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長征二號F

來自 國家航天局 的圖片

研製國家 ：中國 發射時間 ：2023年10月26日11時14分 運載載荷 ：神舟十七號載人飛船

長征二號F（代號：CZ-2F，簡稱：長二F，綽號：神箭）是中國航天科技集團公司所屬中國運載火箭技術研究院抓總研製的一種大型兩級捆綁助推器運載火箭，是中國主要用於發射神舟系列載人飛船和大型目標飛行器到近地軌道的一型火箭。

長征二號F火箭是在長征二號E捆綁火箭基礎上，按照發射載人飛船的要求，以提高可靠性，確保安全性為目標研製的運載火箭。該火箭由四個液體助推器、芯一級火箭、芯二級火箭、整流罩和逃逸塔組成。火箭首次採用垂直總裝、垂直測試和垂直運輸的「三垂」測試發射模式。長征二號F火箭自1992年開始研製，1999年11月19日首次發射並成功將中國第一艘實驗飛船"神舟一號"送入太空。長征二號F多次成功發射神舟系列飛船，已成為中國長征系列運載火箭家族中的「明星」火箭。

北京時間2024年4月25日20時59分，搭載神舟十八號載人飛船的長征二號F遙十八運載火箭在酒泉衛星發射中心點火發射，約10分鐘後，神舟十八號載人飛船與火箭成功分離，進入預定軌道。10月30日4時37分後，神舟十九號載人飛船進入預定軌道，航天員乘組狀態良好，發射取得圓滿成功。

發展沿革

研製背景

20世紀60年代至70年代，世界航天強國美國、蘇聯相繼實施載人航天探索。1961年4月12日蘇聯宇航員加加林首次太空飛行。1969年7月21日，美國人阿姆斯特朗首次登上月球。1971年4月19日，蘇聯率先發射了載人空間站。

20世紀80年代，中國開展「高技術發展研究規劃論證」。

1986年3月，中國國務院組織制定了中國高技術發展研究規劃，稱為「863計劃」。

1987年，中國開始實施「863計劃」，分7個重點領域，其中之一「863-2」即為中國載人航天領域制定發展藍圖。從1987年開始歷時5年，一直到1992年1月，進行載人航天技術經濟可行性論證，之後進入準備立項階段。

1992年9月21日，經過多年周密論證，中共中央政治局常委會決定實施代號「921工程」的載人航天工程，確定了「三步走」的發展戰略。

20世紀90年代，中國推力最大的火箭是長征二號E火箭，其可靠性指標僅為0.91，遠達不到載人標準。中國運載火箭技術研究院決定在其基礎上研製「長征二號F載人航天新型火箭，並將長征二號F火箭的可靠性指標定為0.97。

長征二號F火箭作為載人航天工程的重要組成部分，成為中國載人航天工程的七大系統之一。立項研製時不僅將運載能力、入軌精度等性能指標，而且將可靠性、安全性指標也作為最重要的設計參數，確定按照可靠性不低於0.97、安全性不低於0.997的目標進行研製。

研製歷程

1992年年底，長征二號F火箭研製正式啟動。

1998年，長征二號F火箭初樣箭運到酒泉衛星發射中心，與試樣狀態的地面設備、首次應用的發射場聯調。

1999年11月20日，長征二號F火箭首次發射並取得成功，將中國第一艘無人實驗飛船「神舟一號」送入太空。

1999年至2002年，長征二號F遙一至遙四火箭相繼研發成功，推動了陸海基航天測控網驗證、微重力環境下空間生命科學、空間材料實驗開展。

2003年10月15日，長征二號F火箭將中國首名航天員楊利偉送入太空，使中國成為繼蘇聯和美國之後，第三個將人類送上太空的國家。

2023年，長征二號F遙17火箭完成各項測試，計劃於4月出廠。同時，長征二號F遙18火箭通過評審，即將開始總裝。

2023年5月，即將承擔神舟十六號載人飛行任務的仍將是長征二號F系列運載火箭。長二F運載火箭是中國現役僅有具有故障檢測系統和逃逸系統的火箭。由於承擔載人運載任務，高可靠性和安全性是它最大特點，其可靠性指標達到0.98，安全性指標達0.997，該次即將發射的長二F遙16火箭相比遙15又進行了技術狀態改進。

2023年11月，據中國航天科技集團消息，長征二號F遙十九運載火箭全面進入總裝狀態。該發「神箭」將在2024年執行神舟載人飛船發射任務。

技術特點

總體設計

長征二號F運載火箭是在長征二號E火箭的基礎上，按照發射載人飛船的要求，以提高可靠性確保安全性為目標研製的運載火箭。火箭由四個液體助推器、芯一級火箭、芯二級火箭、整流罩和逃逸塔組成，是當時中國所有運載火箭中起飛質量最大、長度最長的火箭。運載火箭有箭體結構、控制系統、動力裝置、故障檢測處理系統、逃逸系統、遙測系統、外測安全系統、推進劑利用系統、附加系統、地面設備等十個分系統，為兼顧衛星的發射，保留了有效載荷調姿定向系統的接口和安裝位置。故障檢測處理系統和逃逸系統是為確保航天員的安全而增加的，其作用是在飛船入軌前，監測運載火箭狀態，若發生重大故障，使載有航天員的飛船安全地脫離危險區。

箭體結構

長征二號F運載火箭由箭體結構系統、動力裝置系統、控制系統、推進劑利用系統、故障檢測處理系統、逃逸系統、遙測系統、外測安全系統和附加系統及地面設備系統共10個系統組成。

助推器、芯級第一級、芯級第二級、整流罩、逃逸塔等箭體結構組成了火箭的「身體」。助推發動機、一級發動機、二級發動機是火箭的「動力和心臟」。控制系統是火箭的「大腦和神經」。為了更加充分有效地利用火箭裝載的燃料，火箭上還設計了推進劑利用系統，能夠保證二級火箭的氧化劑和燃燒劑同時燃燒完畢。

動力系統

長征二號F火箭繼承了長征二號E火箭的主要構型，即：芯級捆綁4個助推器。助推器在長征二號E基礎上加長，捆綁連接點位置由一級後箱前短殼移至一級箱間段；對整流罩按照飛船和逃逸的要求進行了全新設計，在整流罩上面增加了逃逸塔；在助推器尾部增加了尾翼。火箭全長58.3米，起飛重量479.8噸，是21世紀初期中國研製的火箭中最高、最重的。

長征二號F火箭的芯級直徑3.35米，助推器直徑2.25米，整流罩直徑3.8米，火箭最大橫截面直徑10.2米。火箭芯級和助推器均使用四氧化二氮和偏二甲肼推進劑，一級加注推進劑約186.6噸，二級加注推進劑約84.8噸，助推器加注推進劑約41.5噸，火箭加注質量481.9噸。在近地點高度200千米，遠地點高度350千米，軌道傾角42.4°時，運載能力大於7.8噸。

配套系統

故障自檢

長征二號F運載火箭為了保障航天員的安全，保證即使在突發的意外情況下航天員依然能夠順利脫離危險的故障火箭，設置了故障檢測處理系統，用於參數檢測、判斷，在發現火箭出現重大故障時發出逃逸指令，並按逃逸模式執行逃逸指令。火箭的逃逸系統是故障檢測處理系統的執行機構，處於火箭最前端的尖狀物就是逃逸塔。

為了測量火箭的彈道，接收地面逃逸指令和安全控制指令，火箭設置了自己的安全系統。為了了解火箭飛行過程中的工作情況，火箭上還設置了遙測系統，它能夠測量、記錄和發送火箭在飛行中的所有工作參數和環境參數，為故障檢測處理系統提供檢測參數，同時為地面故障判斷實時提供遙測參數，這兩個系統都需要同地面的測量設備協同工作，地面測控站和遠在太平洋的「遠望號」測量船則需要接收火箭傳回的信號，並給火箭發出相應的控制指令。

此外，火箭還需要主要由耗盡關機信號系統、加注液位測量、推進劑測溫、垂直度調整和地面總體綜合測試網組成的附加系統，以及由地面發射平台、推進劑加注設備、轉運車、吊裝設備、各系統地面測試設備等組成的地面支持系統，共同完成火箭在發射場的組裝、測試、轉場等一系列火箭發射前的準備工作。

逃逸系統

長征二號F火箭上增加了自動故障檢測處理系統，這套系統可以在飛船待發射階段和上升階段自動進行故障檢測，一旦有問題它會自動報警。假如航天員正在塔架上尚未進艙，他們可以就近跳進塔架上的逃逸布袋，布袋是用一種彈力很強的特殊帆布做的，航天員跳進去後用四肢的阻力來控制下降的速度，像乘軟滑梯一樣從上面一直滑到地下室的安全地區。假如航天員已經進艙，這套系統可以指揮火箭頂部的逃逸塔自動點火，把飛船返回艙拽離火箭，安全降落。

為保證航天員的安全，長征二號F火箭還取消了其他火箭一旦姿態不穩便自動自毀的功能，配備了逃逸系統，一旦出現意外，它可以隨時啟動。逃逸系統又稱逃逸塔，在飛船的頂部，塔高8米，從遠處看像是火箭上的避雷針。其任務是在火箭起飛前900秒到起飛後160秒時間段內，即飛行高度在0～110千米時，萬一火箭發生故障，其可以拽着軌道艙和返回艙與火箭分離，並降落在安全地帶，幫助飛船上的航天員脫離險境。

遙測系統

鑑於在以往的飛行中，火箭的關機、分離等動作，地面控制中心都是靠相應的遙測參數來獲知，但相關參數具有間接性，不直觀。第六枚長征二號F運載火箭在遙測系統中首次設置了圖像測量系統，用於監視助推器分離、級間分離、整流罩分離、船箭分離的過程，使地面控制中心人員能夠直接「觀看」到分離過程。

與遙測參數相比，圖像信息需要占用更寬的數據頻帶，原來分配給遙測系統的數據傳輸速度也不夠，需要從總體上調整遙測參數，為圖像信息數據調整出所需要的頻帶。同時增加圖像壓縮處理器，儘量壓縮圖像信息的數據量。其次，需要上天飛行的CCD攝像裝置、圖像壓縮處理器、圖像綜合控制器等一系列設備還要經歷嚴酷的火箭飛行環境的考驗，包括高過載、振動、高溫、真空等。因此，相關設備的設計標準和歷經的試驗都需要通過高標準的考核。

機械鎖式機構

長征二號F火箭作為我國唯一的一型載人火箭，為了保證航天員的安全，身上有着其他火箭所不具備的精妙設計，長征二號F火箭的整流罩里藏着32把「鎖」。整流罩主要是為了保護有效載荷，尤其像載人飛船保護，到一定的高度之後，大氣層比較稀薄，沒有氣動、熱，還有大載荷，這時候就可以拋掉整流罩了。如果要分離整流罩，那就要先「解鎖」。與大多數現役運載火箭採用的火工品爆炸解鎖方式不同，長征二號F火箭的整流罩採取了一種機械鎖式機構來實現「解鎖」功能。機械式機構比較可靠。長二F火箭整流罩的外形比較複雜，通過機械鎖的方式很好地適應外形的變化。這個鎖是機械式多點聯動式的結構，可以通過地面的實驗很好地測試到飛行狀態。另外這種鎖的可測試性，還有可設計性都比較好。基於以上特點，這種機械鎖式結構非常適配載人航天的特點。兩片整流罩內分別布置了16把「鎖」，整流罩在分離的時候，這32把「鎖」可以在0.1秒內同時「解鎖」，保證整流罩順利分離。