走近“長三甲”

尹懷勤

2012年3月31日，我國“長征三號乙”運載火箭從西昌發(fā)射中心點火起飛，一舉將“亞太7號”通信衛(wèi)星送入預(yù)定的地球同步轉(zhuǎn)移軌道，標志著發(fā)射獲得圓滿成功。

人們不禁要問：“長征三號乙”究竟是一種什么樣的火箭呢？要回答這個問題，就得從“長征三號”火箭講起。

“長征三號”火箭功勛卓著

1978年3月，我國完成了“長征三號”火箭的總體方案設(shè)計，確定其第一、二級以遠程液體火箭為原型進行修改設(shè)計，第三級采用液氫、液氧低溫高能推進劑。

箭體結(jié)構(gòu)包括衛(wèi)星整流罩、儀器艙、級間段、氧化劑箱、燃料箱、箱間段、后過渡段及管路活門等。火箭全長43.25米，起飛推力296噸，能把1.5噸重的有效載荷送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道。

1984年1月29日，我國首次用“長征三號”運載火箭從西昌發(fā)射中心起飛發(fā)射第一顆試驗通信衛(wèi)星。1984年4月8日，“長征三號”火箭在西昌發(fā)射中心進行了第二次發(fā)射，順利地把第二顆“東方紅二號”通信衛(wèi)星送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道，發(fā)射獲得圓滿成功。

這樣一來，我國就成為世界上第三個掌握了低溫高能火箭技術(shù)的國家，第二個掌握了火箭能在高空二次點火技術(shù)的國家。

隨后，“長征三號”火箭不僅發(fā)射了國產(chǎn)衛(wèi)星，還發(fā)射了外國衛(wèi)星。它的問世和使用，標志著我國突破了氫氧發(fā)動機技術(shù)，運載火箭達到了國際先進水平，同時也打破了少數(shù)西方國家在空間領(lǐng)域一統(tǒng)天下的局面。

2000年6月25日之后，完成歷史使命的“長征三號”火箭光榮退役。

“長三甲”系列名揚天下

為了適應(yīng)形勢要求，以“長征三號”火箭為藍本的“長征三號甲”“長征三號乙”“長征三號丙”三種運載火箭先后誕生，被稱為“長三甲”系列火箭，均是世界名牌運載火箭。

“長征三號甲”火箭是在“長征三號”火箭的基礎(chǔ)上采用重新設(shè)計氫氧發(fā)動機形成的大型三級液體火箭。它加長了推進劑貯箱，加大了尾翼，第三級由兩臺新研制的氫氧發(fā)動機并聯(lián)組成，每臺真空推力為8噸，同時采用了數(shù)字化控制系統(tǒng)等先進技術(shù)。全箭長52.52米，起飛推力和運載能力的提升使它具有一箭多星和適應(yīng)多種軌道衛(wèi)星發(fā)射的能力。

1994年2月8日，“長征三號甲”火箭首次從西昌發(fā)射中心起飛，一舉把“實踐四號”科學(xué)探測衛(wèi)星和一顆模擬衛(wèi)星成功送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道。同年11月30日，又把“東方紅三號”衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。截止到2012年1月13日，“長征三號”甲火箭共進行了27次發(fā)射，其中包括2007年10月24日發(fā)射“嫦娥一號”探月衛(wèi)星，均獲圓滿成功，發(fā)射成功率達到100%。

按照最初制定的“上改下捆、先改后捆”的技術(shù)發(fā)展途徑，在“長征三號甲”火箭的第一級周圍捆綁四個助推器就派生出了“長征三號乙”運載火箭。

“長征三號乙”火箭的運載能力比“長征三號甲”提高了一倍，比“長征三號”翻了近兩番。在當時僅次于俄羅斯的“質(zhì)子號”火箭，居于世界第二位。

“長征三號丙”火箭則是我國第一枚非全對稱火箭。從2008年4月25日首次投入使用以來，它已成功地把8顆衛(wèi)星送上太空，其中包括2010年10月1日發(fā)射“嫦娥二號”探月衛(wèi)星。它的投入使用填補了我國高軌道運載能力的一項空白，真正形成了火箭運載能力系列化。

現(xiàn)在，我國新一代運載火箭正在研發(fā)中，相信在不久，一批更新、更強的新式運載火箭會騰空升起，給我們更多的驚喜。

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運載火箭為什么從

西昌衛(wèi)星發(fā)射中心起飛？

由于衛(wèi)星運行速度隨著距離地面的高度而變化，軌道越高，速度越小，環(huán)繞周期越長，故由計算可知，當其在赤道上空35 786千米高的圓形軌道上以每秒3.07千米的速度由西向東運行一周時，恰好是23小時56分4秒，與地球自西朝東自轉(zhuǎn)一周的時間相同，這條軌道就被稱為地球靜止軌道。

世界上的通信衛(wèi)星，除星座組網(wǎng)通信衛(wèi)星之外，都運行在靜止軌道上的固定位置。這是一條曲形的高軌道，故將用來發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星的“長征三號”和“長征三號甲”系列火箭，統(tǒng)稱為我國的高軌道運載火箭。我國已有的三個航天發(fā)射陣地中西昌的緯度最低，可以較多地利用地球自轉(zhuǎn)速度以節(jié)約火箭能量，所以這四種高軌道運載火箭均從西昌發(fā)射中心起飛，把衛(wèi)星送入太空。

你了解火箭發(fā)射程序嗎？

以運載火箭發(fā)射靜止軌道衛(wèi)星的飛行程序為例，我們來了解一下這個知識。

火箭發(fā)射時，啟動按鈕后，第一級火箭及助推器首先點火，完成垂直起飛段和程序轉(zhuǎn)彎段的飛行任務(wù)后，助推器先分離，然后第一級火箭與第二級火箭分離。

與此同時，第二級火箭點火，頂部的整流罩拋開，衛(wèi)星露出。

當?shù)诙壔鸺瓿墒姑螅磁c第三級火箭分離，氫氧發(fā)動機便第一次點火工作。待它與衛(wèi)星同時進入高約400千米的近圓形的停泊軌道繞地球飛行后隨即關(guān)機。

在其與赤道平面相交時，氫氧發(fā)動機第二次點火工作，將衛(wèi)星送入遠地點的大橢圓軌道運行，接著關(guān)機并與衛(wèi)星分離。

至此，運載火箭就完成了發(fā)射任務(wù)。這條大橢圓軌道就被稱為地球同步轉(zhuǎn)移軌道。

星箭分離后的氫氧發(fā)動機會與衛(wèi)星保持一定距離，進入另一條軌道，以免撞毀衛(wèi)星。隨著軌道下沉，氫氧發(fā)動機最后將進入大氣層燒毀。

對通信衛(wèi)星來說，星箭分離以后，運行在地球同步轉(zhuǎn)移軌道上的衛(wèi)星，其姿態(tài)調(diào)整、軌道參數(shù)測量及軌道微調(diào)則由地面測控中心和地面測控站來進行監(jiān)管。

氫氧發(fā)動機神秘在哪里？

以液氫和液氧為推進劑的液體火箭，是典型的低溫高能發(fā)動機。液氫和液氧不僅燃燒值較高，而且燃燒生成的廢氣是水蒸氣，不污染環(huán)境。但是要貯存和使用這種綠色能源，必須解決一系列的技術(shù)難題，因此，目前世界上只有美、俄、中、日等4個國家和歐洲航天局擁有氫氧發(fā)動機。

我國攜有氫氧發(fā)動機的四種運載火箭均躋身國際一流行列，其發(fā)射成功率達94%，亦居于世界一流水平。

現(xiàn)在，新一代運載火箭正在研制并即將在天津生產(chǎn)，其中就有推力更大的氫氧發(fā)動機。屆時，我國航天事業(yè)的發(fā)展將更加光明。