长征七号改
运载火箭(简称长征七号改,又名“长七A”“长七甲”“CZ-7A”),是在长征七号火箭两级半构型基础上增加第三级,形成的三级半构型火箭。是为了满足远地点3.6万公里地球同步转移轨道发射能力而研制的运载火箭。
长征七号改运载火箭由
中国航天科技集团一院抓总研制,是中国新一代中型高轨液体运载火箭,地球同步转移轨道运载能力不低于7吨。2023年11月3日22时54分,长征七号甲运载火箭在文昌航天发射场点火升空,成功发射
通信技术试验卫星十号。该
卫星主要用于开展多频段、高速率卫星通信技术验证。世界上绝大多数火箭(包括长七)都会在点火后几十秒后,火箭助推器与芯一级分离。而长七改火箭助推器与芯一级形成组合体,
推进剂用完后与二级分离,是中国第一款助推器与芯一级集束式分离捆绑火箭。
长征七号改
运载火箭研制团队先后突破以12项重大关键技术为代表的96项关键技术,代表了中国火箭研发的先进能力。长征七号改运载火箭的正式入列,使运载火箭的地球同步转移轨道运载能力达到7T,填补了中国地球同步转移轨道5.5-7T之间运载能力的空白,具备一箭一星和一箭双主星发射能力。
发展历程
2020年3月16日,中国在中国文昌航天发射场组织实施长征七号改中型运载火箭首次飞行任务,火箭飞行出现异常,发射任务失利。后续将组织专家对故障原因进行调查分析。
2021年3月12日1时51分,
长征七号改遥二运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空,将试验九号卫星送入预定轨道,发射取得圆满成功。长征七号改火箭的成功发射,拉开了
中国新一代运载火箭2021年发射的大幕,标志着中国新一代中型运载火箭家族又添新成员。本次发射的试验
神舟九号卫星主要用于空间环境监测等新技术在轨验证试验,是
长征系列运载火箭的第362次飞行。
2021年12月23日,由
中国航天科技集团一院抓总研制的长征七号改遥三火箭在中国文昌航天发射场点火升空,“一箭双星”成功发射,也为文昌航天发射场年度航天发射任务画上了圆满句号,顺利将用于空间环境探测及相关技术试验的试验十二号
卫星01星、02星送入预定轨道。长征七号改火箭,是中国新一代中型高轨液体
运载火箭,地球同步转移轨道运载能力不低于7吨,填补了中国运载火箭高轨道5.5吨至7吨运载能力的空白。
2022年9月13日21时18分,
中国文昌航天发射场,长征七号改遥五运载火箭托举中星1E卫星发射,获得圆满成功。
2023年11月3日22时54分,长征七号甲运载火箭在文昌航天发射场点火升空,成功发射
通信技术试验卫星十号。该
卫星主要用于开展多频段、高速率卫星通信技术验证。本次发射将拉开文昌航天发射场今年至明年上半年高密度发射序幕。
2024年8月22日20时25分,长征七号改运载火箭在文昌航天发射场点火升空,成功将中星4A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。该卫星可为用户提供话音、数据、广播电视传输业务。
根据后续任务需求,长七A火箭还将进一步改进和完善,实现零度轨道倾角卫星和深空探测等多种发射任务。随着
中国空间站的建造完成以及中国高轨道运载任务的需要,长七火箭每年将承担两次
天舟一号货运飞船的常态化发射任务,长七A火箭也将迎来每年3-5发的高密度发射期。
技术特点
结构设计
总体方案
CZ-7A火箭为三级构型中型
运载火箭,全箭总长为60.1m(4.2m整流罩状态),起飞质量约570t,起飞推力为727t。火箭一子级直径为3.35m,安装2台YF-100
发动机,发动机固定。一级捆绑4个2.25m直径的助推器,分别安装1台YF-100发动机,发动机单摆。火箭二子级采用3.35m直径,安装4台YF-115发动机,两机固定、两机双摆。火箭三子级采用3.0m直径,安装两台
YF-75,发动机双摆,具备两次启动能力。可适配直径4.2m和3.7m(
双星状态)两种整流罩,在发射场完成整流罩与有效载荷整体垂直运输、吊装。
分系统方案
全箭由箭体结构系统、发动机、增压输送系统、控制系统、测量系统、动力测控及总控网系统和发射支持系统组成。
结构系统 箭体结构由贮箱结构和壳段结构组成,各
推进剂贮箱均采用独立贮箱,选用
2219铝合金作为贮箱主承力结构材料,采用搅拌摩擦焊接工艺、平板网格机械铣及滚弯成型工艺。
液态氧贮箱的绝热结构设置
缓冲层、泡沫层和防护层。壳段结构采用由框、桁条、
蒙皮构成的半硬壳式铆接结构方案。所有部段对接面及舱口盖均采用防雨密封设计,具备中雨发射能力。
发动机 助推器、芯一级、芯二级均采用新一代高压补燃液氧/
煤油发动机,助推器和芯一级采用推力为1200kN的YF-100发动机,芯二级采用4台并联的、推力为180kN的YF-115发动机。芯三级采用2台
YF-75液氧/
氢气发动机,三级辅助动力系统采用单组元
催化分解恒压挤压式液体动力系统,
推进剂为DT-3。各级主发动机在交付总体之前均进行工艺校验试车,以保证发动机的启动和工作可靠性,以及性能的可测试性。
增压输送系统 助推器、一级贮箱和二级燃箱采用
氦气瓶增压方案,二级氧箱采用开式自生增压方案。三级氧箱采用冷氦加温增压和常温氦气补压方案。三级氢箱采用开式自生增压和常温氦气补压方案。控制系统通过压力传感器敏感贮箱压力,控制多路电磁阀实现对贮箱增压压力的闭环控制。箭上助推和一级、二级设置56L和130L两种规格的35MPa常温氦气瓶提供增压用氦气,三级设置56L的35MPa常温氦气补压气瓶和20L的21MPa冷氦增压气瓶提供增压用氦气。为了提高增压系统的可靠性采用了冗余设计,当其中一路电磁阀出现打不开故障时,备保冗余增压路可确保飞行任务顺利完成。氧系统采用自然循环预冷结合
氦气引射加强的循环预冷方案。
控制系统 控制系统基于3套1553B
总线的数字控制体制,采用“双套光学惯组(卫星导航信息)+横法向加表+
速率陀螺+箭载
计算机+时序控制+增压控制+伺服控制+姿控
发动机调姿+二级推力调节控制”的控制方案。二三级采用接续迭代制导,提高入轨精度并具有一定故障适应能力。
测量系统 测量系统主要包含遥测、外测、安全控制、
天基测控、图像测量、供配电、附加监测、
推进剂利用等功能。遥测采用PCM-FM体制、2个S波段点频完成全箭参数测量与传输,采用Ka频段天基测控子系统完成6Mbit/s遥测数据中继传输。外弹道测量采用“
卫星导航+地面雷达”两种测量模式。卫星导航测量兼容BD、GPS、GLONASS。地面雷达测控采用“单脉冲雷达测量+光学测量”模式。无线安全控制采用多音组合调频体制。地面测控子系统实现整个系统的供电、配电控制、系统状态测试、流程控制、地面测控的一体化。
动力测控及总控网系统 总控网系统采用网络冗余及前后端通信技术实现地面测发控设备的远距离通信、各系统之间信息共享通信。动力测控系统采用远距离测控模式,在后端测控大厅完成动力系统单元测试、分系统测试、总检查、发射阶段的相关测控任务。1.4.7发射支持系统发射支持系统主要包括活动发射平台、大流量喷水降温降噪系统、气液连接器、地面供气系统、连接器测控系统、运输设备、地面瞄准系统、远控系统、吊装及
辅助设备。喷水降温系统在火箭发射时按时序两级喷水,实现对发射台的防热保护及降噪。
星箭接口
机械接口
卫星通过卫星支架安装在
运载火箭上。卫星支架下端面与火箭仪器舱通过螺栓连接,上端面为通用机械接口,其与卫星下端面通过包带连接在一起,采用“包带+2个无污染爆炸螺栓连接解锁”方案。在卫星支架上安装有星箭分离系统、火箭分离信号遥测装置和卫星供电用的电缆及插头。CZ-7A火箭可向用户提供1194A、1666等卫星支架接口,也可根据卫星机械接口的要求,新研或选用成熟的星箭接口。3.2整流罩包络整流罩包络是火箭整流罩对
卫星最大外廓尺寸的限制,火箭在确定整流罩包络时考虑了火箭飞行中各种干扰对整流罩动态和静态变形的影响。
CZ806突击步枪7A火箭为
卫星提供了良好的整流罩包络空间。4.2m直径整流罩内包络为Φ3850mm,3.7m直径整流罩内包络为Φ3350mm。
关键技术
长征七号甲
运载火箭按照深化模块化、
组合化、系列化设计思想,大量继承在飞型号的成熟技术,同时突破了4项关键技术。准实时双向风修正弹道技术 CZ-7A火箭相对CZ-7长度增加7m,为了确保高结构效率的前提下提升发射概率,CZ-7A火箭在传统风修正弹道基础上采用准实时、双向风补偿的高空风修正弹道设计技术,在确保较高发射概率的同时,降低了飞行攻摆角和飞行载荷。二三级接续迭代制导设计 在CZ-7火箭成熟六表光学惯组的基础上,CZ-7A火箭通过基于双捷联惯测信息的系统级容错技术、关机时间实时在线估计技术和燃料最优的大范围转移接续迭代制导攻关,提高了有效载荷的入轨精度和三级
发动机预冷对典型故障的适应能力。大长细比姿态控制设计技术 CZ-7A火箭是中国当前长细比最大的火箭,长细比达到18。针对大长细比带来弹性频率低、弹性与晃动交联耦合严重等一系列技术难题,通过姿态
动力学模型参数及偏差优化设计,以及定向频段幅值修正、系统动静态增益精调等技术,解决了
刚体、弹性、晃动的稳定控制问题。6Mbit/sKa频段
天基测控技术 CZ-7A火箭首次具备高码率6Mbit/sKa频段天基测量能力,通过中继星传输链路,将箭上二三级全部遥测数据和重要的一级数据传输至地面,解决了火箭上升段地基测量不能完全覆盖的问题。
性能参数
总体参数
运载能力
入轨精度
整体布局
长七A火箭是在长七火箭两级半构型基础上,增加了第三级,形成了三级半构型,由
中国运载火箭技术研究院研制的新一代中型高轨三级液体燃料捆绑式运载火箭,主要用于高轨道
卫星发射任务。“长七甲”(“长七改”“长七A”)火箭是中型三级半低温液体运载火箭,由芯一级、芯二级、芯三级以及等距对称捆绑于芯一级周围的四枚助推器构成。该箭最大长度60.13米,芯一级、芯二级直径3.35米,芯三级直径3米,助推器长26.8米、直径2.25米。
长征七号改遥三火箭要挑战中国新一代运载火箭首次执行双主星发射任务。为了在有限的整流罩空间内合理容纳这两颗卫星,设计人员采用了串联布局,打造了外支撑整流罩,有效提升了整流罩内可用空间,使任务实施成为可能。长征七号改火箭还将根据任务需求研制更大直径的整流罩构型。
小行星3789将以长征七号改火箭为基础,通过增加上面级等方案,实现零度轨道倾角卫星发射任务,执行探月、探火和
小行星探测等深空探测任务,为航天强国建设提供坚实保障。
另外,研制团队还进一步优化设计,在火箭末级中新增液位
音频处理器,实现
液态氧流量调节功能,增加
推进剂可用剩余量,提高运载能力富裕度。
性能指标
长征七号甲
运载火箭(简称“长七甲”或“长七A”)为长七火箭的衍生型号,是在长七火箭基础上,与长三甲系列火箭三子级组合形成的一款新构型的三级半中型运载火箭。火箭全长60.1米,芯一级、芯二级直径3.35米,芯三级直径3米。
长七A火箭助推器长26.8米、直径2.25米,是世界上长径比(长度和直径的比例)最大的液体助推器。助推器安装一台120吨级无毒无污染的YF-100(YF,即液发)
液氧煤油发动机,起飞质量约573吨,起飞推力727吨,其
近地轨道(LEO)运力17吨(理论值),地球同步转移轨道(GTO)运力不低于7吨,地月转移轨道运力(TLI)运力5吨。地球同步转移轨道运力不低于7吨,有效填补了中国高轨运载能力空白,同时具备零
轨道倾角轨道、奔月轨道等高轨发射能力。
世界上绝大多数火箭(包括长七)都会在点火后几十秒,
推进剂燃烧完,火箭的助推器就会与芯一级分离。而长七A火箭的助推器与芯一级形成的组合体,在推进剂用完后会一起与二级分离,是中国第一款助推器与芯一级集束式分离的捆绑火箭。
发射记录
总体评价
《
导弹与航天运载技术》撰文评价:在中大型高轨
卫星高密度发射急需的背景下,中国
长征七号甲
运载火箭(以下简称CZ-7A)在长征七号运载火箭和长征三号甲系列火箭三子级基础上通过
组合化设计形成了中国新一代中型高轨三级液体捆绑式运载火箭。作为新一代无毒无污染航天运输主力装备,经过两发飞行试验验证,CZ-7A火箭地球同步转移轨道运载能力可达7T,填补了中国地球同步转移轨道5.5-7T之间运载能力的空白,具备一箭一星和一箭双主星发射能力。
中国新闻门户网站文章称:长征七号甲火箭是在长征七号火箭的基础上改进研制而来,该型火箭主要用于向
中国空间站发射
中国货运飞船。
长征七号火箭的运载能力超过13.5吨,可以一次向太空运送更多补给,帮助未来的中国航天员在
空间站驻留更长时间。研制团队先后突破了以12项重大关键技术为代表的96项关键技术,代表了中国火箭研发的先进能力。
长征七号A运载火箭总指挥孟刚表示,长征七号A运载火箭的发射成功,不仅实现了中国中型运载火箭的更新换代,而且将有力带动和牵引中国未来大中型
卫星的升级换代,对航天强国建设具有重要意义。目前中国具备高轨道发射能力的主力
运载火箭,能够将5.5吨的有效载荷送到地球同步转移轨道。
长征七号A运载火箭将此项能力提升到了7吨,这是长征系列运载火箭能力的提升,对有效载荷来说也将是一个平台的升级换代。未来,在36000公里的
地球同步轨道上,具备7吨运载能力的长征七号A火箭,将与5.5吨运载能力的长征三号甲系列火箭、14吨运载能力的
长征五号运载火箭火箭一道,形成更加优化、合理的能力布局,这将大力提升中国航天进出空间的能力,对推进高轨道
卫星组网建设具有重大意义。