长征三号乙运载火箭

基本简介

长征三号乙运载火箭(CZ-3B)是一枚三级大型液体捆绑式运载火箭。它以经适应性变更后的长征三号甲运载火箭作为芯级，捆绑四枚液体助推器而构成，具有运载能力大、适应性强、继承性好等优点，是中国目前运载能力最大、技术最先进、构成最复杂的运载火箭，代表中国目前运载火箭技术的最高水準，在世界航天界也居前列。

长征三号乙运载火箭主要用于发射地球同步轨道卫星，其运载能力达到5.1吨，是中国用于商业卫星发射服务的主力火箭。全箭起飞质量465吨，全长54.838米，一、二子级直径3.35米、助推器直径2.25米，三子级直径3.0米，卫星整流罩最大直径4.0米。它的一子级、助推器和二子级使用偏二甲肼(UDMH)和四氧化二氮(N2O4)作为推进剂，三子级则使用效能更高的液氢(LH2)和液氧(LOX)。

全箭由箭体结构、动力系统、控製系统、遥测系统、外测安全系统、滑行段推进剂管理与姿态控製系统、低温推进剂利用系统、分离系统以及辅助系统等组成。

长三乙火箭性能优异，安全可靠，总共26次发射任务中，除第一次失败以外都发射成功，成功率高达96%。

长征三号乙运载火箭已成功地发射了多颗大型卫星，它们是:马部海卫星(Mabuhay)、亚太二号R卫星(APT-ⅡR)、中卫一号卫星(ChinaStar-1)、鑫诺一号卫星(SinoSat-1)。

2016年11月，中国长三乙火箭首飞失败画面公开。

技术参数

参数

助推器

一子级

二子级

三子级

推进剂

N2O4/UDMH

N2O4/UDMH

N2O4/UDMH

LOX/LH2

推力 (kN)

740.4 * 4

2961.6

742 (主机)

11.8 * 4 (游动发动机)

83.585 * 2

发动机比沖 (N*s/kg)

2556.2

2556.2

2922.57 (主机)

2910.5 (游动发动机)

4295

箭体直径

2.25 m

3.35 m

3.35 m

3.00 m

箭体长度

15.326 m (CZ-3B)

16.094 m (CZ-3BE)

23.272 m (CZ-3B)

24.76 m (CZ-3BE)

12.92 m

12.375 m

整流罩直径

4.00/4.20 m

整流罩长度

9.56 m

火箭全长

54.838 m (CZ-3B) / 56.326 m (CZ-3BE)

起飞质量

425.8 ton (CZ-3B) / 458.97 ton (CZ-3BE)

结构描述

一子级

一子级上部是装有液体四氧化二氮(N2O4)的氧化剂箱，下部是装有液体偏二甲肼(UDMH)的燃烧剂箱，总长长23.272米。一子级装配有DaFY6-2型发动机，该发动机是由四台推力为75吨的液体N2O4/UDMH发动机并联而成。每台DaFY6-2型发动机的喷口可以在伺服机构的带动下单向摆动以控製火箭飞行的姿态，最大的摆动角为10度。

助推器

每枚助推器捆长15.326米，上部是装有液体四氧化二氮(N2O4)的氧化剂箱，下部是装有液体偏二甲肼(UDMH)的燃烧剂箱，并在尾部各安装了一个尾翼。四个助推器各配有一台推力为75吨的DaFY5-1型发动机，喷管固定不摆。

二子级

二子级长9.943米，上部是装有液体四氧化二氮(N2O4)的氧化剂箱，下部是装有液体偏二甲肼(UDMH) 的燃烧剂箱。二子级装配有75吨推力的DaFY20-1型发动机(主发动机)和带四个小喷管、推力为4.8吨的游动发动机DaFY21-1。主发动机喷管固定不动，游动发动机喷管可作单向摆动，最大摆角60度，以控製箭体飞行姿态。

三子级

三子级长12.375米，上部是装有液氢(LH2)的燃烧剂箱，下部是装有液氧(LOX)的氧化剂箱。三子级採用的是YF-75氢氧发动机，具有二次啓动能力，由两台独立的单管发动机并联而成，每台推力8吨，可在伺服机构的带动下双向摆动，最大综合摆角4度，控製三子级箭体飞行姿态。

卫星整流罩

在火箭飞行穿过大气层这段过程中，火箭顶部的卫星整流罩保护卫星免受来自大气层的各种干扰。卫星整流罩为卫星提供了一个良好的环境。长征三号乙火箭的卫星整流罩由端头帽、双锥段、圆柱段和倒锥段组成。端头帽由玻璃钢纤维材料製成，具有良好的无线电透波性。双锥段和圆柱段是由金属蜂窝材料製成，倒锥段由化铣合金材料製成。如果需要，无线电透波视窗和操作视窗可以在柱段和双锥段上开口。长三乙火箭整流罩长9.56米，最大外直径4.0米，其静包络最大直径为3.65。

星箭对接

长征三号乙火箭可以提供多种机械接口，但一般来说，提供标準的937B和1194机械接口。卫星的下端框与火箭的有效载荷支架的上端框对接，通过包带来锁紧。

运载能力

长征三号乙

长征三号乙火箭的标準地球同步转移轨道(GTO)运载能力为5.1吨。标準的GTO参数及入轨精度如下表所列:

参数

标準GTO轨道参数

入轨精度(3σ)

近地点高度

200 km

±30 km

轨道倾角

28.5°

±0.21°

近地点幅角

179.6°

±0.6°

标準GTO参数表示的是在卫星与火箭分离时刻卫星所处轨道的参数。使用者可以根据卫星的需要以及火箭运载能力选择不同的轨道。如果运载能力有剩余，长征三号乙火箭可以将卫星送入一个低倾角的轨道或是一个超同步转移轨道，这样的话，卫星的在轨道寿命可以得到延长。

长征三号乙增强型

长征三号乙增强型(CZ-3B/E)的芯一级加长了约1.5米，助推器加长了约0.8米，运载能力比先前提高了0.4吨，GTO运载能力为5.5吨。该型火箭已执行过"奈及利亚通信卫星一号"、"委内瑞拉一号通信卫星"等多次发射任务。

2013年下半年，长征三号乙增强型运载火箭，成功发射"嫦娥三号"探测器。

长征三号乙增强型火箭在长征三号乙火箭的基础上开展了六大专项技术攻关，以确保"嫦娥三号"完美落月。

这六项技术包括:发射视窗由少变多、"两只眼睛"提高入轨精度、嫦娥三号"坐椅"量身打造、可靠性再跃升、运载能力提高、"现场直播"火箭飞行过程。

长征三号乙增强型运载火箭用"两只眼睛"提高入轨精度，实现将"嫦娥三号"精确送入近地点高度200公裏、远地点高度38万公裏的地月转移轨道。

增强型火箭採用了双雷射惯组加卫星导航修正的复合製导技术，这种复合製导技术相当于给火箭安装了"两只眼睛"，一只眼睛可以使火箭按照设计好的轨道飞行，另一只眼睛精确计算最佳途径，并随时修正。

长征三号乙增强型运载火箭首次运用遥测图像即时传输技术，将"现场直播"火箭在发射和飞行过程中的助推分离、一二级分离、整流罩分离等关键动作，实现清晰监视。

长三乙增强型火箭可靠性再跃升。梁小虹说，增强型火箭完成了一子级发动机、二子级发动机、三子级发动机、控製系统等9项可靠性成长项目，飞行可靠性，由原来的0.938提升至0.942。

长三乙改1型

改1型火箭採用起飞滚转定向、双向风补偿、三级一次工作、串联式双星分离，直径3.7米长整流罩，其余的与基本型相似。

长三乙改2型

改2型火箭採用双雷射惯组+GNSS复合製导，採用4200F整流罩(直径4.2米)，其余的与增强型相似，起飞总质量457吨，全箭总长56.542米，标準地球同步转移轨道运载能力5400公斤。

飞行时序

任务描述

长征三号乙运载火箭可以将卫星送入地球同步转移轨道(GTO)。在执行一个典型的GTO任务时，长三乙火箭的一、二子级首先将卫星和三子级的组合体送入一个圆形的停泊轨道，然后三子级进行600多秒的滑行段飞行，在组合体在火箭控製系统的控製下进行再定向之后，三子级发动机再次点火将组合体送入目标GTO轨道，最后，三子级和卫星分离。

主要飞行事件

长征三号乙运载火箭的主要飞行事件如下所列:

助推器分离:

每个助推器都是分别通过前连线面的桿系结构和后连线面的球头结构同火箭芯级相连的。在助推器发动机关机后，用于连线的爆炸螺栓和分离螺母分别解锁，装在助推器上固体小型分离火箭点火，将助推器推离火箭芯级，助推器自由下落完成分离。

一子级/二子级分离:

一子级/二子级分离是所谓的"热分离"。在一子级发动机关机后，二子级主发动机点火，联接两级的爆炸螺栓起爆解锁，这样一子级就被二子级发动机喷出的高速燃气流推离，一子级和二子级分离。

整流罩抛罩:

整流罩以"解锁-翻转-分离"方式进行抛罩。在横向上整流罩与三子级通过12个横向爆炸螺栓联接，在纵向上两半整流罩是由2个纵向爆炸螺栓和一条导爆索联接。在抛罩时，12个横向爆炸螺栓和2个纵向爆炸螺栓首先同时解爆，在0.1秒内纵向导爆索解锁，安装在三子级前端框上的分离弹簧将两半整流罩推开分离。两个整流罩半罩围绕着三子级前端框上的铰链翻转，随着火箭加速上升整流罩分离下落。

在抛罩过程中，不会发生碰撞和污染。

二子级/三子级分离:

二子级/三子级分离是所谓的"冷分离"。在二子级的主发动机和游动发动机关机后，安装在三子级上的小型加速火箭点火，从而在火箭飞行方向上产生一个加速度，使得三子级的推进剂沉底易于三子级发动机点火起动。同时，联接二子级和三子级的爆炸螺栓起爆解锁，安装在二子级上的小型反推火箭点火产生一个反向加速度，二子级与三子级脱离。

卫星/三子级分离:

卫星与三子级分离是通过分离弹簧的分离力来实现的。当火箭控製系统发出星箭分离指令，联接卫星和有效载荷支架的包带上的无污染爆炸螺栓起爆解锁，解锁后的包带被安装在有效载荷支架上的拉簧拉回。卫星被分离弹簧推离火箭。

典型飞行时序

事件

飞行时间(秒)

一子级点火

-3

程式转弯

11.0

助推器分离

127.24

一子级/二子级分离

147.36

整流罩抛罩

232.4

二子级/三子级分离和三子级发动机点火

332.31

三子级发动机一次关机

631.32

三子级发动机二次点火

1281.23

三子级发动机二次关机

1459.91

卫星/三子级分离

1559.907

发射场操作

长征三号乙火箭在西昌卫星发射中心(XSLC)进行发射。火箭将被装载在火车上从北京运往四川省的西昌，在西昌卫星发射中心的技术中心和发射中心进行各种测试和操作活动，包括在技术中心的四次总检查、火箭由技术中心转运到发射中心、火箭各子级在发射中心起竖对接、在发射中心的四次总检查、卫星/火箭联合操作、火箭加注、以及最后发射倒计时等。

发射记录

序号

起飞时

运载火箭

有效载荷

轨道

结果

备注

1

1996.2.15

CZ-3B Y1

国际通信卫星708

GTO

失败

惯性平台失效，点火后22秒坠地爆炸​

2

1997.8.20

CZ-3B Y2

菲律宾马部海1号

GTO

成功

Space Systems/Loral, Agila2

3

1997.10.17

CZ-3B Y3

亚太二号R通信卫星

GTO

成功

美国劳拉空间系统公司製造

4

1998.5.30

CZ-3B Y5

中卫一号（中星5A)

GTO

成功

美国洛克希德·马丁公司製造

5

1998.7.18

CZ-3B Y4

鑫诺一号（中星5B)

GTO

成功

法国宇航公司製造

6

2005.4.12

CZ-3B Y6

亚太六号通信卫星

GTO

成功

法国阿尔卡特空间公司製造

7

2006.10.29

CZ-3B Y7

鑫诺二号

GTO

成功

天线与太阳帆板失败，卫星失效**

8

2007.5.14

CZ-3BG2 Y9

奈及利亚通信星一号

GTO

成功

太阳帆板故障，卫星失效***

9

2007.7.5

CZ-3B Y10

中星6B

GTO

成功

由法国泰雷兹阿来尼亚宇航公司

10

2008.6.9

CZ-3B Y11

中星9号

GTO

成功

鑫诺二号备份星，购自法国

11

2008.10.30

CZ-3BG2 Y12

委内瑞拉通信星一号

GTO

成功

东四平台

12

2009.8.31

CZ-3B Y8

印尼帕拉帕-D1

GTO

部分失败

三级二次点火后Ⅰ分机推力不足****

13

2010.9.5

CZ-3BG2 Y13

鑫诺六号（中星6A)

GTO

成功

东四平台，高压氦气泄露寿命降1/3

14

2011.6.21

CZ-3BG2 Y20

鑫诺五号（中星10）

GTO

成功

东四平台

15

2011.8.12

CZ-3BG2 Y19

巴基斯坦通信星1R

GTO

成功

东四平台

16

2011.9.19

CZ-3BG2 Y16

中星1A

GTO

成功

东四平台

17

2011.10.7

CZ-3BG2 Y18

欧洲通信卫星W3C

GTO

成功

法国泰雷兹阿莱尼亚宇航公司製造

18

2011.12.20

CZ-3BG2 Y21

尼星1R

GTO

成功

东四平台，接替在轨失效的尼星1号

19

2012.03.31

CZ-3BG2 Y22

亚太七号

GTO

成功

法国泰雷兹阿莱尼亚宇航公司

SPACEBUS 4000C2型平台

20

2012.04.30

CZ-3BG1 Y14

北斗二号M3/M4

MEO

成功

东三A平台

21

2012.05.26

CZ-3BG2 Y17

中星2A

GTO

成功

东四平台

22

2012.09.19

CZ-3BG1 Y15

北斗二号M5/M6

MEO

成功

东三A平台

23

2012.11.27

CZ-3BG2 Y24

中星十二号

GTO

成功

法国泰雷兹阿莱尼亚宇航公司製造

CZ-3BG3 Y23

东四平台

实现中国周边海域海洋信号全覆盖，

助力海上“丝绸之路”战略发展。

白俄罗斯通信卫星

BelinterSat-1/中星15号