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长征五号系列火箭

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长征五号系列运载火箭
长征五号模型
长征五号模型
用途 不可重複使用之重型运载火箭
製造商 中国航天科技集团公司(CASC)
天津航天长征火箭制造有限公司
製造國家  中华人民共和国
外型及質量參數
高度 CZ-5: 56.97 米
CZ-5B: 53.66 米
CZ-5/YZ-2: 56.97 米
直徑 5 米
質量 CZ-5: 878.556 吨
CZ-5B: 837 吨
级数 CZ-5: 2.5 级
CZ-5B: 1.5 级
CZ-5/YZ-2: 3.5 级
酬載量
有效載荷-LEO CZ-5B: 25 吨
有效載荷-GTO CZ-5: 14 吨
有效載荷-TLI CZ-5: 8 吨
有效載荷-GEO CZ-5/YZ-2: 5.1 吨
有效載荷-SSO CZ-5: 15 吨 (700千米)
CZ-5/YZ-2: 6.7 吨 (2000千米)
有效載荷-MTO CZ-5: 13 吨
有效載荷-MEO CZ-5/YZ-2: 4.5 吨
相關火箭
系列火箭 长征系列运载火箭
發射歷史
現況 服役中
發射場 文昌航天发射场一号发射工位
19°36′53″N 110°57′04″E / 19.614691°N 110.951004°E / 19.614691; 110.951004
總發射次數 1
成功次數 1
首次發射 CZ-5: 2016年11月3日
輔助火箭
輔助火箭數量 4 枚
高度 27.6米(91英尺)
直徑 3.35米(11.0英尺)
總重 155,700公斤(343,300磅)
燃料重量 144,000公斤(317,000磅)
发动机 YF-100发动机
推力 2×1188 千牛 (海平面)
2×1340.5 千牛 (真空)
比冲 2942 米/秒 (海平面)
3286.2 米/秒 (真空)
推進時間 173秒
燃料 液氧/煤油
第一级
高度 31.7米(104英尺)
直徑 5米(16英尺)
總重 175,600公斤(387,100磅)
燃料重量 158,300公斤(349,000磅)
发动机 YF-77发动机
推力 2×510 千牛 (海平面)
2×700 千牛 (真空)
比冲 3058 米/秒 (海平面)
4179 米/秒 (真空)
推進時間 475秒
燃料 液氧/液氢
第二级(可選)
高度 10.6米(35英尺)
直徑 5米(16英尺)
總重 22,200公斤(48,900磅)
燃料重量 17,100公斤(37,700磅)
发动机 YF-75D发动机
推力 2×88.36 千牛
比冲 4340 米/秒
推進時間 700秒
燃料 液氧/液氢
上面級(可選) - 远征二号
直徑 3.8米(12英尺)
发动机 YF-50D发动机
推力 2×6.5 千牛
比冲 3150 米/秒
推進時間 1105秒
燃料 四氧化二氮/偏二甲肼

长征五号系列运载火箭中国航天科技集团公司研制的新一代五米直俓低温液体捆绑式重型运载火箭系列。其到达近地轨道的最大有效载荷能力为25噸[1],而到达同步转移轨道的最大有效载荷能力为14噸。[2]

长征五号系列为中国第一个从总体到分系统均采用最新技术的大型液体运载火箭系列[3],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,新技术比例達95%;设计可靠性达到了0.98,是国际上运载火箭可靠性设计指标中最高的。[4] 系列當中最強的型号长征五号运载火箭载荷能力与欧洲空间局阿丽亚娜5型运载火箭美国德尔塔-4重型运载火箭以及俄罗斯质子-M运载火箭同级,均屬於大運載的重型火箭;是中國现役安全性能最好、起飛質量最大、芯级直径最粗、運載能力最強的火箭。

历史[编辑]

长征五号早於1986年在863計劃支持下开展前期论证和攻关,2001年5月国防科工委开展预先研究。2000年至2001年,120噸級液氧煤油發動機YF-100及50噸級液氫液氧發動機YF-77先後开始立项研制。在20年的可行性研究之后,中国政府在2006年10月立项批准了火箭的开发[1],由2008年11月成立的天津航天长征火箭制造有限公司生产,制造基地设於沿海城市天津滨海新区开发区西区。歷十年磨一箭,2016年11月3日20时43分,長征五號于海南岛中国文昌航天发射场首次發射并獲圓滿成功。[5]

研发[编辑]

长征五号火箭模型,拍摄于中国首次太空漫步航天展杭州站。

长征五号系列火箭的主要目标是满足在未来20-30年中国到达近地轨道同步转移轨道任务的大型有效载荷要求。CZ-5项目最初于2001年2月宣布。然而2007年中国东北展会期间,开发商透露直至當年才最终批准研发預算。[6]

长征五号运载火箭服役和位于海南岛的文昌航天发射场落成使得中国具备25吨的近地轨道运载能力和14吨的地球同步轉移轨道运载能力,可发射20吨级长期有人照料的空间站、大型空间望远镜、返回式月球探测器深空探测器、超重型应用卫星等。[5]

其120噸級液氧發動機設計難度大,必須獨力開發上百項新技術或新材料,中国航天推进技术研究院製造初始四台樣機在高台測試時,兩台啟動爆炸,兩台燃油系統燒毀,[7]第五台樣機才成功,液態燃料槽在2012年6月30日靜力測試時也發現焊接口裂縫,薄壁大直徑燃料槽是國際高端機密技術,焊接工藝和結構設計全靠自力摸索,最終研製成功。

设计[编辑]

长征五号系列火箭現任總設計師是李東,首任總設計師(2001年1月-2006年1月)是徐盛華。中國運載火箭技術研究院上海航天技術研究院分別承擔芯级及助推器的研制任務。

长征五号系列火箭的设计思想以通用化、系列化、组合化为重点。可搭载三种专门为其设计的火箭发动机,完全采用无毒无污染的液氢煤油液氧推进剂,分别为推力为120吨的YF-100液氧煤油高压补燃循环发动机、推力为50吨的YF-77燃氣循環氢氧发动机和推力为9吨的YF-75D膨脹循環氢氧发动机。长征五号系列实行模块化设计,由直径为5米、3.35米和2.25米的三种模块构成。其中5米模块包含两个50吨级的YF-77发动机(芯一级)或两个9吨级的YF-75D发动机(芯二级),3.35米模块包含两个120吨级的YF-100发动机,2.25米模块包含一个120吨级的YF-100发动机。模块化设计的好处是可以根据需要把不同模块组装成不同推力的火箭,以执行不同的任务。例如系列中最为强大的型号长征五号,以两个5米模块为主推进器,另配有4个3.35米模块为助推器。

120吨级的YF-100液氧煤油发动机已於2012年7月29日測試成功[8]。但此前研发遭遇一些困难,进度数次推迟[9][10][11][12]。长征五号火箭已于2015年3月23日圆满完成芯一级动力系统第二次试车[13];2016年1月起,长征五号在文昌航天发射中心进行合练,共計140天。[14]长征五号歷時十年研制,于2016年11月3日成功进行首次飞行试验。

2017年长征五号将用于完成嫦娥五号发射任务;长征五号乙运载火箭计划于其后首飞,2018年将用于发射天宫三号试验核心舱,2020年至2022年间将用于发射天宫号空间站天和号核心舱问天号实验舱巡天号实验舱[15]

构型[编辑]

长征五号运载火箭为二级半构型,芯级采用5米直径,捆绑4个3.35米直径斜头锥助推器,是系列中最为强大的型号。全箭总长56.97米,起飞质量878.556吨,起飞推力约1062吨,主要承擔地球同步转移轨道任務,运载能力14吨的,較中国原有运载火箭提升2.5倍。原代号為长征五号E。

长征五号乙运载火箭為长征五号簡化型,取消第二级,为一级半构型,是中國首款一級直接入軌火箭,全箭总长53.7米,起飞重量837.5吨,近地轨道运载能力25吨,主要承担中国空间站舱段发射任务等近地轨道任務。

發射記錄[编辑]

飞行次序 火箭序号 上面級 起飞时间(UTC+8) 发射工位 有效载荷 卫星轨道 发射结果
1 遥一 远征二号 2016年11月3日
20時43分13秒9983毫秒
文昌航天发射场一号工位 实践十七号卫星 地球静止轨道 1成功[16]
成功率:100%

火箭規格[编辑]

长征五号系列火箭家族:CZ-200,CZ-300,CZ-340,CZ-500核心(无助推器是不可起飞)和CZ-522型号。
版本[15] CZ-5-504 CZ-5-200 CZ-5-320 CZ-5-522 CZ-5-540
助推器 4xCZ-5-300, YF-100 -- 2xCZ-5-200, YF-100 2xCZ-5-200 2xCZ-5-300, YF-100 4xCZ-5-200, YF-100
第一级 CZ-5-500, 2xYF-77 CZ-5-200, YF-100 CZ-5-300, YF-100 CZ-5-500, 2xYF-77 CZ-5-500, 2xYF-77
第二级 CZ-5-HO, 2xYF-75 CZ-YF-73, YF-73 CZ-5-KO, CZ-5-HO, 2xYF-75 CZ-5-HO, 2xYF-75
第三级 (不用于近地轨道) -- -- CZ-5-HO, YF-75 -- --
推力 (海平面)[15] 10.565 MN(百万牛顿)[17] 1.34 MN 7.2 MN 8.24 MN 5.84 MN
发射重量[15] 878.556 t 82 t 420 t 630 t 470 t
最大高度 56.97 m [17] 33 m 55 m 58 m 53 m
载荷(近地轨道[15] 32 t [17] 1.5 t 10 t 20 t 10 t
载荷(地球同步转移轨道[15] 14 t [17] -- 6 t 11 t 6 t

全球现役主力大型火箭一览[编辑]

几种大型运载火箭性能简表(截至2016年11月)
型号 国家/组织 首次发射 发射纬度 起飞重量(吨) 运载能力 重量, 吨 芯级 直径, 米 发射成功率, % (发射总数) 发射价格, 百万美元
近地轨道 地球同步转移轨道 地球静止同步轨道
质子-M运载火箭+微风M上面级  俄羅斯 2001 46° 705 (23) 6.15 3.25 4.35 91%----(76) 80 — 100
阿丽亚娜5型运载火箭ECA  歐盟 2002 780 21 10.7 5,4 98%----(44) 220
天顶-3SL运载火箭  俄羅斯 1999 42° 473 13.7 6.06 2.6 4.15 85%----(41) 80
德尔塔-4运载火箭重型  美國 2004 35° 和 28° 732 (28.3) 14 (6.57) 5 86%----(7) 265
德尔塔-4运载火箭中型+(5.4)  美國 2009 35° 和 28° 399 13.5 5.5 3.12 5 100%---(4) 170
宇宙神5型运载火箭551  美國 2006 35° 和 28° 541 18.8 6.86 3.90 5.4 100%---(4) 190
宇宙神5型运载火箭521  美國 2003 35° 和 28° 419 13.49 4.88 2.63 5.4 100%---(2) 160
獵鷹9號運載火箭FT  美國 2015 35° 和 28° 549 22.8 8.3 3.7 100%---(8) 62
H-IIB运载火箭  日本 2009 30° 531 19 8 5.2 100%---(4) 182
H-2A运载火箭204  日本 2006 30° 445 (15) 6 2.3 4 100%---(1) 170
长征五号运载火箭  中国 2016 19° 878.566 (32) 14 5 100%---(1)
长征五号运载火箭+远征二号上面级  中国 2016 19° (32) 14 5.1 5 100%---(1)
长征五号乙运载火箭  中国 2017 19° 837.5 25 5 --%---(0)
长征三号乙火箭改進Ⅱ型  中国 2007 28° 459 12 5.5 (2) 3.35 100%----(15) 50-70

可比较的火箭[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 Long March 5 Will Have World's Second Largest Carrying Capacity. Space Daily. 2009-03-04 [2012-09-04]. 
  2. ^ Space.com staff. China Tests Powerful Rocket Engine for New Booster. Space.com. 30 July 2012. The more capable Long March 5 rocket is expected to help the country achieve its goal of constructing a space station in orbit by the year 2020, as well as play a key role in China's future space exploration aims beyond low-Earth orbit. The rocket's maiden launch is expected to occur in 2014. 
  3. ^ 长征五号火箭. AirForceWorld.com. 2016-06-12 [2016-07-01]. 
  4. ^ 祝贺长征七号成功发射!
  5. ^ 5.0 5.1 长五首飞成功!中国“奔月”“探火”靠它了-新华网. news.xinhuanet.com. [2016-11-16]. 
  6. ^ 长五运载火箭计划11月上旬发射 将承担空间站等重大发射任务-搜狐. mt.sohu.com. [2016-11-16]. 
  7. ^ 《焦点访谈》 20160423 长征五号十年磨一“箭”
  8. ^ 陈钢. 我国新一代大推力火箭发动机“极限工况热试车”成功. 新华网. 2012-07-29 [2014-12-08] (中文). 
  9. ^ 新一代运载火箭计划2016年首飞. 新闻联播. 中国中央电视台. 2014-12-08 (中文). 
  10. ^ 万淑艳. 长征五号火箭拟于2015年上半年首飞 搭载试验卫星. 中国新闻网. 2014-03-05 [2014-04-07] (中文). 
  11. ^ Bradley Perrett. China's Long March 5 Will Not Launch Until 2015: Another delay besets the heavy launcher on which China's space program is betting. Aviation Week & Space Technology. 2013-05-25 [2014-12-08] (英语). In 2007, the Long March 5 was due to make its first flight in 2013. A year ago, the target had slipped to 2014. China Daily now says the first flight will "probably" occur in 2015. 
  12. ^ 陈炜伟、许祖华. “长征5号”火箭2014年首飞 将为中国空间站建设提供运力保障. 新华网. 2012-03-05 [2014-12-08] (中文). 
  13. ^ 人民网-科技频道. 长征五号火箭圆满完成芯一级动力系统第二次试车. 人民网-科技频道. 2015-03-23 [2015-03-25] (中文). 
  14. ^ “长征五号”、“长征七号”首飞时间基本确定
  15. ^ 15.0 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 CZ-NGLV
  16. ^ 白国龙、任珂. 中国成功发射实践十七号卫星. 新华社. 2016-11-03 (中文). 
  17. ^ 17.0 17.1 17.2 17.3 中国新一代运载火箭长征五号、长征七号首飞时间已经确定

参见[编辑]