长56.5米,起飞质量约345吨,地球同步转移轨道运载能力3.9吨。长征三号丙是在长征三号乙基础上去掉对侧2枚助推器的改进型号。2008年4月25日首飞,成功将中国首颗数据中继卫星天链一号01星送入预定轨道。主要承担天链一号卫星、北斗导航卫星、嫦娥二号月球环绕器和探月工程三期再入返回试验器的发射任务。

长征四号甲(CZ-4A)系列

该系列由长征四号甲、长征四号乙、长征四号丙三型火箭组成,是目前中国太阳同步轨道卫星发射的主力。

长征四号甲(CZ-4A)

该火箭长42米,起飞质量约240吨,900千米太阳同步轨道运载能力1.6吨、400千米(轨道倾角70°)低地球轨道运载能力3.8吨。长征四号甲是以长征二号丙为基础,增加采用常温推进剂的三子级组成的三级液体运载火箭。1988年9月7日首飞,成功将风云一号试验气象卫星送入预定轨道。1990年9月3日将第二颗风云一号试验气象卫星送入轨道后即退役。

长征四号乙(CZ-4B)

该火箭长48米,起飞质量250吨,800千米太阳同步转移轨道运载能力1.9吨,主要用于发射太阳同步轨道遥感卫星。长征四号乙是在长征四号甲基础上,进一步提升性能、可靠性和适应性的改进型号。1999年5月10日首飞,成功将中国首颗应用气象卫星风云一号C星送入预定轨道。

长征四号丙(CZ-4C)

该火箭长48米,起飞质量250吨,800千米太阳同步转移轨道运载能力2.8吨。长征四号丙是在长征四号乙基础上,采用三子级发动机二次启动方案的改进型号。2006年4月27日首飞,成功将遥感卫星一号送入预定轨道。2018年5月,又将嫦娥四号探测器中继星——鹊桥送入轨道。

第二代长征运载火箭

“数字火箭”概念

第二代长征火箭运用“数字火箭”概念指导设计工作,实现研制流程全数字化:火箭设计图从纸质变为3D建模;火箭制造“一键加工”,生产质量和效率均有提高;试验&装配采用VR技术,确保实际操作“一次成”。 

低温推进剂

第二代长征运载火箭均以低温推进剂火箭发动机为主动力,采用燃烧产物无毒无污染的液氧煤油推进剂或液氢液氧推进剂。其中,液氧煤油发动机的比冲可达到常温推进剂发动机120%,推进剂平均成本仅为常温推进剂的十分之一;液氢液氧发动机的比冲则能达到150%以上。

长征五号(CZ-5)系列

大型运载火箭,是中国目前研制规模和技术跨度最大的航天运输系统工程。

长征五号(CZ-5)

该火箭长56.97米,芯级直径达5米,捆绑4枚3.35米直径助推器,起飞质量约869吨,低地球轨道运载能力25吨、地球同步转移轨道运载能力14吨,同时具备太阳同步轨道卫星和深空探测器的发射能力。长征五号是这个系列的基本型号。2016年11月3日首飞,成功将实践十七号卫星送入预定轨道。

2017年7月2日,长征五号遥二火箭在飞行至346秒时,因一子级一分机涡轮排气装置结构失效导致推力大幅下降,造成发射失败。

2019年12月27日完成归零的长征五号再次发射,成功将实践二十号卫星送入预定轨道。2020年7月23日,长征五号遥四火箭成功发射天问一号火星探测器,开启中国探火之旅。2020年11月24日,长征五号遥五火箭将嫦娥五号月球探测器送入太空。

2024年2月23日19时30分,长征五号遥七运载火箭在文昌航天发射场成功将通信技术试验卫星十一号发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。

长征五号B(CZ-5B)

该火箭长约53.66米,整流罩长达20.5米,起飞质量约849吨,近地轨道运载能力不小于22吨。长征五号B是专门为中国空间站建设研制的改进型号。2020年5月5日首飞,成功将新一代载人飞船试验船等载荷组合体送入预定轨道。 

长征五号B于2021年4月29日、2022年7月24日和2022年10月31日,先后将天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱送入太空,圆满完成天宫空间站“T”字基本构型的在轨建造任务。

长征六号(CZ-6)系列

接替长征四号甲系列的三级液体运载火箭。主要用于发射低地球轨道和太阳同步轨道中小型卫星。

长征六号(CZ-6)

该火箭长29.9米,起飞质量约102吨,700千米太阳同步轨道运载能力约500千克(依托国内测控网)。长征六号是这个系列的基本型号,采用“三平”测发模式,即水平总装、水平测试、水平转场(运输)。火箭以水平状态进行总装、星箭对接和测试,再由自行式整体运输车水平运输到发射工位。这种模式将长征六号的发射准备周期缩短到7天。2015年9月20日首飞,成功将20颗微小卫星送入预定轨道。这次发射创造了中国乃至亚洲航天领域一箭多星发射的新纪录,还使长征六号成为第二代长征火箭家族中第一个首飞的型号。

长征六号甲(CZ-6A)

该火箭长约50米,芯级直径3.35米,捆绑4枚2米直径助推器,起飞质量约530吨,700公里太阳同步轨道运载能力不小于4吨。长征六号甲是长征六号的增推改进型号,也是中国第一种固体混合多级运载火箭。2022年3月29日首飞,成功将浦江二号卫星和天鲲二号卫星送入预定轨道。

长征六号丙(CZ-6C)

该火箭长43米,一子级直径3.35米,二子级直径2.9米,起飞质量217吨,低地球轨道运载能力4.5吨、700千米太阳同步轨道运载能力2吨(二子级二次启动)。

长征七号(CZ-7)系列

第二代中型运载火箭,可用于低地球轨道、太阳同步轨道和地球同步轨道卫星发射。通过铁路运输车或远望21/22火箭运输船,长征七号具备在内陆和沿海发射场实施发射的能力。针对海边风力大、湿度高的环境,长征七号火箭采取了周密的防风、防水措施,采用可以抵抗八级大风的发射机构,还具备雨天发射能力。

长征七号(CZ-7)

该火箭长53.1米,芯级直径3.35米,捆绑4枚2.25米直径助推器(长约27米,接近长征2号E助推器长度的2倍),起飞质量597吨,低地球轨道运载能力13.5吨、700千米太阳同步轨道运载能力5.5吨。长征七号是这个系列的基本型号,采用“新三垂”测发模式——将前端测控发射控制设备整合到活动发射平台内,避免了转运前后重复进行箭地对接的问题。这种模式有效降低了故障率、缩短了发射准备周期。2016年6月25日首飞,成功将多用途飞船缩比返回舱等载荷组合体送入太空。2024年1月17日22时27分,搭载天舟七号货运飞船的长征七号遥八运载火箭,在中国文昌航天发射场点火发射,约10分钟后,天舟七号货运飞船与火箭成功分离并进入预定轨道,之后飞船太阳能帆板顺利展开,发射取得圆满成功。这次任务是长征系列运载火箭的第507次飞行。

长征七号甲(CZ-7A)

该火箭长60.13米,起飞质量约573吨,地球同步转移轨道运载能力7吨。长征七号甲是这个系列的高轨道型号,通过移植长征三号甲的三子级改进而来。2020年3月16日首飞,因动力系统问题未能入轨,星箭落入太平洋。2021年3月12日长征七号甲复飞,成功将试验九号卫星送入预定轨道。

长征八号(CZ-8)

该火箭长50.3米,一子级直径3.35米,二子级直径3米,捆绑2枚2.25米直径助推器,起飞质量约356吨,700千米太阳同步轨道运载能力5吨,主要用于发射低地球轨道或太阳同步轨道卫星。长征八号作为第二代中型运载火箭于2020年12月22日首飞,成功将5颗试验卫星送入预定轨道。

长征十一号(CZ-11)

该火箭长20.8米,起飞质量58吨,700千米太阳同步轨道运载能力350千克、低地球轨运载能力700千克。长征十一号是长征火箭家族中的全固体推进剂运载火箭,兼具海陆发射能力。执行海上发射任务时,火箭在陆上进行总装、测试后,即转运至发射船。在海上完成后续发射准备工作即可实施发射,整个发射周期约为3~4天,是陆上发射的三分之二。2015年9月25日首飞,成功将4颗微小卫星送入太空。截至2022年4月30日,长征十一号已成功实施十次陆上发射和三次海上发射。

未来发展

长征九号(CZ-9)

该火箭芯级直径10米,捆绑4枚5米直径助推器,低地球轨道运载能力50吨~140吨、地月转移轨道运载能力15吨~50吨、地火转移轨道运载能力12吨~44吨。作为长征火箭家族中运载能力最大的型号,长征九号可用于载人月球探测、深空探测、空间太阳能电站建设等航天发射任务。

长征十号(CZ-10)

该火箭接替长征二号F火箭,用于发射月面着陆器和新型载人飞船的第二代载人运载火箭。分为两种任务构型:全助推构型长约92米,芯级直径5米,捆绑2枚5米直径助推器,起飞质量约2187吨,地月转移轨道运载能力不小于27吨、低地球轨道运载能力70吨;无助推构型长约67米,起飞质量约740吨,低地球轨道运载能力不小于14吨,将用于执行空间站人员及货物运输任务。为进一步优化空间站运行成本,无助推构型的一子级将采用可重复使用方案。

航天文化

航天精神

“两弹一星”精神,具体内容包括:热爱祖国,无私奉献;自力更生,艰苦奋斗;大力协同,勇于攀登。

载人航天精神,具体内容包括:特别能吃苦,特别能战斗,特别能攻关,特别能奉献。主要表现为:热爱祖国,为国争光的坚定信念;勇于攀登,敢于超越的进取意识;科学求实,严肃认真的工作作风;同舟共济,团结协作的大局观念;淡泊名利、默默奉献的崇高品质。

探月精神,具体内容包括:追求梦想,勇于探索,协同攻坚,合作共赢。

新时代北斗精神,具体内容包括:自主创新,开放融合,万众一心,追求卓越。

纪念日与纪念地

2016年恰逢中国航天事业创建60周年,自当年起中国将每年4月24日设立为“中国航天日”。为促进社会各界了解中国航天,国家航天局面向社会征集纪念日海报。2023年更是收到多达1058幅海报作品。

2020年4月24日,恰逢第五个“中国航天日”。由中国航天科技国际交流中心承建的贵阳科技馆航天特色馆落成。该馆将通过多达七个主题内容,普及航天知识、宣传航天成就、传承航天精神。

2023年4月21日,中国运载火箭技术研究院举办“长征一号火箭诞生地”纪念地标揭幕仪式。通过在长征一号总装厂房前设立实景地标的形式,展现历史、启迪后人。

2023年7月5日,上海航天技术研究院湖州七〇一三液体火箭发动机试车台入选浙江省第八批省级文物保护单位名单。该试车台曾承担风暴一号、长征三号、长征四号等运载火箭发动机主机及游动发动机地面热试车等试验任务,累计进行发动机试车122次,为中国航天运载器的研制和生产作出重要贡献。

2023年7月22日,红光沟航天精神文化区开园。同日,“航天液体动力功勋试车台”揭牌。

影视宣传

《东方巨响 中国“两弹一星”实录》:本片记录了我国原子弹、氢弹、导弹及人造卫星的研制过程,首次披露“两弹一星”大量珍贵史料。

《撼天记》:集中公开中国火箭发射多次事故的影像资料,见证了中国航天初心不改的坚持。

《军工记忆·航天六十年》:回顾航天事业发展与军民融合历程。

《飞天铸梦人》:以普通人的视角,深入讲述航天科技工作者的感人故事、展现他们的家国情怀。

影响与评价

“长征系列运载火箭可靠性高、性价比优,仍具有竞争优势。”——航天科技集团有限公司新闻发言人郝长峰

“长征五号的技术能力达到国际先进行列。”航天科技集团有限公司一院院长郝照平

“长五B遥一的首飞成功,从此拉开了中国载人空间空间站建设的大门……打出了中国航天的新高度,打出了中国航天的新速度。”——长征五号运载火箭第一总指挥李明华

“长征八号运载火箭首飞成功,将有力推动中国中型运载火箭的更新换代,满足未来中低轨高密度发射任务需求。”——长征八号运载火箭总指挥肖耘

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