长征2F 中国载人航天标配运载火箭 |
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研制目的 长征二号F运载火箭(简称长二F,别称“神箭”,缩写CZ-2F或LM-2F)是由中国运载火箭技术研究院研制,在长征二号捆绑运载火箭的基础上,按照发射载人飞船的要求,以提高可靠性,确保安全性为目标研制的运载火箭。在随后的重要任务(指50w)中也是常用的火箭。 长征二号F火箭自1992年开始研制,1999年11月19日首次发射并成功将中国第一艘实验飞船"神舟一号"飞船送入太空。因多次成功发射神舟系列飞船并被央视直播报道其发射过程,(也许是因为经常成功)截至2019年4月24日,长征二号F运载火箭正在进行正(试)样产品组批生产。 作为当时中国推力最大的火箭,对载人航天事业起到了重要的作用,改进型至今仍在使用中。著名载荷有:“神舟”系列载人飞船、“天宫”空间实验室(天宫一号 中国首次无人对接)、可重复使用试验航天器(50w) 火箭性能全长 58.34米 推进剂四氧化二氮+偏二甲肼(毒发)最大直径 3.35米 质量 493吨 级数 2.5 LEO运载能力 8.8吨 总发射次数 14 成功次数 14 成功率 100% 由四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔组成(非载人发射任务不含逃逸塔)一级 一子级 28.456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。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制火箭飞行的姿态,最大的摆动角为10度。 四氧化二氮+偏二甲肼助推器 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。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 二子级加长到10.448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,以控制箭体飞行姿态。 神舟七号发射任务完成后,长征二号F基本型不再执行任务,后续任务暂时由长征二号F改执行 CZ–2F/G作为长征二号F的改进型 CZ–2F 继承了原型的安全性 有效载荷也得到了提升 改进型分为两种 一种为发射载人飞船型 一种为发射天宫型 CZ–2F/G 发射载人飞船型火箭全长火箭全长/米 58.34 整流罩直径/米 3.8 芯级直径/米 3.35 助推器直径/米 2.25 级数 2.5 可靠性 0.97 安全性 0.997 有无逃逸塔 有 氧化剂+推进剂 四氧化二氮+偏二甲肼 起飞推力/千牛 5923千牛 (604.387吨) 起飞质量/吨 497 起飞推重比 1.22 运载能力/吨 8.8 有效载荷质量/吨 8.13 CZ–2F/G 发射天宫型火箭全长/米 52 整流罩直径/米 4.2 芯级直径/米 3.35 助推器直径/米 2.25 级数 2.5 可靠性 0.97 安全性 0.997 有无逃逸塔 无 氧化剂+推进剂 四氧化二氮+偏二甲肼 起飞推力/千牛 5923千牛 (604.387吨) 起飞质量/吨 493 起飞推重比 1.23 运载能力/吨 8.8 有效载荷质量/吨 8.6 安全机制为了保障航天员的安全,保证即使在突发的意外情况下航天员依然能够顺利得到解救,脱离危险的故障火箭,长征二号F运载火箭设置了故障检测处理系统,用于参数检测、判断,在发现火箭出现重大故障时发出逃逸指令,并按逃逸模式执行逃逸指令。火箭的逃逸系统是故障检测处理系统的执行机构,处于火箭最前端的尖状物就是逃逸塔。 为了测量火箭的弹道,接收地面逃逸指令和安全控制指令,火箭设置了自己的安全系统。为了了解火箭飞行过程中的工作情况,火箭上还设置了遥测系统,它能够测量、记录和发送火箭在飞行中的所有工作参数和环境参数,为故障检测处理系统提供检测参数,同时为地面故障判断实时提供遥测参数,这两个系统都需要同地面的测量设备协同工作,地面测控站和远在太平洋的“远望号”测量船则需要接收火箭传回的信号,并给火箭发出相应的控制指令。 此外,火箭还需要主要由耗尽关机信号系统、加注液位测量、推进剂测温、垂直度调整和地面总体综合测试网组成的附加系统,以及由地面发射平台、推进剂加注设备、转运车、吊装设备、各系统地面测试设备等组成的地面支持系统,共同完成火箭在发射场的组装、测试、转场等一系列火箭发射前的准备工作。 故障自动检测处理系统 长征二号F火箭上增加了自动故障检测处理系统,这套系统可以在飞船待发射阶段和上升阶段自动进行故障检测,一旦有问题它会自动报警。假如航天员正在塔架上尚未进舱,他们可以就近跳进塔架上的逃逸布袋,布袋是用一种弹力很强的特殊帆布做的,航天员跳进去后用四肢的阻力来控制下降的速度,像乘软滑梯一样从上面一直滑到地下室的安全地区。假如航天员已经进舱,这套系统可以指挥火箭顶部的逃逸塔自动点火,把飞船返回舱拽离火箭,安全降落。 逃逸系统 为保证航天员的安全,长征二号F火箭还取消了其他火箭一旦姿态不稳便自动自毁的功能,配备了逃逸系统,一旦出现意外,它可以随时启动。逃逸塔在飞船的顶部,塔高8米,从远处看像是火箭上的避雷针。它的任务是在火箭起飞前900秒到起飞后120秒时间段内,也就是飞行高度在0公里至40公里时,万一火箭发生故障,它可以拽着轨道舱和返回舱与火箭分离,并降落在安全地带,帮助飞船上的航天员脱离险境。逃逸塔分离后到抛整流罩前(40~110公里)出现故障由整流罩上的高空分离发动机逃逸,抛整流罩到飞船入轨前(110~200公里)出现故障飞船可以直接和二级火箭分离,紧急返回 图像遥测系统 在以往的飞行中,火箭的关机、分离等动作,地面控制中心都是靠相应的遥测参数来获知的,但是,这些参数具有间接性,不直观。第六枚长征二号F运载火箭在遥测系统中首次设置了图像测量系统,用于监视助推器分离、级间分离、整流罩分离、船箭分离的过程,使地面控制中心人员能够直接“观看”到分离过程。 与遥测参数相比,图像信息需要占用更宽的数据频带,原来分配给遥测系统的数据传输速度也不够,需要从总体上调整遥测参数,为图像信息数据调整出所需要的频带。同时增加图像压缩处理器,尽量压缩图像信息的数据量。 其次,需要上天飞行的CCD摄像装置、图像压缩处理器、图像综合控制器等一系列设备还要经历严酷的火箭飞行环境的考验,包括高过载、振动、高温、真空等。因此,这些设备的设计标准和历经的试验都需要通过高标准的考核。 |
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