1975年11月26日,长征二号运载火箭成功发射了我国第一颗返回式卫星。它标志着我国成为世界上第3个掌握航天返回和航天遥感技术的国家,这对加强我国国防力量,发展国民经济具有重要意义。
在长征二号基础上发展起来的长征二号系列运载火箭是目前长征家族中最大的系列,拥有7个子系列,分别为基本型长征一号和衍生型甲、乙、丙、丁、E、F,主要承担近地轨道和太阳同步轨道的发射任务。
长征二号系列从1974年首次发射至今,共发射 163次,失败“4”次(其中的2次失败其实是客户方美国休斯公司不提供卫星结构数据,我方无法进行振动耦合分析,导致火箭突破音速时卫星因发生共振燃料泄露而爆炸,故不应该算入火箭的的失败次数,长征二号系列实际失败次数应该仅为2次)。
一、基本型长征二号(CZ-2)
二级液体运载火箭,于1970年在东风五号洲际导弹的基础上改装而成,主要用于发射500km以下的近地轨道载荷。
(一)长征二号基本参数
高32.6米,最大直径3.35米,起飞重量190吨,近地轨道运载能力1.8吨。采用平台-计算机制导。高强度铝铜合金燃料箱。一、二级分离采用热分离方案。
(二)长征二号发动机
1、一级发动机YF-21
由4台独立的YF-20并联而成,燃料为偏二甲肼和四氧化二氮,总推力284吨,比冲259秒。每台单机可通过泵前摇摆方式沿箭体切向摆动以控制火箭飞行姿态。
注:YF-21同为东风五号洲际导弹的发动机。
2、二级发动机YF-24
由喷管固定的主发动机YF-22(YF-20真空版)和四周对称安装可沿箭体切向摆动的4台游机YF-23组成,燃料为偏二甲肼和四氧化二氮。
主机YF-22,真空推力73.47吨,比冲289.1秒。涡轮泵输送燃料。
游机YF-23,真空总推力4.69吨,比冲281.6秒。独立涡轮泵输送燃料,重量轻。主机关机后,游机仍可长时间工作,提高了二级的灵活性。
(三)长征二号发射记录
共有4次发射记录。
1974年11月5日首次发射返回式卫星尖兵一号00星时,由于控制系统导线断路,导致飞行姿态失控而失败。
经过对陀螺控制系统稍做改进,并将二级发动机小幅调整为YF~22A/23A(故有人误认为后三发是长征二号其他子型号)后,先后于1975年11月26日、1976年12月7日和1978年1月26日成功把我国第二、第三和第四颗尖兵系列返回式卫星送入预定轨道。)。
注:YF-22A由4个YF-20A组成,是YF-20经过小幅适应性改造和局部调整而成,可不做区分。
二、长征二号甲(CZ-2A)
长征二号甲是在长征二号基础上加装常规液体发动机的三级火箭,用来发射地球同步轨道载荷。因发展成为长征四号系列运载火箭,而在长征二号系列中除名。
未生产。
三、长征二号乙(CZ-2B)
长征二号乙是在长征二号的基础上加装液氢液氧发动机的三级火箭,用来发射地球同步轨道载荷。因发展成为长征三号系列火箭。同样在长征二号系列中除名。
未生产。
四、长征二号丙
(一)长征二号丙(CZ-2C)
两级液体运载火箭,在长征二号的基础上加长燃料箱,更换大幅改进后的二级发动机和更先进的导航系统,是为国际商业发射而设计,主要用于发射近地轨道和太阳同步轨道卫星。发射成本2500万美元。
截止发文时间(2022年1月19日)长二丙系列火箭累计发射79次,失败“3”次(2011年8月18日因游机与伺服机构连接失效造成二级失稳及长征二号E有争议的2 次)。
长二丙系列共有5个子型号。。
(1)长二丙(基本型CZ-2C)
高约33米,箭体与整流罩直径均为3.35米,整流罩长7.8米,起飞质量192.2吨,近地轨道运力为2.4吨。
一级发动机为YF-21A,燃料为四氧化二氮和偏二甲肼,海平面推力284吨,比冲251s。
二级发动机为YF-24E,燃料为四氧化二氮和偏二甲肼。其中1台主机为YF-22E,真空推力75.35吨,比冲296秒;4台游机为YF-23C,真空总推力4.8吨,比冲289秒。
自1982年9月9日首次成功发射发射,长二丙基本型累计14次发射,成功率100%,目前基本型已退役。
(2)长二丙/SD(CZ-2C/SD)
为发射摩托罗拉公司的铱星,通过改进长征二号丙基本型而成,增加上面级并联双星智能分配器SD。高约38米,最大直径3.35米,整流罩高8.4米,直径2.9米,起飞质量233吨,600公里极地圆轨道运力1.5吨。
一级发动机为YF-21B,燃料为四氧化二氮和偏二甲肼,海平面推力302吨。
二级发动机为YF-24E,燃料为四氧化二氮和偏二甲肼。其中1台主机为YF-22E,真空推力75.7吨,比冲296秒;4台游机为YF-23C,真空总推力4.8吨,比冲289秒。
一、二级为液体发动机,同长征二号丙一、二级发动机。
上面级采用固体发动机,燃料为HTPB,到达近地点175-210公里,远地点目标轨道高度时于远地点点火变轨。
自1997年9月1开始,连续7次成功将2颗模拟星和12颗铱星送入预定轨道。
(3)长征二号丙/CTS(CZ-2C/CTS)
保留长征二号丙/SD一、二级,将智能双星分配器的上面级改成较大的固体火箭而形成。一、二级发动机同长征二号丙/SD,上面级固体发动机燃料为HTPB,推力1.1吨。发射近地轨道状态,高约35米;发射地球同步转移轨道状态,高约38米,可发射低地球轨道、椭圆地球轨道、太阳同步轨道及地球同步转移轨道的载荷。近地轨道运力3.6吨。
(4)长征二号丙/SM(CZ-2C/SM)
保留长征二号丙/SD一、二级,将智能双星分配器上面级改为改进版的固体火箭上面级而形成,一、二级发动机同长征二号丙/SD,上面级固体发动机燃料为HTPB,高度约40米,用于发射高轨卫星,地球同步轨道运力达1.25吨,2003年首次发射。
(5)长二丙/SMA(CZ-2C/SMA) 保留长征二号丙/SD一、二级,将其智能双星分配器上面级改为改进版的串联多星智能分配器——三轴稳定上面级。 一、二级发动机同长征二号丙/SD液体发动机。上面级为固体发动机,燃料为HTPB。主要用于发射太阳同步轨道卫星。
高度约40米,一、二子级直径3.35米,卫星整流罩最大直径3.35米,起飞质量245吨,700千米太阳同步轨道运载能力达到2.1吨。2008年9月6日首次发射成功把环境1A/1B双星送入预定轨道。
长征二号丙基本型已经退役,长征二号丙改系列目前仍在服役,经过各批次的不断改进,目前长二丙改系列近地轨道运力达到4吨。
五、长征二号丁(CZ-2D)
两级液体运载火箭,可安装上面级,高40.6米,起飞质量251吨,一二级直径3.35米,整流罩直径2.9米、3.35米、3.8米多种尺寸,近地轨道运力3.1吨(随着技术的进步逐渐发展到4吨),700公里太阳同步轨道运力1.3吨。燃料为四氧化二氮和偏二甲肼。
一级发动机为YF-21B,海平面推力300吨。
二级发动机为YF-24B,其中1台主机为YF-22B,真空推力75.7吨;4台游机为YF-23F,真空总推力4.8吨。
长征二号丁是长征二号系列比较另类的一个子型号,它不是直接基于长征二号系列改进,而是由长征四号甲去掉三级并延长二级燃料箱,增加燃料,增大推力改装而来,近地轨道运力超过早期型号的长征二号丙,但经历了多年发展,运力都逐渐达到4吨左右。
截止2022年1月20日,长二丁累计发射57次,仅两次部分失败(2022年预计长二丁发射量会达到创纪录的17次,年度单一型号发射量最多)。长征二号丁运载火箭被评为“金牌火箭”的称号。
六、长征二号E(CZ-2E长二捆)
高49.7米,一、二子级直径3.35米,每个液体助推器长为15.4米,直径2.25米,卫星整流罩长10.448米,最大直径4.2米,起飞质量464吨。
长二捆火箭的研制成功,标志着我国掌握了助推器捆绑和横向分离技术、力学环境预测和控制技术等新技术,为后来发展更先进的运载火箭和实施载人航天工程奠定了坚实的基础。
有2个子型号
(一)长征二号E(基本型CZ-2E)
20世纪80年代末仅用一年半的时间研制,用于面向国际商业发射市场的卫星发射服务。主要用于发射近地轨道载荷,运力9.2吨。
1、芯级
通过将长征二号火箭一二级分别延长,通过拉长燃料箱来增加燃料而形成。
2、助推器
捆绑四个助推器,发动机为YF-20液体发动机,燃料为四氧化二氮和偏二甲肼。
(二)长征二号E/ETS(CZ-2E/ETS)
在长征二号E的二级上安装一个三轴稳定变轨上面级-ETS(ETS上面级长1.5米,直径0.99米,质量940千克,固体发动机燃料为HTPB)而形成,主要发射中高轨道载荷,地球同步轨道运力3吨。
长征二号E/ETS发射记录
(1)1990年7月16日,首次发射,成功将澳星模拟星/ 巴基斯坦卫星送入预定轨道。
(2)1992年8月14日,成功将休斯公司为澳大利亚制造的“澳星B1”送入预定轨道(曾于1992年3月22日,点火7秒后因故障紧急关机而发射终止)。
(3)1992年12月21日,发射澳星B2过程中,47秒时卫星突然爆炸将整流罩炸开脱落。而在剧烈震动、重量突然减轻的情况下,长征二号E自动调整姿态后仍将该星爆炸后的剩余部分送入预定轨道。
(4)1994年8月28日,将澳星-B3准确送入预定轨道。
(5)1995年1月26日,发射美国休斯公司研制的亚太二号通信卫星过程中,50秒时发生爆炸,造成星箭全部损失。
(与92年类似,升空约50秒卫星爆炸。原因是火箭此时即将跨越声速,阻力剧增,振动加剧。美国公司出于技术保密原因,拒绝向中国提供卫星结构特性数据,因此火箭专家无法进行振动耦合分析。当受迫振动频率达到卫星固有频率时,致使卫星燃料泄露而爆炸。)
(6)1995年11月,长二捆火箭成功发射洛克希德马丁公司制造的亚洲二号通信卫星。
(7)1995年12月28日,长二捆成功将美国艾科斯达一号通信卫星(回声一号)送入预定轨道。
长征二号E未单独发射过,所有发射都是携带近地点发动机上面级组成长征二号E/EPKM发射。
自1990年首次发射至1995年底退役,一共发射了7次,成功5次,失败2次(准确来说,这两次失败不该算在长征二号E上,是因为美国不提供卫星结构数据而导致共振使卫星爆炸)。
七、长征二号F(CZ-2F)
1999年11月20日,长征二号F首飞成功,将我国第一艘无人飞船神舟一号送入太空。
2003年10月15日,长征二号F运载火箭成功发射神舟五号载人飞船,将我国第一位航天员杨利伟送入太空,圆了中华民族千年的飞天梦,使我国成为世界上第三个独立掌握载人航天技术的国家。
(一)长征二号F(基本型)
在长征二号E捆绑式运载火箭的基础上修改整流罩,增加逃逸塔,加长助推器,增加助推器尾翼,提高可靠性和安全性设计,而发展出的“神箭”长征二号F运载火箭。
1、长征二号F基本参数
高58.34米,一、二子级直径3.35米,助推器直径2.25米,整流罩最大直径3.8米,起飞质量479.8吨,近地点200千米、远地点350千米、倾角42°的近地轨道运力8.4吨。
由四个液体助推器、芯一级、芯二级、整流罩和逃逸塔组成,燃料为四氧化二氮和偏二甲肼,一级燃料186.6吨,二级推燃料84.8吨,助推器燃料41.5吨。
2、长征二号F的两种状态
发射载人飞船状态和发射目标飞行器状态。其中载人飞船状态与长征家族其它各型运载火箭的最大区别是,载人飞船状态顶部有8米高的逃逸塔。
长征二号F基本型自1999年至2008年发射神舟七号,共发射7次,全部成功,已退役。
(二)长征二号F改(CZ-2F/G)
在长征二号F基础上,将助推器燃料箱顶部椭球顶改为锥形顶以增大容积,改用双激光惯组主从冗余,并增加近地轨道运力而形成。
起飞质量约493吨,发射载人飞船的型号(Y型)高58.34米,整流罩直径3.8米;发射目标飞行器或空间实验室的型号(无逃逸塔,T1型)高52米,整流罩直径4.2米。近地点200千米、远地点350千米、倾角42°的近地轨道运力8.8吨。
截至2021年10月16日,长征二号F改共发射9次,发射成功率100%,分别为6艘载人飞船、2个空间实验室和1个太过先进不便展示的可重复使用实验航天器。
(三)另一衍生型号长征二号F换(CZ-2F/H)——长征七号
在长征二号F主体构型的基础上,通过全面更换发动机和大量采用新技术,从而衍生出了长征家族又一个系列——长征七号新一代运载飞船。长征二号F/换型号因此也在长征二号系列中除名。