运载火箭系统

  长征二号F是专门为发射载人飞船研制的运载火箭,由芯一级、芯二级、4个助推器、整流罩、逃逸塔等组成,全长58.3米,起飞质量约498吨,包含箭体结构、动力装置、控制、推进剂利用、故障检测处理、逃逸、遥测、外测安全、附加和地面设备等共10个分系统。

  长征二号F在长征二号E运载火箭基础上改进研制,采用了55项新技术,其中10项关键技术达到国际先进水平。为保证航天员的安全,专门配备了故障检测处理系统和逃逸系统。研制过程中,始终遵循“质量第一、安全至上”的原则,广泛采用了冗余设计和裕度设计技术,提高了元器件等级和筛选标准。可靠性指标0.97,安全性指标0.997,是目前中国可靠性、安全性指标最高的火箭。长征二号F有载人和不载人两种构型,可将8.1吨的“神舟”飞船、8.6吨的空间实验室送入近地点高度200千米、远地点高度350千米、倾角约43°的近地轨道。

  长征二号F运载火箭从立项到实现首飞历时7年,在1999年11月20日和2001年1月10日,成功将神舟一号、神舟二号试验飞船送入预定轨道,此时的火箭尚不具备逃逸能力。与中国其他运载火箭不同,长征二号F采用垂直总装、垂直测试、垂直运输的“三垂”发射模式和远距离测试发控方式,属中国首次采用。这同样是为了适应“载人”的特殊要求,使火箭在条件优越的技术区厂房内完成测试,改善测试环境,发射前才与载人飞船、逃逸塔一起整体垂直运输到发射区,缩短发射准备时间,提高发射率,并为连续组织发射奠定基础。

  2002年3月25日和12月30日,长征二号F运载火箭又进行了神舟三号、四号无人飞船的发射,均圆满成功。火箭系统实现了控制系统的全面冗余,完善了故障检测、诊断判据。前四次无人飞行试验表明,长征二号F运载火箭已经达到载人飞行的要求。

  2003年10月15日,长征二号F运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空,将载有中国第一名航天员杨利伟的神舟五号飞船准确送入预定轨道。飞行试验取得圆满成功,使中国成为世界上第三个独立开展载人航天活动的国家。经过专门机构的测评,火箭控制分系统可靠性已高于0.999,是中国已发射的长征火箭中可靠性最高的。十年磨一箭,长征二号F火箭实现高可靠性用了整整十年时间。

  两年之后,2005年10月12日,长征二号F运载火箭进行了中国第二次载人航天飞行。此次任务,火箭系统重点解决了结构系统与动力系统的纵向耦合振动(POGO)问题。此次任务,增加了图像测量系统,使地面可以真实直观地观测火箭飞行状态;还为逃逸固体发动机增加了安全机构,杜绝了误发火等可能发生的危害,进一步提高火箭的安全性。

  2008年9月25日,长征二号F运载火箭将搭载三名航天员的神舟七号载人飞船成功送入预定轨道。从发射神舟六号到神舟七号的三年中,火箭各分系统做了大量细致的工作,进行了可靠性增长等适应性改进。火箭加电累积时间比过去大幅增加,增幅达40%,所有产品指标都进行了加严控制。采取技术措施,解决了火箭飞行过程中二级尾舱热环境参数出现较大幅度跳变的潜在薄弱环节,进一步提高了火箭可靠性。有效解决了POGO问题,航天员感觉良好。

  为完成空间交会对接任务,2005年起,火箭系统研制了改进型长征二号F运载火箭,攻克了23项新技术,突破了迭代制导、三冗余飞行控制软件、“冯卡门”外形整流罩等6项重大关键技术,使长征二号F运载火箭形成载人和不载人两种构型,与载人构型相比,不载人构型整流罩由10.7米加长到12.7米,最大直径由3.8米加宽到4.2米,并采用了技术上更先进的冯卡门曲线外形头锥,属国内首次采用。助推器氧化剂箱的椭圆底改为锥形底,增加了容积量,提高了火箭的运载能力。为满足飞船较高的入轨精度要求,取消平台,采用双捷联惯组新的制导方案,采取新方法减小误差,提高任务适应性。2011年9月29日,改进型长征二号F运载火箭顺利将天宫一号发射升空,并于11月1日、2012年6月16日和2013年6月11日分别将神舟八号、九号、十号飞船发射升空,与天宫一号实现了交会对接。

  由长征二号F运载火箭和“神舟”飞船组成的天地往返运输系统,是世界上目前少数在用可供人员和货物天地往返的实用性系统之一,可媲美俄罗斯联盟号,达到了当代国际同类水平。长征二号F运载火箭连战连捷,以100%的成功率完成全部11次中国载人航天飞行发射,为工程“三步走”规划中第一步和第二步第一阶段任务画上了圆满句号,也为后续载人航天空间站的建设奠定了良好基础。