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“長征五號B遙一火箭”啥意思?一文看懂火箭命名規則



1970年4月24日,酒泉衛星發射中心。寂靜的夜晚突然被一陣轟鳴聲打破,緊接著,一枚長30米、直徑2.25米、80噸起飛質量的火箭,用熾熱的火焰劃破了夜空,向南方飛去。 15分鐘之後,來自太空的我國第一顆人造衛星“東方紅一號”,播放著“東方紅”樂曲向世界宣告:中國人也有能力進軍太空。

而承載著“東方紅一號”進入太空的,正是我國第一枚運載火箭——“長征一號”。

“長征”——提起這兩個字,很多人的腦海里肯定會想到這兩件事情:一件是80多年前紅軍那二萬五千里的漫漫征途,再一件就是50年來不斷將我國的衛星和航天員送入太空的“長征”系列運載火箭。

火箭的命名其實與長征本身也是緊密聯繫在一起的。

在我國運載火箭設計之初,新成立的七機部第一研究院(也就是中國運載火箭技術研究院的前身)的同志們受毛主席《七律·長征》中表達出來的紅軍為實現革命目標不畏艱辛、頑強奮鬥的精神啟發,提出了將我國運載火箭命名為“長征”的構想,並獲得上級批准。

“長征”之名,寓意著我國的運載火箭事業會像紅軍長征一樣克服一切艱難險阻,最終到達勝利的彼岸。

星星之火

長征一號(CZ-1)運載火箭脫胎於1965年3月錢學森提出的“八年四彈”計劃中發展出來的中遠程導彈東風4型,在導彈的二級上面加裝了一枚用於入軌的固體燃料三級,並先後將“東方紅一號”衛星和“實踐一號”衛星成功送入了預定軌道,實現了火箭與衛星從無到有的歷史性突破。

長征一號火箭的發展過程 (圖片來源:火箭原圖來自中國運載火箭技術研究院,作者有加工)

長征一號火箭的發展過程 (圖片來源:火箭原圖來自中國運載火箭技術研究院,作者有加工)

在此之後,我國開始對CZ-1進行改進以能夠發射更重的載荷,先後發展了CZ-1A、CZ-1B、CZ-1C和CZ-1D四個後續型號,但其中只有提升了一級推力,將二級氧化劑由紅煙硝酸換為能量更大的四氧化二氮,並更換更大、更先進固體燃料三級的CZ-1D型投入了實際發射中,CZ-1A、CZ-1B和CZ-1C型分別計劃採用低溫液體燃料三級、意大利製造的固體燃料三級與常規液體燃料三級,但由於種種原因,都只停留在了圖紙上並未繼續發展。

雖然長征一號解決了我國運載火箭從無到有的問題,但是要發射更重的載荷,例如重達1.8噸的返回式衛星(或者往很遠的地方送去好多件快遞),以長征一號中遠程彈道導彈的底子就有些力不從心了。

為了能夠發射更重的載荷,航天人們就從“八年四彈”計劃中找出了剛剛發展成熟的,比東風4更粗更大的洲際彈道導彈,也就是東風5型洲際導彈,以她為藍本,改進並發展出了長征二號(CZ-2)運載火箭。

最初的長征二號實際上與東風5型洲際導彈並沒有太大區別,甚至最早的幾髮長徵二號就是直接用東風5型洲際導彈改裝來的,只是把載荷換成了衛星而已。但是隨著後續的改進,長征二號與東風5型差異越來越大,發展出了CZ-2C/D/E/F四個改進型號,此外長征三號和四號的都是以長征二號為基礎或者直接採用了長征二號的一二級結構,使得CZ-2火箭成為了長征五號出現之前長征系列火箭的核心型號。

長征二號改進型中的CZ-2C在CZ-2基本型的基礎上加長了燃料箱,更換了更高性能的二級發動機和更先進的導航系統,2.4噸的近地軌道(LEO)運載能力相比CZ-2基本型的1.8噸有了相當大的提升,其經過大量改進後仍然在役;CZ-2D是長征二號家族中比較奇怪的一個,她不是基於CZ-2C改進而來的,而是由CZ-4A去掉三級並延長二級燃料箱改裝而來,LEO載荷比早期型號的CZ-2C更高,達到了3.1噸,但經歷了多年發展後,CZ-2C與CZ -2D的運載能力日益趨同,均達到了約4噸的LEO運力。

    長征二號系列火箭發展過程

長征二號系列火箭發展過程

到了上世紀80年代,為了擴大航天工業的對外貿易,我國開始規劃讓長征運載火箭進入國際發射市場。然而我國在調研了國際發射市場之後,發現現有的火箭似乎不夠大,同時我們又需要盡快給國外的客戶拿出稱職的火箭。這可怎麼辦?

想要提升火箭的運力,那就要把火箭搞得更大;同時又為了盡快拿出新火箭,那就只能在既有火箭型號上面下功夫。

想把既有的火箭做的更大,常用的辦法是箭體直徑不變,把燃料箱加長以多裝燃料,俗稱“拉皮”,燃料裝的越多,發動機工作越久,可以運載的載荷就更大。但同時火箭的總重也會越來越大,當拉皮拉到了一定程度,現有的火箭發動機推力就不夠了,時間又不允許重新設計更大的發動機了,怎麼辦?

說來也簡單,多裝幾個發動機就完事了,但是現有的火箭箭體空間有限,裝不下——那就在現有的火箭側面捆上幾個裝著發動機的小火箭!

於是CZ-2E,也就是俗稱的“長二捆”誕生了,主要改動就是把CZ-2C的一二級分別加長,並捆綁設置了4個助推器,連捆綁帶拉皮,一頓操作直接將2C原本2-3噸的LEO運載能力提升到了9.2噸,加裝固體燃料上面級之後更是可以將3噸的載荷送入同步轉移軌道(GTO),順利地向國外的衛星製造商交出了合格的作業。

而在“長二捆”的基礎上進一步有針對地提升可靠性和安全性,我們就得到了別稱“神箭”的CZ-2F型運載火箭,她以13次發射全部成功,100%的完美發射成功率將11艘神舟飛船、11名航天員和兩個空間實驗室送上了太空,實現了我國千年來的載人飛天夢。

讀到這裡可能有人會問,上文說到的長征二號系列為什麼從長征二號基本型直接跳到了長征二號C? A、B型去哪裡了?

目前關於這兩個型號有兩種說法,其中一種說法是CZ-2A為基於CZ-2基本型的小幅度改進產物,只發射了兩次,後來為方便統計,將其歸入了CZ- 2C中。

另外一種說法是根據當年七機部製定的項目名稱,長征二號甲(CZ-2A)與長征二號乙(CZ-2B)分別為投送GTO載荷而設計的兩種基於長征二號的改進型,CZ-2A為東風5加裝常規液體三級的火箭,CZ-2B為加裝液氫液氧燃料三級的火箭,兩個方案同步推進,最終CZ-2A發展成了長征四號系列火箭,CZ-2B發展成為長征三號系列火箭。

同氣連枝

長征三號(CZ-3)火箭是我國最早採用液氫液氧作為推進劑的火箭,最初的CZ-3僅僅是在CZ-2C上面加裝了一個2.25m直徑的液氫液氧燃料三級,看起來十分細長,運載能力也一般,GTO運力僅1.6噸,但是這也足以把當時咱們自己研發的東方紅二號同步軌道通訊衛星發射上去了。

然而隨著後續技術的進步和需求的提升,衛星越來越重,基本型CZ-3已經難以將更重、更大的衛星送入同步轉移軌道上,所以後來在CZ-3基本型的基礎上拉長了燃料箱,重新設計了一個3.0m直徑的三級,並且更換了性能更先進、推力更大的氫氧發動機——金牌火箭“長三甲”系列就此誕生。

長征三號系列火箭發展過程

長征三號系列火箭發展過程

“長三甲”系列火箭包含了三個子型號,長征三號甲(CZ-3A)、長征三號乙(CZ-3B)和長征三號丙(CZ-3C),其中CZ-3A發展的最早,總體上就是基本型長征三號更換了一個更好性能的三級,同步轉移軌道運載能力達到了2.6噸。值得一提的是,2007年10月24日,CZ-3A成功的將我國第一顆探月衛星“嫦娥一號”發射升空,揭開了我國探月工程的帷幕。

為了能夠實現一箭多星和更大質量同步衛星的發射,CZ-3B在CZ-3A箭體的基礎上捆綁了4個“長二捆”的助推器,使得其同步轉移軌道運載能力達到了5.1噸,成為了我國在長征五號出現之前運載能力最強的火箭。

長三乙在1996年首次發射之後經歷了20多年的改進歷程,目前已經到了改三Z型,運用了大量的新技術新方案,可靠性和運載能力均得到了提升,GTO運力達到了5.5噸,從2017年10月到2020年3月,長三乙25次發射全部成功,在嫦娥探月計劃和北斗導航系統的建設中立下了汗馬功勞,還獲得了“勞模”的外號。

此外,有一些用CZ-3B發射的衛星沒有辦法完全“餵飽”她5噸多的運載能力,會造成浪費,這種時候就需要做一點“減法”,比如把四個從“長二捆”那裡拿來的助推器還回去兩個,只裝兩個2.25m助推器,就成了長征三號丙(CZ-3C)。她3.8噸的同步轉移軌道運力在長三甲的2.6噸和長三乙5.5噸之間,可以把用長三甲沒法打、用長三乙太浪費的衛星更經濟、更實惠地發射到軌道上去。

上世紀七十年代,周恩來總理感到航天事業的重要性與緊迫性,結合上海較為先進的工業水平,提出“上海也能搞東風導彈”,實施“兩條腿走路”的戰略。受到週​​總理指示的鼓舞,上海機電二局(上海航天技術研究院的前身)開始研發“風暴一號”(FB-1)火箭。

作為承擔我國首次“一箭三星”發射任務的風暴一號火箭,是我國火箭家族中少有的不以“長征”命名的火箭之一,但實際上它與長征二號都是以東風5型洲際導彈為藍本改進而來。二者性能、結構和技術指標都非常相似,從某種意義上說,CZ-2是北京版“東風5”改,FB-1,是上海版“東風5”改。

風暴一號與長征二號最大的不同點在於風暴一號的二級火箭發動機與長征二號略有不同,但是風暴一號的二級發動機可靠性並不是太好,多次導致發射任務失敗,所以後來使用了長征二號的二級發動機。但此時風暴一號與長征二號已無太大差別,風暴一號的發展就此停止。

不過風暴一號的技術成果並沒有被白費,上海機電二局以風暴一號為基礎,成功開發了服役至今的長征四號系列和長征二號D型運載火箭。

最初的長征四號(CZ-4)運載火箭其實是與長征三號競爭發展的一個項目名稱為長征二號甲的方案,都是為了將衛星發射到同步轉移軌道(GTO)上去,由於當時國內沒有研製液氫液氧燃料發動機的經驗,擔心火箭會拖慢同步衛星的發射進度,所以,另外指示上海發展了一款火箭作為兜底,這款火箭是在風暴一號(也就是東風5)的基礎上加裝一個常溫液體燃料的第三級,用於發射同步軌道衛星,最早的長征四號誕生了。

後來,長征三號發展頗為順利,但作為另一方案的長征四號進度也很快,為了不浪費現有成果,同時為了發射太陽同步軌道(SSO)氣象衛星風雲一號,便將長征四號進一步改進為發射SSO載荷的長征四號甲(CZ-4A)型火箭,其SSO運力達到了2.5噸。

    長征四號系列運載火箭發展過程

長征四號系列運載火箭發展過程

在此之後長征四號系列發展成為了專門用於發射SSO載荷的運載火箭,在CZ-4A的基礎上發展了CZ-4B/C兩種改進型火箭;CZ-4B改進了二級發動機、採用了更大尺寸的整流罩,其SSO運力達到了2.65噸;CZ-4C為了進一步提昇運載能力,在CZ-4B的基礎上更換了可以二次啟動的三級發動機,SSO運力大幅提升至3.1噸。

當然,CZ-4系列發射高軌道的“老本行”其實也沒有被放棄,2018年5月,鵲橋號地月中繼衛星就是由長征四號C型火箭發射的。

繼往開來

隨著上世紀九十年代長三乙等一系列火箭的首飛,中國完善了火箭體系,但同時既有的長征火箭也暴露出一系列問題。包括燃料成本高昂且劇毒、直徑偏小、型號偏多和型譜重疊等。例如尚在服役的CZ-2C與CZ-2D,二者的LEO運載能力近似,均為3-4噸,卻一直作為兩個獨立的型號存在,這就是一種航天資源的浪費。

同時,隨著衛星小型化、微型化技術的發展,微小衛星因為製造成本低、研發速度快等優勢,在衛星領域異軍突起,成為了一支不可小覷的力量。為了適配微小衛星的發射需求,發射成本低、運載能力合適的小型火箭也成為了新的發展目標。

此外,隨著中國載人航天工程的持續推進,未來的空間站以及其它大質量衛星的發射需求也超過了當時“老長征”火箭的運載能力,研發新型火箭的需求越來越急迫。到了2002年,為了解決“老長征”火箭的一系列歷史遺留問題,航天部門提出了“模塊化研製、積木式發展”的想法,並且根據這個想法確定了“一個系列、兩種發動機、三個模塊”的發展思路以及“通用化、系列化、組合化”的設計思想,這在2006年新火箭立項開始研製時公佈的方案中得到了充分體現。

在最初的設計方案中,新一代火箭長征五號只需要設計三個模塊:5m直徑液氫液氧燃料的火箭芯級、使用液氧煤油燃料的3.35m直徑模塊和同種燃料的2.25m直徑模塊。外加新型50噸推力的YF-77氫氧燃料發動機和120噸推力的YF-100液氧煤油發動機,它們共同構成了最初長征五號的設計方案。

當時的長征五號一共有6種不同的構型,它們以直徑5米的芯級為核心,通過將3.35m和2.25m兩種直徑的助推器進行類似於搭積木一樣的互相搭配,覆蓋了LEO10-25噸、GTO6-14噸的巨大運力範圍。

例如使用5m直徑一級捆綁4個2.25m助推器的一級半構型,LEO運力就是10噸;把助推器換成4個3.35m直徑的大助推器,LEO運力就能達到25噸。

又或者使用5m直徑的一級再加一個二級,捆綁4個2.25m直徑的助推器,就能實現6噸的GTO運力;把助推器換成3.35m直徑,就能實現14噸的GTO運力。

    新時代長征系列運載火箭的發展過程

新時代長征系列運載火箭的發展過程

除此之外,還可以將3.35m和2.25m模塊單獨作為火箭芯級使用,成為新的中、小型系列火箭,以替代使用劇毒燃料的“老長征”系列。

此後,長征五號火箭的方案經歷過一些更改,到了2009年與2010年,原本作為長征五號系列中衍生型號的小、中型火箭分別獨立出去,形成了長征六號與長征七號兩個新系列,長征五號系列中僅剩下5米芯級直徑的大型火箭,同時為了避免像過去CZ-2C、2D運力重疊的情況,長征五號最初的6個方案中只保留了LEO與GTO運力最大的兩個方案,就是現在的長征五號和剛剛成功發射的長征五號B火箭,其他運力範圍的發射任務由後來發展出的長征六號與七號承擔。

    長五B發射(圖片來源:江程傑)

長五B發射(圖片來源:江程傑)

長征六號設計之初為長征五號計劃中的小型運載火箭,後於2009年從計劃中獨立出來單獨發展,採用了長征五號計劃中研發的高壓補燃循環液氧煤油發動機YF-100,和利用同樣技術開發的YF-115,同時配合2.5m、3.5m兩種直徑模塊。

相比起長征五號追求最大運力,長征六號的目標則是輕小載荷的發射,其最大太陽同步軌道運載能力只有1噸,解決了我國沒有小型運載火箭的問題,滿足了微小衛星的發射需求,此外,她還具備較低的發射成本和快速準備能力。

低發射成本並不代表不可靠,長征六號設計時遵循著“簡單即可靠”的設計原則,搭配以嚴格的質量管理措施,其可靠性達到了0.98,比承擔載人任務的“神箭” CZ-2F的可靠性(0.97)還要高。

長征七號(CZ-7)最早的計劃其實是在CZ-2F的基礎上進行改進,項目代號是CZ-2F/H,“H”就是“換發”的意思,即將老舊的使用偏二甲肼/四氧化二氮劇毒燃料的YF-20系列發動機更換為CZ-5項目中正在研製的性能更好、燃料無毒還便宜的YF-100和YF-115型液氧煤油發動機。

與CZ-5早期發展方案類似,CZ-7也可以通過類似於搭積木的方式搭配不同的助推器與二三級,形成不同子型號,以發射多種不同重量等級的衛星。

為了方便區分之後有可能出現的不同模塊搭配的火箭子型號,對其進行了重新命名,名稱為CZ-7XYZ。

其中X是級數,Y是助推器個數,Z是助推器類型。

使用固體燃料助推器的構型用S表示,對液體燃料助推器省略。

有上面級的構型增加/上面級加以區分,其中芯二級採用氫氧發動機的構形,增加(HO)加以區分。

例如捆綁2個2.25m 直徑的固體燃料助推器、芯二級採用氫氧發動機的2級構型命名為CZ-722S(HO)。按照上述命名規則,基本型CZ-7 代號為CZ-724,簡稱CZ-7。

又比如把長三甲系列的氫氧燃料三級裝到CZ-7基本型上,就成了長征七號改(CZ-7A),代號CZ-734,可以用於發射6-7噸重的GTO載荷。遺憾的是,今年三月CZ-7A的首次發射就遭遇了失敗,但道路是曲折的,前途是光明的,當年首飛直接撞山的長三乙到現在不還是變身“勞模”,擔起了北斗導航系統建設的重任,還把嫦娥三號和四號探測器成功的送到了月球嗎?

除了長征五、六、七號之外,利用新型固體燃料彈道導彈技術改進的長征11號、快舟系列運載火箭以其快速響應、快速發射的優越特性,與同樣可以快速發射的CZ-6在近年來的小衛星發射活動中佔據了一席之地,可謂“固液兩開花”。

長征11號運載火箭的起飛質量僅120噸,SSO運載能力400-700kg,最大的亮點在​​於其超短的發射準備時間,只需要24小時就可以完成星箭技術準備和發射任務,實現衛星的快速組網和補網,可以滿足在發生突發事件時應急快速發射的需求。除此之外,很多微小衛星需要發射的軌道差異較大,同時安裝在中型火箭上通過“搭車”的方式發射升空又要等很久,但如果直接使用小型火箭發射,則可以根據自身需求定制軌道參數,還可以在很短的時間內就將衛星發射升空,這在商業衛星領域的誘惑力是巨大的。

與“長征十一號”相似的“快舟”系列固體火箭在前不久的淘寶直播上吸足了眼球,它的技術路徑與“長征十一號”類似,在此就不再贅述。隨著我國航天“商業化”的腳步加快,未來或許也會有更加豐富多彩的航天產品在等著我們。

中國運載火箭發展“科技樹”

中國運載火箭發展“科技樹”

從長征一號到長征十一號,中國航天事業歷經了50年的艱難長征,取得了一系列輝煌的成就。 “實踐”、“風雲”、“神舟”、“北斗”、“嫦娥”、“天宮”、“天舟”、“悟空”、“墨子”……這些熟悉的名字經由“長征”系列運載火箭的托舉,進入了廣闊的太空之中。可以說,一代代“長征”火箭,是一代代中國人艱苦奮鬥、自力更生的回憶。我們在發射前期待滿滿,我們在發射時神情緊張,我們在成功後歡欣鼓舞。

進軍太空的旅程又賦予了“長征”系列運載火箭一個新的含義——突破群星間的距離,將是一場更加遙遠艱險的長征。但我們依然對廣袤的宇宙心馳神往。

更大、更先進的火箭呼之欲出,它,可能也將冠以“長征”之名。

未來,我們將建設自己的空間站,取回來自月球的第一抔土,我們將向火星投送著陸器,我們還將飛出小行星帶,甚至還將要前往更加浩渺的星際空間中。我們還可能將在未來載人登月,新時代的“嫦娥”將踏足廣寒。

而始終不變的,是“長征”火箭的呼號,是我們長征太空的夢想!

“待來日,去星辰大海,九天翱翔!”