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長征二號F運載火箭

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長征二號F運載火箭是在長征二號捆綁火箭的基礎上,按照發射載人飛船的要求而研製的運載火箭,由中國航天科技集團公司所屬中國運載火箭技術研究院為主研製,是中國安全性能最好、起飛質量最大、長度最長的火箭。2012年5月9日,長征二號F火箭運抵酒泉衛星發射中心,進行在發射場的各項測試準備工作。

1 長征二號F運載火箭 -簡介

長征二號F運載火箭長征二號F運載火箭

長征二號F運載火箭(CZ-2F)是在長二捆火箭的基礎上,按照發射載人飛船的要求,以提高可靠性確保安全性為目標研製的運載火箭。

火箭首次採用垂直總裝、垂直測試和垂直運輸的「三垂」測試發射模式。該火箭屬二級捆綁式火箭,由四個液體助推器、芯一級火箭、芯二級火箭、整流罩和逃逸塔等幾個部分組成。

2 長征二號F運載火箭 -組成結構

構造

長征二號F是新型捆綁式大推力運載火箭。火箭全長58.34米,起飛質量479.7噸,芯級直徑3.35米,4個助推器的直徑各為2.24米,整流罩最大直徑3.8米,能把8噸重的飛船送入200~350千米高、傾角42.4°~42.7°的軌道。為適應載人航天的需要,長征二號F火箭除對箭體結構、動力裝置、控制系統、遙測系統等進一步提高可靠性外,還增加了故障檢測處理系統和逃逸系統,使火箭飛行的可靠性達到0.97,航天員的安全性達到0.997。火箭頂端裝有一個逃逸塔,一旦火箭出現重大危險時,航天員可利用逃逸塔安全返回地面。   

系統

運載火箭有箭體結構、控制系統、動力裝置、故障檢測處理系統、逃逸系統、遙測系統、外測安全系統、推進劑利用系統、附加系統、地面設備等十個分系統,為兼顧衛星的發射,保留了有效載荷調姿定向系統的介面和安裝位置。故障檢測處理系統和逃逸系統是為確保航天員的安全而增加的,其作用是在飛船入軌前,監測運載火箭狀態,若發生重大故障,使載有航天員的飛船安全地脫離危險區。

 

3 長征二號F運載火箭 -主要參數

全長:58.34米 
全重:479,700公斤 
低地軌道載荷:7.8噸  
地球同步軌道載荷:3.37噸(無此項目) 
離地質量:479.8噸  
推力:604.387噸
第一節燃料:四氧化二氮+聯氨 
第二節燃料:四氧化二氮+聯氨 

4 長征二號F運載火箭 -運行數字

火箭的可靠性為0.97,安全性為0.997:0.97的可靠性就是說100次發射里,只有3次火箭可能出現問題;0.997的安全性是指火箭出現1000次問題里,可能有3次會危及航天員的生命安全。這是載人火箭的特性。一般的商用火箭可靠性為0.91到0.93,沒有安全性要求。 

火箭起飛重量為479噸:火箭加上飛船重量約44噸,其它的都是液體推進劑。因此,火箭的90%都是液體,比人體含水量還大。水通常占人體的60%到70%。 

飛船重量為8噸多,占船箭組合體起飛重量的六十二分之一:要把一公斤的東西送入軌道,就得消耗62公斤的火箭。神舟六號飛船比神舟五號在重量上有所增加,因此發射神六的火箭也重了不少。 

火箭芯級直徑為3.35米:古羅馬人使用兩匹馬拉的車,車輪在石板路上磨出兩道溝。由於車輪寬窄不一樣,路上留下了不同寬窄的溝。後來他們想把輪距統一起來,就把兩匹並排的馬屁股當成標準,即1.435米,後來英國人修鐵路也把鐵軌軌距定為1.435米,並被各國沿用。按照這個軌距修建的鐵路,能夠運輸的貨物最寬為3.72米,去掉車廂外殼,只剩下3.35米。因此,用標準鐵路進行運輸的火箭最大直徑只能達到3.35米。 

火箭入軌點速度為每秒7.5公里:這個速度是音速的22倍。我們通常說的「十里長街」,是指北京建國門至復興門的距離,長6.7公里。每秒7.5公里的速度,相當於1秒鐘內從長安街東頭跑到西頭。 

火箭軌道近地200公里,遠地350公里:地球半徑6400公里,火箭軌道與地球的距離,僅為地球半徑的幾十分之一。如果站在地球外面看,飛船就像貼著地面在飛行。


5 長征二號F運載火箭 -安全措施

故障自動檢測處理系統

長征二號F火箭上增加了自動故障檢測處理系統,這套系統可以在飛船待發射階段和上升階段自動進行故障檢測,一旦有問題它會自動報警。假如航天員正在塔架上尚未進艙,他們可以就近跳進塔架上的逃逸布袋,布袋是用一種彈力很強的特殊帆布做的,航天員跳進去後用四肢的阻力來控制下降的速度,像乘軟滑梯一樣從上面一直滑到地下室的安全地區。假如航天員已經進艙,這套系統可以指揮火箭頂部的逃逸塔自動點火,把飛船返回艙拽離火箭,安全降落。  

火箭配備逃逸塔

為保證航天員的安全,長征二號F火箭還取消了其他火箭一旦姿態不穩便自動自毀的功能,配備了逃逸系統,一旦出現意外,它可以隨時啟動。逃逸系統也叫逃逸塔,在飛船的頂部,塔高8米,從遠處看像是火箭上的避雷針。它的任務是在火箭起飛前900秒到起飛后160秒時間段內,也就是飛行高度在0公里至110公里時,萬一火箭發生故障,它可以拽著軌道艙和返回艙與火箭分離,並降落在安全地帶,幫助飛船上的航天員脫離險境。

在神舟號飛船的首次飛行試驗前,逃逸塔已進行過多次成功的飛行試驗。

6 長征二號F運載火箭 -十大技術

為滿足載人的高安全、高可靠的要求,CZ-2F運載火箭採用55項新技術,其中10項關鍵技術達到了國際先進水平。

1、火箭故障模式分析及實時診斷技術

2、無控逃逸飛行器氣動特性及試驗技術

3、逃逸系統機構技術

4、整流罩縱向解鎖機構技術

垂直總裝垂直總裝

5、前置彎噴管的高燃速大推力固體發動機

6、三餘度伺服機構技術

7、雙穩定迴路平台技術

8、雙CPU熱備份箭載計算機技術

9、整流罩、飛船彈性支撐動力學特性技術

10、可靠性、安全性的評估方法

7 長征二號F運載火箭 -運載史

1999年11月20日上午5:30分,中國第一艘載人試驗飛船-「神舟號」,在中國酒泉衛星發射中心,由長征二號F運載火箭發射升空。

2001年1月10日、2002年3月25日和12月30日,長征二號F運載火箭又進行了三次不載人飛船的發射,飛船在太空運行時間近7天,發射和回收均十分成功。前四次不載人發射試驗表明,長征二號F是一種強大而可靠的載人運載火箭,已能滿足發射飛船載人飛行的要求。 

2003年10月15日,長征二號F運載火箭在酒泉衛星發射中心載人航天發射場發射升空,將載有中國第一名航天員楊利偉的神舟五號飛船準確送入預定軌道。

2005年10月12日,長征二號F運載火箭將神舟六號載人飛船發射升空,進行中國的第二次載人航天飛行。

2008年9月25日21點10分04秒988毫秒,神舟七號載人航天飛船由長征二號F運載火箭從中國酒泉衛星發射中心載人航天發射場用長征二號F火箭發射升空。

 2012年4月9日進入酒泉衛星發射中心的神舟九號飛船各項測試工作進展順利,首次載人交會對接任務準備工作正有序展開。

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