“长征”三号甲系列火箭发展历史与成就

贾大玲、金志强 /北京宇航系统工程研究所

“长征”三号甲系列运载火箭自1986 年开始研制至今，经过8 年研制、25 年飞行，目前已成为我国现役的高轨主力运载火箭，在承担我国各重大工程任务中表现卓越，在构建高轨空间基础设施、实施深空探测、驰骋国际商业发射市场等领域发挥着“擎天柱”的作用，2018 年更是突破年发射量14 发的国内最高纪录，并全部取得圆满成功。

“长征”三号甲系列火箭是由中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院抓总研制的高轨三级液体系列运载火箭，分别由“长征”三号甲、“长征”三号乙、“长征”三号丙3 种火箭组成。“长征”三号甲系列火箭是在我国第一枚采用液氢液氧发动机的高轨道运载火箭——“长征”三号的基础上发展演变而来的，在设计过程中贯彻了“系列化、组合化、通用化”的设计思想，具有良好的继承性和通用性。其中，“长征”三号甲火箭继承了“长征”三号火箭的成熟技术，采用了新设计的液氢液氧第三级；“长征”三号乙火箭是将“长征”三号甲火箭作为芯级，对芯级进行级间比优化并在一子级捆绑4 个液体助推器构成；“长征”三号丙火箭是将“长征”三号甲火箭作为芯级，对芯级进行级间比优化并在一子级捆绑2 个液体助推器构成。

自1994 年2 月8 日“长征”三号甲火箭成功首飞至今，“长征”三号甲系列火箭用25 年时间完成了超百次发射，开创了中国运载火箭单一系列型号发射破百的先河，并以其高成功率、高可靠性、高密度发射能力在世界航天界拥有极好的口碑和知名度。多年来，在航天精神的指引下，“长征”三号甲系列型号队伍披荆斩棘、不断创新、提升能力，在航天运输领域里获得诸多科技创新及管理创新的成就，圆满完成以嫦娥工程、北斗工程为代表的国家重大工程任务，为新中国辉煌70 年的伟大成就增光添彩。

一、传承经典，金牌火箭家族应运而生

1984 年4 月8 日，在“长征”三号火箭首次发射成功之时，中国运载火箭技术研究院的工程技术人员就开始酝酿新型火箭的技术发展途径与设计方案，并于1985 年初提出了在“长征”三号的基础上“上改下捆、先改后捆、分步实施”的发展思路。其中，“上改”就是对“长征”三号的第三级火箭进行重新设计；“下捆”就是在一级火箭的四周捆绑若干个液体助推火箭；“先改后捆”就是先研制经过重新设计的芯级（即中心级）火箭，然后研制以其为基础的捆绑型火箭。1986 年2 月28 日，航天工业部向国务院上报了《关于加速发展航天技术的报告》， 3 月31 日国务院以国发（1986）41 号文件批准了这一报告，自此，“长征”三号甲火箭研制工作的帷幕正式拉开。经过8 年艰苦鏖战，型号队伍攻克了以新型液氢液氧发动机、四轴小型惯性平台、低温氢气能源双向摇摆伺服机构和高压低温氦气增压系统为代表的40 多项重大新技术，并于1994 年2 月8 日在西昌发射场将DFH-3 通信卫星与“夸父”一号（KF-1）模拟卫星先后送入预定轨道，首次飞行试验获得了圆满成功。

“长征”三号甲火箭诞生之时，恰逢国家正处于改革开放之初，面对当时世界卫星发射服务市场上出现的发射能力严重不足、用户排队等待发射卫星的机遇，国家作出了将运载火箭投入国际商业卫星发射服务市场的部署。为此，研究院紧紧抓住这一难得的机遇，在中国长城工业公司等单位共同努力下，瞄准国外主力卫星平台的运载力需求，充分利用前期的研制基础，迅速将“长征”三号甲火箭的发展衍生型——“长征”三号乙和“长征”三号丙推向国际市场。1991 年7 月，在国际通讯卫星组织进行的新一轮卫星发射服务招标中，研究院以论证中的“长征”三号乙进行了投标，最终在1992 年4 月24 日正式签订发射服务合同，并在随后不到一年的时间内共签订了4 个用“长征”三号乙、“长征”三号丙发射美国、欧洲卫星的合同，从而快速牵引了这2 个新型运载火箭分别于1993 年2 月 和1994 年4 月的立项研制，“长征”三号甲型号队伍创造了“拿着草图签合同，拿着合同找贷款，拿着贷款造火箭”的业界奇迹。

“长征”三号甲系列火箭从设计之初就秉承着“三化”设计理念，从设计上尽可能保证火箭的可靠性、经济性及研制工作的快捷性，倡导并坚持实施“一品多试”“一试多效”的原则，率先推进运载火箭的产业化发展。经过多年的研制发展和统型工作，“长征”三号甲系列目前拥有“长征”三号甲、“长征”三号乙/改进Ⅱ型、“长征”三号丙/改进Ⅱ型、“长征”三号乙/G3 改进Ⅲ型、“长征”三号乙/“远征”一号、“长征”三号丙/“远征”一号、“长征”三号乙/改进Ⅴ型（预计2020 年首飞）7 种主力构型，标准地球同步转移轨道(GTO)运载能力覆盖2.6～5.5 吨，主要用于地球同步转移轨道（GTO）卫星的发射任务，也可根据用户需求将卫星送入中圆转移轨道（MTO）、倾斜同步转移轨道（IGTO）、地月转移轨道（LTO）和太阳同步轨道（SSO）等，还可根据任务要求与“远征”一号上面级组合，将卫星直接送入任务轨道。

1998 年，“长征”三号甲、“长征”三号乙火箭获得国家科技进步特等奖。2007 年6 月15 日，“长征”三号甲火箭被中国航天科技集团公司授予“金牌火箭”的荣誉称号。

二、凤凰涅槃，质量可靠奠定成功之路

发展之路从来都不是一帆风顺的，正当“长征”三号甲型号队伍经过4 年的艰苦攻关，终于在1996 年2 月15 日让“长征”三号乙遥一火箭伫立在发射台上，托举InterSat-708 卫星准备履约第一份商业发射合同之时，由于一颗小小的元器件失效，导致火箭起飞后约2 秒出现飞行姿态异常，在约22 秒后火箭触地爆炸，星箭俱毁，几年的心血瞬间化为乌有，型号队伍承受着空前的压力和失败的痛苦。

然而，航天人是永不言败的，面对失利痛定思痛，型号队伍在日以继夜后完成火箭故障分析工作，完成了12 类、122 项试验，提出了44 项、256 条改进措施，并在此基础上深入反思型号在产品设计、生产、制造过程中存在的质量管控不到位等问题，其中包括一系列强化型号质量管理、落实责任制的创新举措，并在随后多年的型号质量管理历程中不断完善与充实，形成了一套行之有效的、基于运载火箭研制生产特点的质量管理体系与方法，不仅全面提升了型号质量管控能力，成为了航天质量管理的法宝，还对其他型号产生了深远的影响和借鉴意义。

“长征”三号乙火箭首飞失利后，产品可靠性问题引起了各级领导的高度重视，1997 年，时任航天工业总公司副总经理的白拜尔提出要实施“生命工程”以提高“长征”三号甲系列火箭的可靠性，主要从“控制系统实现系统级冗余”和“进一步提高三级动力系统可靠性”这2 个方面开展研制工作。在“九五”可靠性增长工程项目中，型号队伍专门开展了电子元器件可靠性增长研究工作，重点解决了氢氧发动机结构改进，火箭可靠性增长工作初见成效。“十五”期间，着力提高了平台、伺服机构、冷氦压力调节器等一批关键单机及三级发动机部分组件的可靠性，实现了平台—激光惯组主从冗余，消除了平台单点失效故障模式，并实现了三级发动机校准试车后不分解交付，满足了组批生产可靠性要求。从“十一五”至今，火箭进入组批生产、高密度发射阶段，可靠性工作要求和实施力度进一步加大，型号围绕火箭总体、箭体结构、控制、动力、推进剂利用以及地面发射支持等系统，针对设计、工艺及测试3 个重点环节全面开展了整箭级可靠性增长工作。在总装备部、国防科工局、航天科技集团的指导下，通过火箭可靠性增长工程、“北斗”卫星工程可靠性专项、探月工程及院级型号可靠性等项目的实施，火箭比较突出的可靠性薄弱环节被逐一突破，型号可靠性工作成为“长征”三号甲系列运载火箭研制发展的基石，尤其对火箭组批生产和高密度发射的成功发挥了至关重要的作用。

通过20 多年持续的质量工作和可靠性增长设计，“长征”三号甲系列火箭的质量飞行可靠性达到0.95（置信度0.7），发射成功率达98%，位居世界火箭家族的前列。

三、技术创新，匠心独运铸造百战金甲

创新，是“长征”三号甲系列火箭融入在血液里、铭刻在灵魂中的特质。“长征”三号型号队伍始终以任务为导向、以圆满成功为目标，勇于创新，精于创新，始终践行“第一次把事情做对”的理念，在多年的研制发展过程中不断创新、不断完善，打造心目中日臻完美的金牌火箭。在20多年来“长征”三号甲系列火箭的研制发射历程中，型号队伍立足自身、瞄准前沿、超前布局，始终坚持开展专项研制工作，解决技术难题，完善技术基础，以技术创新作为推手，不断实现型号的自我完善和能力拓展。

在总体技术方面，型号队伍在设计之初创新性地提出研制YF-75 低温发动机、研制3m 直径的三级火箭并采用捆绑技术，一举占领运载火箭技术和能力的制高点，奠定了“长征”三号甲在国内中高轨卫星发射领域里数十年无可匹敌的技术基础；创新性地提出“平台/激光惯组主从冗余+速率陀螺冗余+三冗余箭机+三冗余程配+卫星导航”的系统级冗余方案，首次采用起飞滚转定向技术和高空风双向补偿技术等，突破了冷氦增压系统冗余技术，大大提高了整箭的飞行可靠性和适应性。针对不同任务的发射需求，型号创新性地开展地月轨道、中圆轨道任务的研制工作，开展了多种星箭接口研制，突破了“零窗口”发射技术、“多窗口”发射技术在国内首次开展了支持高轨道航天器直接入轨的上面级总体技术，带动了多次启动高比冲液体发动机、高强度无焊缝一体成型贮箱壳体、点式分离装置降冲击设计等多项关键技术创新并获得工程化应用，在运载领域首次实现在轨飞行器的空间环境热防护及推进剂管理技术等，极大地拓展了“长征”三号甲系列型号的任务适应能力，有力地保障了以探月工程、北斗组网任务为代表的国家重大工程、高轨通信、气象卫星、商业发射等任务的圆满完成。

在测控技术方面，型号首次采用了运载火箭天基测量技术和5M 码速率传输技术，大大提高了火箭对任务的适应能力；国内首次采用了低温运载火箭图像传输技术，推进了低温运载火箭发射及飞行过程的可视化；国内首次采用了运载火箭无线传感网络技术，在箭上构建无线数据敏感及获取子系统，提供了更为灵活的信息获取技术手段，为解决箭上传感器网络重量大、结构复杂、安装空间拥挤的问题提供了先进的技术途径。

在地面测控发射技术方面，型号研制了远距离测试发射控制系统，代替了早期火箭的近控模式，极大提高了测试人员的安全性。近年来，型号开展了提高发射前人员安全性的专题研究，从技术改进与流程优化2 个方面入手，大幅减少低温加注阶段及发射阶段的前端测试人员及工时，并遵循分步实施、尽快落实的原则，进一步加强了低温加注及发射阶段的人员安全性。

针对“长征”三号甲系列火箭高密度发射带来的落区安全控制方面，型号创新性地开展了火箭伞降落区控制技术研究，通过在助推器头锥内安装伞控系统，缩小助推器再入过程的落区范围，减少对落区人员安全、财产安全的影响，同时也为其他火箭分离体可控回收提供了一种技术途径。

四、管理变革，攻克高强密度发射高峰

“长征”三号甲系列火箭从1994 年2 月8 日首飞到2012 年3 月31 日完成第一个50 次发射，一共用了18 年时间，而到2019年4 月完成第二个50 次发射，仅用了7 年时间。纵观“长征”三号甲系列火箭的发射记录（见图1）可以看出：型号经历了三轮高密度发射，发射强度和持续时间都不断上升，尤其是2015年以来，高密度发射呈现常态化趋势，对火箭生产、总装、总测及发射各环节的质量、效率及科学衔接都提出了更高的要求。

图1 “长征”三号甲系列火箭年度发射次数一览表

自2006 年起进入第一轮高密度发射阶段，型号就在考虑采用新的管理思路来应对新的任务形势，采取柔性作业的运载火箭批生产管理模式组织研制生产，即“原材料和元器件按成批采购，部分通用单机和零、部（组）件组批生产、组批验收、按发次交付，系统综合试验、火箭总装和出厂测试按任务和发次管理，多发滚动交付发射”的模式，通过严抓质量控制关键点、批量化研制生产、短板资源统筹协调等具体措施，打破国内运载火箭单发定制的固有模式，火箭生产效率获得显著提高，为随后近10 年的科研生产任务的顺利实施及两轮高密度发射任务的圆满完成发挥了重要作用。

2015 年，“长征”三号甲系列运载火箭进入了第三轮高密度发射时期，出现了高强密度常态化下多型号并举、多任务并行、资源高度紧张的新形势。在此背景下，型号队伍继续在管理创新上挖潜力，转换管理思维，创新性地提出运载火箭项目群多任务并行出厂发射的全新管理模式，通过双工位交叉并行综合试验、总装和出厂测试、出厂质量评审流程优化、两发火箭同时出厂运输、多任务交叉并行测试发射、合理优化发射场测试发射流程、发射队岗位精简及测试队伍动态管理等措施，在国内首次实现一支队伍在发射场同时开展2 发火箭的测发工作，达到2 发火箭“同时出厂、同时运输、同时测试、交替发射”的目标，有效缩短了2 发火箭的发射间隔。

针对传统运载火箭研制生产模式适应任务调整变化能力差的特点，经过深入分析论证，选择从技术创新和管理创新2 个方面入手，首次提出了运载火箭去任务化研制生产管理模式，并分步组织实施，确定了“运载火箭构型统一，系统技术状态固化；通用产品批量投产，特殊产品定制生产；火箭投产明确发次，总装绑定任务属性”的工作思路和实施路线，经大部段、单机试点并逐步推广到系统级、整箭级产品与任务发次代号脱钩，在提升运载火箭研制批生产效率的同时，大大加强火箭对任务调整的适应能力，最终在2018年实现4 发火箭整箭去任务化，为连续圆满完成高强密度发射攻坚战、并在2018 年圆满完成14 发运载火箭发射的新纪录奠定了坚实的基础。

五、潜心奉献，优秀队伍积淀优秀文化

回顾30 多年的研制历程，“长征”三号甲系列型号队伍通过锐意进取、不断探索创新，积累了丰富的型号研制技术与管理经验，建立了具有鲜明特点的研制生产组织管理模式和流程，培养了一支自主创新、求真务实、能打硬仗的队伍，形成了金牌火箭队伍特有的气质和“勇担重任、敢于创新、务实高效、追求卓越”的优秀型号文化。

优秀的队伍积淀优秀的文化，优秀的文化同时又反哺、凝聚优秀的队伍。“长征”三号甲系列型号队伍就是一支在进取中磨练、在磨练中成长、在成长中自强的优秀队伍，他们身上既传承了长征精神的红色基因，又承载着航天特色的蓝色基因，既可以脚踏实地悉心钻研“一次把事情做对”的精义，也可以勇于担当托起蔚蓝星空中国人的航天梦想。

回顾历史，“长征”三号甲系列火箭自研制起至今33 年、自首飞起至今25 年，我们站在巨人的肩膀上，一路披荆斩棘、奋发图强、不断创新、砥砺前行，创造了中国最高产、最可靠、任务适应能力最强的金牌火箭；一路走来，我们建立了最务实高效的运载火箭生产发射组织管理体系，拥有最丰富的低温运载火箭技术和经验储备，用高质量、高可靠性的百次发射助力航天梦、强国梦，致敬祖国七十华章；展望未来，我们有充足的信心和百倍的勇气，让“长征”三号甲系列火箭在世界宇航领域中持续焕发绚丽多彩的生命之光！

未来已来，前路何惧，百次发射，征程才启。

凡此过往，皆为序章，征途豪迈，迈步从常！