北斗“专列”——长三甲系列运载火箭

钱 航 /文

被誉为北斗“专列”的长三甲

从2007 年发射首颗北斗卫星起，13 年间，“金牌火箭”长三甲系列运载火箭将所有北斗卫星送入预定轨道，发射成功率100%。可以说长三甲系列火箭伴随了北斗系统建设发展的每一步，是名副其实的北斗“专列”。

之所以能够成为北斗“专列”，是因为长三甲系列火箭在最初的构造总体规划及总体技术方案中就具备了良好的前瞻性、全局性和适应性。在研制初期，长三甲系列火箭研制队伍将长三甲、长三乙、长三丙作为一组系列火箭进行模块化、组合化与整体化优化设计，确定了以长三甲火箭为基本型的发展模式。

长三甲火箭是在长征三号火箭的基础上采用重新设计第三级形成的大型三级低温液体火箭，全长52.52 米，一、二子级直径3.35 米，三子级直径3.0 米，地球同步转移轨道（GTO）运载能力达到2600 公斤。在长三甲火箭的芯一级捆绑4 个2.25 米的助推器就派生出了长三乙火箭，它全长54.838 米，GTO 运载能力可达到5200 公斤，运载能力仅低于俄罗斯的质子号，当时位居世界第二位。

在长三甲火箭的基础上捆绑2 个2.25 米助推器，又组合成长三丙火箭，GTO 运载能力可达到3800公斤。

从左至右依次是长三甲、长三乙、长三丙

长三甲系列火箭的发展模式是按照当初提出的“上改下捆、先改后捆”的技术途径实施的，体现了模块化、组合化与整体优化等先进设计理念。这一发展思路对长三甲及其发展型火箭的形成和大型火箭的发展规划起到了重要的指导作用。长三甲系列火箭共同构成了当时我国很长时间内高轨道运载能力最大、适应性最强的运载火箭系列，其运载能力可以覆盖世界绝大多数应用卫星的质量，不仅显著地增强了我国火箭在国际商业卫星发射服务市场上的竞争能力，也为我国未来航天事业的发展创造了良好条件。长三甲系列火箭运载入轨精度高、适应能力强，其发射卫星的入轨精度与阿里安、宇宙神等世界上的名牌火箭相当，达到20 世纪末及21 世纪初世界一流水平。2019 年4 月，长三甲系列火箭成功迎来第100 次发射，成为中国航天第一个发射总数过百的系列火箭。

长三甲系列火箭既可以一箭单星，也可以一箭多星发射；既可以用于标准地球同步转移轨道发射，也可以用于超同步转移轨道或低倾角同步转移轨道发射及深空探测器发射，还可以在飞行过程中实现侧向机动变轨、多次起旋、消旋、定向等，从而满足卫星用户多种不同使用要求。

不断进步的长三乙

增加液位点，提高火箭对任务的适应性。

2020 年3 月9 日19 时55 分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射北斗系统第54 颗导航卫星

长征三号乙运载火箭是长三甲系列火箭中运载能力最大的一型火箭。该系列火箭的助推器、一子级、二子级均采用四氧化二氮+偏二甲肼的常规推进剂组合，而第三子级采用液氧+液氢的低温推进剂组合。对于液体火箭而言，液态推进剂存在易挥发、腐蚀等风险，因此在临发射之前加注完成后，必须在一定时间内发射出去。以常温推进剂四氧化二氮和偏二甲肼为例，它们加注后存储周期是7 天左右；而低温推进剂液氢、液氧，它们的存储周期则只有1 天。

对于长三乙火箭发射，低温燃料加注预计会在发射前7 小时开始，发射前4 分半时完成。长三乙利用液氢和液氧燃烧做功，涉及困难很多。极低温的液氢和液氧，必须在临近发射前才能加注进火箭，多提早几分钟也会有影响，因此卫星的发射窗口是一个挑战。自长三乙火箭实行“去任务化”设计以来，该火箭有个特殊“技能”：增加了液氧低温加注液位点，对地面加注软件进行了适应性改进，并统一了液位点的编号。由于火箭执行不同任务时，所需的推进剂加注量也不同，而推进剂加注量的多少要通过液位点的传感器来检测。增加一个液位点，就可以使火箭推进剂加注量更加灵活，满足不同的任务需求，提高火箭对任务的适应性。

采用数据自动判读系统和图像识别技术，提高测试判读的精度和可靠性。

虽然是劳模火箭，执行最新任务的长三乙火箭却一直在创新，在发射场测试环节，验证性地采用了基于人工智能算法的数据自动判读系统和图像识别技术，提高了测试判读的精度和可靠性。

过去，测试人员人工目视测试过程，再结合测试数据，判断箭上设备状态是否正常。采用基于人工智能算法的数据自动判读系统后，系统可以直接生成判读结果，减少人为出错的可能性，提高判读的准确性。此外，该系统还能自动存储判读结果，方便后续追溯。火箭发射前的各项测试中，要使用大量的机械类指针式仪表，以前，测试人员人工读取仪表，不仅存在人为读错的可能性，而且对于仪表指针数值的变化，也只能依靠语言来描述。采用图像识别技术后，可以记录指针变化过程，并进行判断分析处理，这些数据将作为后续排故时的重要支撑。

2020 年6 月23 日9 时43 分，在西昌卫星发射中心，第55颗北斗导航卫星成功发射，这是我国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星

为了保证火箭万无一失，测试过程中，在使用这两项新技术的同时，也依然采用了传统的测试方法。后续这两项技术将在型号中推广使用。

去任务化设计让火箭技术状态更加稳定，加上新技术的不断应用，这些都将助力长三甲系列火箭进一步提高可靠性，在高强密度发射形势下，屡创佳绩，再铸辉煌。