航天科普：“长征”二号运载火箭

长征二号（代号：CZ-2）是20世纪70年代中期我国研制的一型两级液体运载火箭，为发射返回式卫星而研制。 长征二号第一、二级采用常规液体燃料火箭发动机，1970年启动研制，1974年11月5日首飞失败，1975年11月26日第二次发射成功。该型火箭已退役，总发射次数4次，成功3次，失败1次。 长征二号是中国研制的第一代液体运载火箭，成功发射返回式卫星，使我国成为了继美国、苏联之后第三个掌握返回式卫星技术的国家。 上世纪50～60年代，苏联和美国发射了大量侦察卫星，其中返回式卫星可以提供大区域地面照片，为国家战略侦察和预警服务。苏美两国的返回式卫星重量在500～2500千克之间，都是由重型运载火箭发射的。 1970年4月24日，长征一号运载火箭成功发射我国第一颗人造地球卫星“东方红”一号之后，我国着眼提升空间观测能力，把发射低轨道重型卫星的任务列入了空间技术发展计划。根据国家要求，新型运载火箭要具有把一颗1800千克重的卫星送入500千米以下椭圆轨道的能力，因而研制更大推力的新型运载火箭提上了议事日程。 长征二号是中国用于发射低轨返回式卫星而以东风五号洲际弹道导弹为原型研制的二级运载火箭。 1970年，在远程火箭的基础上，中国开始了长征二号研制工作。 1974年11月5日，经过三年研制，长征二号Y1箭在酒泉卫星发射中心进行了首次飞行试验，由于导线断裂，火箭失控，首飞失败。 1975年11月26日，经过一年多的改进，采取一系列提高火箭可靠性的措施后，长征二号Y2箭成功发射了我国第一颗返回式遥感卫星“尖兵”一号。 1976年12月7日，长征二号再次成功发射返回式遥感卫星。 1978年1月26日，长征二号第三次成功发射返回式遥感卫星。 随后，中国运载火箭技术研究院根据发射卫星的需要，又对长征二号做了适应性技术状态的修改，使火箭的技术性能和运载能力由1800千克提高到2400千克，改进型命名为长征二号丙。 1982年9月9日至1985年10月21日，长征二号丙连续成功发射了4颗返回式遥感卫星。 长征二号运载火箭已退役。 2022年5月29日，神舟十四号载人飞船与长征二号F遥十四运载火箭组合体已转运至发射区。 2022年10月13日6时53分，我国在太原卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭，成功将5米S-SAR 01星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。该卫星主要为应急管理、生态环境主体业务提供国产化数据保障，同时，服务于自然资源、水利、农业农村、林业草原、地震等行业。 2022年11月29日23时08分，搭载神舟十五号载人飞船的长征二号F遥十五运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约10分钟后，神舟十五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。 2022年12月15日02时25分，我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功将遥感三十六号卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。 经过改进后的长征二号丙已作为主要型号投入发射任务。长征二号火箭的技术状态和数据均为长征二号丙 长征二号丙火箭的主要控制设备安装在火箭最前端的仪器舱中，箱间段和级间段也安装有部分控制设备。为使火箭的质心位置尽量靠前以提高静稳定性，一、二子级推进剂贮箱都是将密度较大的氧化剂安排在前，密度较小的燃料安排在后。级间段由壳段和杆系两种结构组成，杆系结构用以在一、二子级进行热分离时顺畅地排放二子级发动机喷出的燃气。两种整流罩具有不同的对接部位，以适应不同的有效载荷需求。发射支点设在一子级发动机机架的最前端，以利于发射支撑的稳定和传力结构的合理利用。一、二子级的级间分离面设在二子级机架与壳体的连接面处，以便最大程度地减轻二子级的结构质量，提高运载能力。 箭体结构 长征二号丙由整流罩、仪器舱、推进剂贮箱、级间段、箱间段、尾段等部分组成。主要材料是铝合金。 一子级 一子级由级间段、氧化剂贮箱、箱间段、燃烧剂贮箱、后过渡段和尾段组成，结构总质量8.6吨。级间段由级间壳段和级间杆系两部分不同的结构构成。 二子级 二子级由仪器舱、氧化剂贮箱、箱间段和燃烧剂贮箱等部分组成。 燃料贮箱和氧化剂贮箱均为承力式结构，都由椭球形前、后底和较短的筒段构成。贮箱内都安装有防晃板、消漩器、增压兼安全溢出管、液位传感器、温度传感器等[5][6]。 搭载舱 搭载舱是专门为搭载有效载荷提供服务的舱段，位于主有效载荷与仪器舱之间（主有效载荷使用A型整流罩）。搭载舱的作用是将主有效载荷、搭载有效载荷、A型整流罩和运载火箭连成一体，维持运载火箭外形的完整，提供搭载有效载荷使用空间，并有利于有效载荷入轨后的分离。搭载舱外径2.2米，高度和结构形式可按有效载荷的需要进行设计。 轨道转移舱 轨道转移舱的功用是通过轨道转移的办法，将有效载荷送入比长征二号丙所能达到的正常轨道更高的轨道。根据有效载荷最终轨道的需要，可以设计成一次转移或二次转移来实现最终轨道要求。长征二号丙火箭采用旋转稳定和固体火箭推进的轨道转移舱来实现有效载荷的轨道转移，不希望旋转入轨的有效载荷可在入轨分离前进行消旋。该轨道转移舱既可用于主有效载荷，也可用于搭载有效载荷。 整流罩 整流罩内的有效载荷通过转接支架与有效载荷支架相连接。 长征二号发射后穿越稠密大气层时，整流罩保护有效载荷不受高速气流冲刷。穿越大气层后，约在120千米高度，整流罩完成使命而抛离。长征二号丙火箭配有A型和B型两种整流罩，以适应不同有效载荷的需要。两种整流罩所提供的有效载荷使用空间有较大的差别。 推进系统 长征二号C采用由液体火箭发动机、泵压式推进剂输送系统和自生增压系统组成的推进系统，使用自燃推进剂，氧化剂为四氧化二氮，燃烧剂为偏二甲肼。 一子级推进系统 一子级推进系统由组合发动机、推进剂输送系统、增压系统、火工品及电缆、机架等构成。火箭发动机由4台独立的单机通过机架并联而成的组合发动机。 二子级系统 二子级推进系统由推力室、涡轮泵、涡轮工质供应系统、推进剂供应系统、增压系统、火工品及电缆和机架等组成。 制导控制 长征二号丙火箭的制导控制系统由制导系统和姿态控制系统组成。 制导系统 制导系统是控制火箭沿预定轨道飞行，当达到预定的运动参数，满足有效载荷精确入轨的要求时，关闭发动机，使有效载荷按预定要求准确入轨。 姿态控制系统 姿态控制系统用于稳定火箭的飞行姿态，控制火箭绕质心的转动。姿态控制一是消除火箭飞行中的姿态角偏差，使火箭在预定的轨道上稳定飞行；二是配合制导系统完成火箭飞行的程序控制；三是配合导引系统完成横、法向导引控制。 分离系统 级间分离 长征二号C的级间分离采用热分离方式。当级间分离程序开始时，首先起动二子级发动机，然后关闭一子级发动机。当二子级的发动机推力达到预定推力、一子级发动机推力减小到预定推力时，连接一子级和二子级的爆炸螺栓同时起爆，一、二子级在二子级发动机喷流和推力的作用下开始分离，二子级发动机的喷焰从级间杆系和分离面处排出 星箭分离 卫星与有效载荷转接支架的连接采用包带式连接机构，用2颗锁紧爆炸螺栓将包带锁紧，使卫星与转接支架牢固连接。分离时，将两颗锁紧爆炸螺栓引爆，包带解锁，使卫星与运载火箭实现机械脱离。 遥测跟踪 遥测系统 遥测系统的功用是：获取火箭飞行中各系统和主要设备的工作参数、故障监测参数和环境参数。遥测系统由参数测量装置、传输装置、数据记录和处理装置以及电源配电装置等组成。 跟踪系统 跟踪系统由无线电跟踪分系统和无线电遥控分系统两部分组成。 无线电跟踪分系统的功能，是实时跟踪、测量火箭飞行轨道，提供实时跟踪数据和无线电遥控判断信息。无线电跟踪分系统由箭上和地面两部分组成。 无线电遥控分系统的功能，是当运载火箭飞行中发生不可挽回的严重故障，偏离预定轨道，并危及规定的保护区域安全时，地面发出遥控炸毁指令，箭上接收指令后，给自毁系统发出炸毁指令信息，由自毁系统将故障火箭炸毁。 自毁系统 长征二号C自毁系统的作用是当火箭在飞行过程中因故障而将导致飞行失败时，将火箭自行炸毁，以减轻或避免火箭坠落地面时，对人员和设施造成的危害。自毁系统设有两种自毁机构。 设计参数 基本参数 全长 32.6米 直径 3.35米 起飞质量 190吨 起飞推力 2786千牛 推进剂 （氧化剂+燃烧剂 ） 四氧化二氮+偏二甲肼 近地轨道运载能力 1.8吨 飞行时序 时间（秒） 程序 时间（秒） 程序 T-3.00 一子级发动机点火 T+129.00 级间分离 T+0.00 火箭起飞 T+140.00 导引引入 T+8.00 开始程序转弯 T+236.50 二子级YF-22发动机预令关机 T+44.00 飞行马赫数达到1 T+237.50 二子级YF-22发动机主令关机 T+127.00 二子级发动机启动 T+250.50 抛整流罩（120千米高度） T+127.50 一子级发动机预令关机 T+475.00 游动发动机关机 T+128.50 一子级发动机主令关机 T+478.00 有效载荷与火箭分离 长征二号火箭于1974年11月5日在酒泉卫星发射中心进行首次飞行试验，由于火箭控制系统中一根导线存在暗伤而断裂，导致火箭姿态失去控制，首次飞行试验失败。 长征二号火箭的第二次发射于1975年11月26日获得成功，将中国第一颗返回式卫星送入预定轨道。随后，又连续两次发射成功，将中国第二颗和第三颗返回式卫星送入预定轨道。各次发射概况如下： 序号 运载火箭 发射时间 有效载荷 卫星轨道 发射地点 备注 1 长征二号 701403（Y3） 1974年11月5日 17时40分 尖兵一号卫星00星 （返回遥感卫星0号00星） 近地轨道 酒泉卫星发射中心 失败 ① 2 长征二号甲 701504（Y4） （长征二号丙） 1975年11月26日 11时29分52秒 尖兵一号卫星01星 （返回遥感卫星0号01星） 成功[12][37][39][40] 3 长征二号甲Y5 （长征二号丙） 1976年12月7日 12时38分 尖兵一号卫星02星 （返回遥感卫星0号02星） 4 长征二号甲Y6 （长征二号丙） 1978年1月26日 12时58分 尖兵一号卫星03星 （返回遥感卫星0号03星[11]） 5 长征二号丁 2021年10月14日18时51分 太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星 太原卫星发射中心 6 2022年7月29日21时28分 遥感三十五号03组卫星A星、B星、C星 - 西昌卫星发射中心 7 长征二号F 2022年8月5日 可重复使用试验航天器 酒泉卫星发射中心 8 长征二号丁 2022年8月20日01时37分 遥感三十五号04组卫星 - 西昌卫星发射中心 成功[41] 9 长征二号丁 2022年8月24日11时01分 北京三号B南宁一号卫星 - 太原卫星发射中心 成功[42] 10 长征二号丁 2022年9月6日12时19分 遥感三十五号05组卫星 西昌卫星发射中心 成功[43] 11 长征二号丁 2022年9月21日7时15分 云海一号03星 酒泉卫星发射中心 成功[44] 12 长征二号丁 2022年10月9日7时43分 先进天基太阳天文台卫星 酒泉卫星发射中心 成功[45] 13 长征二号丙 2022年10月13日6时53分 S-SAR 01星 太原卫星发射中心 成功[46] 14 长征二号丁 2022年10月15日3时12分 遥感三十六号卫星 西昌卫星发射中心 成功[48] 15 长征二号F遥十五运载火箭 2022年11月29日23时08分 神舟十五号载人飞船 酒泉卫星发射中心 成功[49][50] 16 长征二号丁 2022年12月15日2时25分 遥感三十六号卫星 西昌卫星发射中心 成功[52] 17 长征二号丁 2023年1月13日15时00分 遥感三十七号卫星、试验二十二号A/B星 酒泉卫星发射中心 成功 系列型号 中国运载火箭技术研究院以长征二号为原型先后研制出长征二号甲、长征二号丙、长征二号丁、长征二号E、长征二号F等各型运载火箭，形成长征二号系列运载火箭。 长征二号甲（CZ-2A） 长征二号甲即长征二号运载火箭的微小改进型。在1974年长征二号首发失败后，研制方对长征二号使用的风暴一号火箭第二级的陀螺控制系统作了微小改进。

长征二号丙（CZ-2C） 长征二号丙（CZ-2C）是一种两级常规液体运载火箭，主要用于发射低轨和太阳同步轨道卫星。火箭全长43.72米，箭体与整流罩直径均为3.35米，起飞质量245吨，近地轨道运载能力为4吨。 长征二号丙改（CZ-2C/SD、CZ-2C/SM、CZ-2C/SMA） 长征二号丙改有三个型号：CZ-2C/SD、CZ-2C/SM和CZ-2C/SMA，是在长征二号丙（CZ-2C）火箭的基础上增加了新研制的三轴稳定固体上面级和双星适配器，主要用于太阳同步轨道卫星的发射。700千米太阳同步轨道运载能力达到2.1吨。

长征二号丁（CZ-2D） 长征二号丁（CZ-2D）由上海航天技术研究院研制，是一种二级常规液体推进剂运载火箭，是在长征四号甲（CZ-4A）运载火箭的基础上减少三子级，并进行适应性改进形成的火箭，主要用于发射近地轨道卫星。

长征二号E（CZ-2E） 长征二号E（CZ-2E）即长征二号捆绑式运载火箭，简称：长二捆，是在加长的长征二号丙（CZ-2C）火箭一级外部捆绑四枚液体助推器的运载火箭，主要用于发射近地轨道（LEO）有效载荷。配以合适长征二号运载火箭的上面级，可进行中高低轨道、地球同步转移轨道等卫星的发射。（已退役） 长征二号F（基本型）（CZ-2F） 长征二号F（CZ-2F）是在长征二号捆（CZ-2E）火箭的基础上，以提高可靠性、确保安全性为目标研制的运载火箭，可靠性超过97%（置信度0.7），主要用于发射“神舟”载人飞船和大型目标飞行器到近地轨道。 2003年长征二号F火箭成功将航天员杨利伟送入太空，使我国成为继美国、俄罗斯之后第三个能自主将航天员送入太空的国家。 （自神舟七号后，长征二号F基本型不再执行任务，后续任务由长征二号F改进型承担）

长征二号F改 长征二号F改（CZ-2F/G）是为适应载人航天二期工程发射运输飞船和目标飞行器的要求，对长征二号F火箭进行改进形成。长征二号F改进型运载火箭执行过13次载人航天发射任务，将6艘载人飞船、5艘无人飞船和1个目标飞行器、1个空间实验室送入预定轨道，送11名（14人次）航天员进入太空开展科学实验，发射成功率100%。

1987年，长征二号丙火箭被授予“全国质量金质奖”。 1999年，长征二号丙火箭被航天工业总公司授予“优质液体运载火箭”称号。 1999年，长征二号丙改进型火箭被航天工业总公司授予“金牌火箭”称号。 2012年1月，长征二号丁被中国航天科技集团公司授予“金牌火箭”称号。 长征二号运载火箭是在长征一号之后，中国运载火箭技术研究院继续研制的第二型运载火箭，在技术和性能上有了大幅度提高。 长征二号采用了当时新研制的75吨推力发动机，大大超过长征一号所用的发动机，后来中国所有的运载火箭都是以75吨发动机为基础研制的。不但发动机性能提高，而且长征二号在导弹基础上研制火箭的过程中，还解决了一系列技术难题后才得以成功。 长征二号是根据液体导弹改进而来，具有明显的武器特点。作为第一代火箭之一，长征二号解决了我国运载火箭有无问题，但火箭运载能力等总体性能偏低，使用维护性差，发射场测试发射周期长，采用模拟控制系统。