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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
长征五号遥二火箭转场.jpg
转场中的长征五号遥二火箭
用途 不可重复使用的重型运载火箭
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-TMI 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 3
成功次數 2
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 2×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 2×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 2×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 2×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是中国航天科技集团公司研制的新一代五米直径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%。目前是中國现役起飛質量最大、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39°06′09.63″N 117°30′05.01″E / 39.1026750°N 117.5013917°E / 39.1026750; 117.5013917，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成功。[4]

研发[编辑]

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和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。[5]

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。[4]

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，[6]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及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或煤油和液氧推进剂，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[7]。但此前研发遭遇一些困难，进度数次推迟[8][9][10][11]。长征五号火箭已于2015年3月23日完成芯一级动力系统第二次试车[12]；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。[13]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。

未來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2020年首飞，2021年至2023年间将用于发射天宫号空间站的天和号核心舱、问天号实验舱、夢天号实验舱和巡天号光學舱[14][15][16]。。

构型[编辑]

长征五号运载火箭[编辑]

主条目：长征五号运载火箭

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。长征五号运载火箭整流罩長度為12.3公尺[17]。

长征五号乙运载火箭[编辑]

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。长征五号乙运载火箭整流罩長度為20.5公尺[17]。

發射記錄[编辑]

飞行次序 火箭型號 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 備註
1 五號 遥一 远征二号 2016年11月3日
20時43分13秒998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 成功[18] 發射過程中二級故障提前關機，但上面級透過延長燃燒時間成功把衛星送入預定軌道
2 五號 遥二 無 2017年7月2日
19時23分23秒425毫秒 		文昌航天发射场一号工位 实践十八号卫星 地球同步轉移軌道 失败[19] 一級引擎液氧泵损毁导致一台引擎停车，最终因推力不足入轨失败，坠毁于关岛以西，马里亚纳海沟附近的海域
3 五號 遥三 無 2019年12月27日
20時45分10秒526毫秒 		文昌航天发射场一号工位 实践二十号卫星 地球同步轉移軌道 成功[20]
成功率：66.67%

計划中[编辑]

飞行次序 火箭型號 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
五乙 2020年上半年 文昌航天发射场一号工位 新一代载人飞船试验船 近地轨道
五號 2020年7月23日 文昌航天发射场一号工位 火星一号 地火转移軌道
五號 2020年10月底 文昌航天发射场一号工位 嫦娥五号 地月轉移軌道
五乙 2021年 文昌航天发射场一号工位 天和号核心舱 近地轨道
五乙 2021年-2023年 文昌航天发射场一号工位 问天号实验舱 近地轨道
五乙 2021年-2023年 文昌航天发射场一号工位 梦天号实验舱 近地轨道
五號 2023年 文昌航天发射场一号工位 嫦娥七号 地月轉移軌道
五乙 2024年 文昌航天发射场一号工位 巡天太空望远镜 近地轨道
五號 2024年 文昌航天发射场一号工位 嫦娥六号 地月轉移軌道
五号 2024-2025年 文昌航天发射场一号工位 太阳轨道太空望远镜 日心轨道

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（无助推器无法起飞）和CZ-522型号。
版本[14] 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)[14] 10.565 MN（百万牛顿）[21] 1.34 MN 7.2 MN 8.24 MN 5.84 MN
发射重量[14] 878.556 t 82 t 420 t 630 t 470 t
最大高度 56.97 m [21] 33 m 55 m 58 m 53 m
载荷（近地轨道）[14] 25 t [21] 1.5 t 10 t 20 t 10 t
载荷（地球同步转移轨道）[14] 14 t [21] -- 6 t 11 t 6 t

全球現役大型运载火箭性能比较[编辑]

現役大型运载火箭性能比较（截至2019年12月）
国家 型号 运载能力（吨） 起飞重量（吨） 发射价格（万美元） 运载系数（%） 成本/载荷（万美元/吨） 发射成功率 发射总数
近地轨道 同步转移轨道 近地轨道 同步转移轨道
 美國 猎鹰重型运载火箭（不回收） 63.8 26.7 1421 15000 4.49 1.88 235 100% 3
 美國 猎鹰重型运载火箭（回收） 57 10 1421 9000 4.01 0.70 157 100% 3
 美國 三角洲4號重型運載火箭 28.3 14 733 35000 3.86 1.91 1236 90% 10
 中国 长征五号运载火箭 -- 14 867 未公开 -- 1.61 -- 67% 3
 俄羅斯 安加拉A5運載火箭 24.5 7.5 790 10500 3.10 0.95 429 100% 2
 俄羅斯 质子M型运载火箭 23 6.15 705 6500 3.26 0.87 282 90% 108
 美國 獵鷹9號運載火箭FT(不回收) 22.8 8.3 549 6000 4.15 1.51 263 100% 57
 歐洲 亞利安5號ECA 21 10.7 777 22000 2.70 1.38 1048 97% 71
 美國 擎天神5號運載火箭（551型） 18.8 6.86 590 15300 3.19 1.16 814 100% 6
 美國 獵鷹9號運載火箭FT(回收) 16.8 5.5 549 5000 3.06 1.00 297 100% 57
 日本 H-IIB运载火箭 16.5 8 531 11200 3.10 1.51 678 100% 8
 日本 H-IIA运载火箭 15 6 445 9000 3.37 1.35 600 98% 39
 中国 长征七号运载火箭 14 5.5 594 未公开 2.36 0.93 -- 100% 2
 中国 长征三号乙运载火箭 11.5 5.5 459 7000 2.51 1.20 608 95% 64
 印度 地球同步卫星运载火箭3型号 10 4 640 5400 1.56 0.63 540 100% 4

类似火箭[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. 梁小虹委员:长征5号火箭实现首次全体数字化设计. 中國政府網. 2009-3-3. 
  3. ^ 长征五号火箭. AirForceWorld.com. 2016-06-12 [2016-07-01]. （原始内容存档于2016-10-03）. 
  4. ^ 4.0 4.1 长五首飞成功！中国“奔月”“探火”靠它了-新华网. news.xinhuanet.com. [2016-11-16]. 
  5. ^ 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]. 
  6. ^ 《焦点访谈》 20160423 长征五号十年磨一“箭”
  7. ^ 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]. （原始内容存档于2012-08-01） （中文）. 
  8. ^ 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）. 
  9. ^ 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）. 
  10. ^ 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. 
  11. ^ 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]. （原始内容存档于2014-12-17） （中文）. 
  12. ^ 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）. 
  13. ^ “长征五号”、“长征七号”首飞时间基本确定
  14. ^ 14.0 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 CZ-NGLV
  15. ^ 中國航天發射預報. 航天愛好者網 （中文（简体）‎）. 
  16. ^ 天宫二号”总设计师：不再有天宫三号 五年后直接建成空间站. 新京报-戴玉玺. 2017-11-22 （中文（简体）‎）. 
  17. ^ 17.0 17.1 Lsquirrel. 长征五号首发，中国跻身航天强国. 果壳网. 2016-11-03 [2017-06-27]. 
  18. ^ 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）. 
  19. ^ 新华社快讯. 长征五号遥二火箭发射失利. 新华社. 2017-07-02 （中文）. 
  20. ^ 赵竹青. “胖五”王者归来！长征五号遥三火箭发射成功. 人民网. 2019-12-27 （中文）. 
  21. ^ 21.0 21.1 21.2 21.3 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]

长征一号系列
长征二号Ｆ
长征二号系列
长征三号系列
长征四号系列
长征五号系列
长征六号系列
长征七号系列
长征八号系列
长征九号系列
长征十一号系列
注：现役型号   退役型号   未飞型号   取消型号
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