长征二号F遥十九运载火箭
中国研制长征二号F运载火箭之一
长征二号F遥十九运载火箭(英文:Long March-2F),是中国研制长征二号F系列运载火箭之一。
研制历程
历史背景
1992年9月21日,中央批准了《关于开展中国载人飞船工程研制的请示》,将工程命名为“921工程”,列入国家专项计划。以长征二号捆绑式火箭为基础研制的载人运载火箭被命名为长征二号F火箭。
中国实施的载人航天工程,要求火箭能将重7.8吨的飞船送入距地面200千米的轨道。同时具有应急故障检测和救生功能,当运载火箭在发射段和上升段发生危及航天员生命的故障,如火箭爆炸、火箭飞行偏离预定轨道,故障检测装置能自动发出指令,使飞船与火箭脱离,逃逸装置能将飞船拽离火箭到达安全位置,返回地面脱离危险。另外,火箭还需具备高可靠性和高安全性,发射卫星的运载火箭可靠度达到0.90以上就可使用,而发射载人飞船用的运载火箭可靠性则要求达到0.97以上,这就要求关键系统或单机进行冗余设计、裕度设计等提高可靠性。
研发进程
长征二号F运载火箭是在继承“长征二号E”火箭主要构型的基础上,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新型运载火箭。火箭的控制系统采用冗余技术,增加了故障检测、逃逸救生等功能。飞船通过飞船支架、船箭锁紧带与火箭第二级连接,采用分离弹簧和反推火箭、侧推火箭的分离方式保证火箭与飞船安全可靠分离。从1992年9月21日立项研制到1999年11月20日首飞成功,长征二号F火箭先后突破了逃逸系统、控制系统、动力系统关键设备可靠性设计等多项关键技术,完成了大量可靠性增长试验及逃逸飞行器的研制试验。
2023年11月,长征二号F遥十九运载火箭全面进入总装状态。该发“神箭”在2024年执行神舟载人飞船发射任务。中国航天科技集团有限公司一院211厂总装事业部负责该发火箭总装测试。北京时间2024年10月22日,据中国载人航天工程办公室消息,神舟十九号载人飞船与长征二号F遥十九运载火箭组合体已转运至发射区。发射场设施设备状态良好,后续开展发射前的各项功能检查、联合测试等工作,择机实施发射。北京时间2024年10月29日上午,中国载人航天工程办公室副主任林西强介绍,经任务总指挥部研究决定,中国瞄准10月30日4时27分发射神舟十九号载人飞船,飞行乘组由航天员蔡旭哲、宋令东、王浩泽组成,蔡旭哲担任指令长。
系统组成
总体设计
长征二号F(CZ-2F)运载火箭由中国运载火箭技术研究院研制,是按照发射载人飞船高可靠、高安全的要求研制的两级常温液体捆绑式运载火箭。
长征二号F运载火箭为运载火箭3.35米构型的一种,在载人航天工程任务中完成了发射货运飞船的任务,动力系统使用无毒无污染推进剂,火箭低轨道运载能力达到13吨,电气系统和地面测发控系统采用一体化设计等,进一步提升中国运载火箭技术水平。长征二号F运载火箭为带助推的两级火箭,分为载人和无人两种状态。无人状态全箭总长约52米,起飞重量579吨,近地轨道最大运载能力为13吨。载人状态全箭总长约57米,起飞重量582吨,近地轨道最大运载能力为12.5吨。两种状态的芯级直径均为3.35米,采用4个2.25米直径的助推器。芯级和助推器均安装液氧煤油YF-100型发动机。长征二号F运载火箭主要任务是研制用于发射载人飞船,长征-2F是中国国内可靠性、安全性最高的运载火箭。其控制系统采用冗余技术,具备故障检测、救生等功能。
各分系统
长征二号F运载火箭是专门用于载人航天发射任务的两级半运载火箭,由箭体结构系统、动力系统、控制系统、利用系统、故障检测处理系统、逃逸系统等10个系统组成。其中故障检测处理系统、逃逸系统为载人火箭独有。故障检测处理系统可对火箭飞行状态进行实时监测,如果火箭出现危及航天员安全的故障,可通过逃逸系统执行逃逸救生功能,保证航天员的安全。
箭体结构
长征二号F火箭箭体由逃逸塔、整流罩、高空分离发动机、高空逃逸发动机、栅格稳定翼、飞船、飞船支架、仪器舱、二级氧化剂箱、箱间段、二级燃烧剂箱、二级游动发动机、二级主发动机、级间段、一级氧化剂箱、一级燃烧剂箱、一级发动机、助推剂头锥、助推器氧化剂箱、助推剂燃烧剂箱、稳定尾翼、助推器发动机组成。
长征二号F火箭箭体结构的功能主要是承受火箭在运输、吊装和飞行过程中的各种外载荷及内力,以及连接火箭上各个分系统连成一个整体,起着支持各系统的作用。箱体是贮存液体火箭发动机推进剂的大型容器。控制系统、推进剂利用、遥测系统、外安系统、故检系统的仪器大部分装在二子级箭体前面的仪器舱圆盘上,只有少量仪器由于特殊要求才分别装于级间段和箱间段等部位。在箭体结构上,安装有控制、遥测、故障检测处理、外测安全、利用五大系统的仪器设备、传感器、变换器共593台(件),与之相连的电缆共232多根(束)。各系统仪器设备的安装主要集中位于整流罩、仪器舱、二级箱间段、一级箱间段四个部段内。
执行载人发射任务的长征二号F火箭,其头顶上有一个像避雷针一样的装置是火箭的逃逸塔。逃逸塔由1台逃逸主发动机,1台分离发动机和4台俯仰偏航发动机组成,其作用是在火箭飞行的前120秒内,一旦火箭发生危及航天员生命的故障时,可以迅速将神舟飞船的轨道舱返回舱带离故障火箭,将航天员带到安全地带。
逃逸主发动机,喷管相比其他的都比较大,推力也是这几个发动机中最大的。作用就是当火箭发生重大的故障,可能威胁到航天员安全的时候,它的工作就是把整个逃逸飞行器带离故障火箭,然后能够使逃逸飞行器打到安全的区域。
俯仰和偏航的发动机有不同的方向,作用就是当发生逃逸的时候,使整个逃逸飞行器偏离故障火箭的飞行的管道。
动力系统
长征二号F运载火箭的动力系统由两个芯级捆绑4个助推器组成。火箭第一芯级、第二芯级和助推器发动机的推进剂均为偏二甲肼和四氧化二氮。
一级发动机由4台代号为DaFY11-1的发动机通过机架并联而成。每台发动机的地面推力约为740.4千牛,均可沿箭体切线方向摇摆,最大摆角±10°。
二级发动机由主机DaFY21-2和游动发动机DaFY22-1通过机架组合而成。DaFY21-2是一台高空大喷管发动机,固定在机架中央,其真空推力约为746.97千牛。DaFY22-1游动发动机是小推力高空短喷管发动机,在主机关机后继续工作100多秒,将飞船送入预定轨道。
YF-100发动机是中国航天科技集团公司第六研究院研制的补燃循环发机,推进剂采用液氧煤油,单台地面推力1170千牛。发动机采用先进的补燃循环系统和自身启动方式,可以为氧化剂贮箱增压提供热氧气,为伺服机构提供高压煤油作为动力源。2000年,经国务院批准立项开始YF-100基本型发机的研制。单摆状态YF-100F发动机处于试样阶段。截至2008年5月,该系统发动机累计试车时间达到17700秒,并经过摇摆试车考核。YF-100发动机广泛用于未来新一代运载火箭动力系统。
设计参数
发射动态
点火升空
北京时间2024年10月30日4时27分,搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。
成功分离
2024年10月30日,长征二号F遥十九运载火箭发射约10分钟后,神舟十九号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,航天员乘组状态良好,发射取得圆满成功。
技术创新
逃逸系统
长征二号F火箭的逃逸系统是航天员最重要的安全保障。从长征二号F遥十二运载火箭起,研制单位为逃逸系统新增了点火功能,改变了以往逃逸飞行器只能朝一个固定方向逃逸的情况,使其可以选择向垂直于地面风的方向逃逸。
测发优化
长征二号F运载火箭是中国现役载人运载火箭,素有“神箭”美誉。自执行“神十二”发射任务起,长二F火箭就采取“发射1发、备份1发”以及“滚动备份”的发射模式,为航天员的生命安全加上“双保险”。面对常态化发射、快节奏发射,长二F火箭团队在确保发射可靠性的前提下,不断优化发射场流程,将长二F火箭“发一备一”发射场流程从空间站建造初期的49天压缩到35天。经过空间站建造以来一次次任务的不断积累,该次神舟十九号发射首次采用了待命箭不测试的全新测发模式,将发射场流程进一步压缩至30天,其背后是长二F火箭各系统产品高可靠性。
高可靠性
执行神舟十九号发射任务的长二F遥十九号火箭箭上进行了23项技术状态改进,火箭可靠性进一步提升,例如,该发火箭增压输送系统的密封连接部位,通过更换为更易操作的标准化接口形式,保证了密封可靠性,进一步降低加注发射阶段推进剂泄漏风险。结构系统部分零件更换了表面处理更简单、环境适应性更好的材料,提升了产品质量控制水平和可靠性。经过不断的技术改进,该次执行载人飞行的长征二号F遥十九火箭,飞行可靠性评估结果为0.9904。
整流罩锁
整流罩是火箭包裹飞船的保护罩,火箭在大气中飞行时,它将飞船这样的“乘客”罩在内部,保护它们不受外界气流、热噪声等环境影响,当火箭带着飞船进入太空,不再需要整流罩保护的时候,整流罩就会及时“开门”,让“乘客”能够安全到点“下车”。火箭飞行中要分离整流罩,那就要先解锁。与大多数现役运载火箭采用的火工品爆炸解锁方式不同,长征二号F火箭的整流罩采取了一种机械锁式机构来实现解锁功能。长二F火箭整流罩的外形比较复杂,然后通过机械锁的方式可以很好地适应整个外形的变化。基于以上特点,机械锁式结构非常适配载人航天的特点,两片整流罩内分别布置了16把锁,整流罩在分离的时候,这32把锁可以在0.1秒内同时解锁,保证整流罩顺利分离。
总体评价
长征二号F遥十九运载火箭执行的神舟十九号载人飞船发射任务,是中国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段的第4次载人飞行任务,是工程立项实施以来的第33次发射任务,也是长征系列运载火箭的第543次飞行。(中国载人航天工程网 评)
参考资料
长二F遥十九火箭开始总装.界面新闻.2023-11-13
“神箭”长二F的20年.人民网.2023-10-27
长二F遥十九火箭开始总装.中国日报网.2024-07-09
最新修订时间:2024-11-21 13:36
目录
概述
研制历程
参考资料