[科普中国]-长征四号运载火箭

1988年7月，中国首次投入使用的长征四号运载火箭，成功地将我国第一颗风云一号试验气象卫星送入了太阳同步轨道。长征四号运载火箭研制成功，使中国长征系列运载火箭的工作范围扩大到了能覆盖包括太阳同步轨道的全部地球轨道。1

1990年9月3日，第二发长征四号运载火箭在发射窗口的前沿准时发射，把我国第二颗风云一号气象卫星和搭载的两颗用于探测高空大气物理参数的大气一号气球卫星精确送入了预定的太阳同步轨道。卫星轨道要求是：半长轴为7273.096公里，偏心率0.95x10^(-4)，轨道倾角98.9 度。实际发射的轨道是：半长轴为7274.165 公里，偏心率0.3x10^(-4)，轨道倾角98.955度。入轨精度非常高。1

长征四号运载火箭是在改进长征三号运载火箭一、二级的基础上、新研制第三级而发展起来的，火箭各级全部使用四氧化二氮和偏二甲阱常温推进剂，技术上成熟，且具有较好的继承性。它的二级火箭与长征三号火箭的二级完全相同，而一级火箭的推进剂贮箱比长征三号加长了4米，增加了40吨推进剂，第一级四台发动机的地面总推力由2746千牛增大到2942千牛。

在继承长征三号成熟技术的基础上，长征四号运载火箭在新研制的第三级上采用了不少先进的技术措施。

采用数字式姿态控制系统。数字式控制系统是以数字式网络、数字式调零方案和双向伺服机构等新技术组成的。数字式网络的精度高，抗干扰能力强，应变性能好。数字式调零方案，与机电式调零装置比较，调零精度提高了一倍，增加了火箭起飞的可靠性。双向摇摆伺服机构，用一个液压能源带动两个作动器，使重量功率比达到了先进水平。

三级发动机由两台独立工作的单机并联组成，可双向摇摆是我国首次研制的高性能常温推进剂上面级发动机，单台推力49千牛，比冲2971米/秒，每台允许沿相互垂直的两个方向摆动，最大摆角为4.5度，可以在真空中两次启动。三级发动机采用辐射冷却的铌合金喷管延伸段，比冲和推力重量比居于我国常温推进剂发动机的榜首，达到了国际先进水平。

三级推进系统采用了全程定压力值氦气增压和主、副增压管路方案。整个系统的质量轻，可靠性高。三级火箭贮箱采用高强度铝单层薄壁共底结构，前箱为燃料箱，后箱为氧化剂箱，共底凸面朝向燃料箱。姿控发动机系统采用表面张力贮箱，使用无水肼为推进剂，用于发动机关机后的人轨速度修正和滑行时的姿态控制。其特点是与各种推进剂相容性好，可以长期、重复使用。

继承已有的技术成果，采用经地面反复验证的先进技术，保证了长征四号运载火箭的优良性能。这已在长征四号运载火箭两次成功发射气象卫星、卫星精确入轨中得到了验证。1

长征四号甲运载火箭(CZ-4A)

我国发射第一颗气象卫星的运载火箭，它是在风暴一号基础上增加第三级发动机而成。

火箭全长41.901米，芯级最大直径3.35米，起飞质量248.9吨，起飞推力约300吨。运载能力为太阳同步轨道时1500千克。

1988年9月7日首次发射，成功地将我国第一颗气象卫星风云一号送入太阳同步轨道。随后又将第二颗风云一号气象卫星发射进入轨道。总共进行两次发射，全部成功。2

长征四号乙运载火箭(CZ-4B)

我国在长征四号甲基础上研制的一种运载能力更大的三级液体运载火箭。

火箭全长45.576米，芯级最大直径3.35米，运载能力在太阳同步轨道为1900千克。长征四号乙主要用于发射太阳同步轨道的对地观察应用卫星，1999年5月10日，长征四号乙火箭首次发射，成功地将“风云一号C”和“实践五号”卫星准确送入轨道；截止2013年，长征四号乙火箭共发射2次，将28颗国内外卫星送入预定轨道。其中我国和巴西合作的地球资源卫星均由该火箭发射。23

长征四号丙运载火箭(CZ-4C)

是由中国航天科技集团公司第八研究院抓总研制的常温液体推进剂三级运载火箭，是在长征四号乙（CZ-4B）基础上，增加了三子级二次启动能力，主要用于发射太阳同步轨道卫星。

火箭全长48米，一、二级直径为3.35米，三级直径为2.9米，起飞质量250吨，太阳同步转移轨道运载能力2.8吨（800千米）。4

首发改进型运载火箭于2006年4月27日在太原卫星发射中心成功发射，将我国首颗遥感卫星准确送入预定轨道，并实现了首发火箭发射场测试零故障。5

长征四号运载火箭有着较广泛的用途，适用于发射太阳同步轨道和极地轨道的有效载荷，也可以承担地球同步转移轨道有效载荷的发射任务，在我国各个发射中心均可发射。

在现有状态下，它的低地轨道（近地点高度为200公里，远地点高度为40公里）运载能力达4520公斤，901 公里高的太阳同步轨道运载能力达1650公斤，地球同步转移轨道运载能力达1250公斤。目前，长征四号运载火箭是中国长征系列运载火箭中用于发射太阳同步轨道和极低轨道各种应用卫星的主要运载工具。

从运载能力上看，现有的长征四号运载火箭还留有不少余地，稍加改进，运载能力还可以进一步提高。

为扩大适用范围，长征四号运载火箭具有两种不同直径的卫星整流罩，可适应不同质量和尺寸的有效载荷。

长征四号运载火箭还具有发射一箭多星的技术装置，用一枚运载火箭发射多颗卫星，关键是星箭分离技术的稳妥可靠。实际上，我国早在80年代初已掌握了一箭多星技术。1981年9月，我国曾用风暴一号运载火箭成功发射了一组三颗空间物理探测卫星。1990年9月，长征四号运载火箭第二次成功发射气象卫星时搭载了两颗大气一号气球卫星，这是利用三级发动机舱的有效空间，设置另一种分离装置实现的。1

中国长征系列运载火箭都具有可靠性高的特点。长征二号运载火箭12次成功发射返回式科学试验卫星。长征三号运载火箭6次成功发射地球同步轨道通信卫星。长征四号运载火箭2次成功发射气象卫星，2次均获得成功。成功率都达到了先进水平。这些都是为国内外用户提供商业服务的良好的运载火箭。1

长征四号运载火箭具有较高的可靠性，主要通过火箭设计方案的一系列可靠性保障措施实现的，也就是在整个研制过程中，按可靠性工程要求进行设计、试验、生产和管理。

在火箭总体设计方案和分系统设计方案的选择上，可靠性是一项重要取舍条件。长征四号运载火箭及其分系统都规定有明确的可靠性指标，火箭各级全都采用常温推进剂，就是充分考虑了这类运载火箭技术上成熟，容易达到较高可靠性的优点。在火箭的分系统中，根据可靠性要求，其控制系统采用了先进的数字控制技术，应用了工作安全可靠的双向伺服机构；动力系统研制了比冲高、质量轻，具有较高可靠性的上面级发动机，应用了发动机在失重条件下可靠点火、多次启动技术；遥测系统采用脉冲编码幅度调制；外测系统研制了小型化的箭上连续波应答机等。分系统方案按可靠性要求作正确选择以及一些相关技术的突破，保证了长征四号运载火箭具有较高的系统可靠性。1

当然，长征四号运载火箭的可靠性还必须通过研制过程得到保障，而这种保障则是由《长征四号可靠性保障大纲》等一系列管理法规为指导，以各种可靠性增长试验，可靠性设计评审与评估，以及严格的质量管理来实现的。例如，长征四号运载火箭的大直径卫星整流罩，尽管采用技术成熟的弹射筒分离方案，但为了保证可靠性，在地面曾进行了多次分离试验。

长征四号运载火箭在研制全过程的质量管理中，着重采用预防为主的管理方法，从上到下，由设计师、质量部门组成研制、生产、试验全过程的质量保证体系，建立了分级分阶段的设计质量、工艺质量和产品质量评审制度，以及可靠性设计评审与评估制度。在地面试验中，做到严格、充分、可靠，对新技术、新设计的产品是这样，对继承性强的产品也是这样。在产品研制出现故障时，坚持做到现象不清不放过、原因不明不放过、措施不落实不放过。在火箭发射前，还有一套严格的质量复查制度。这一系列质量保证措施，保证了长征四号运载火箭的高质量和高可靠性，为首次发射、首次成功奠定了基础。

长征四号运载火箭的突出优点之一是它所具有的良好的经济性，主要是火箭的研制成本低，发射费用少。因而，它对国内外商业服务的费用是比较低的。

实施目标成本管理是长征四号运载火箭研制成本低、经济性好的重要措施。以经济性为主题的总体方案论证是目标成本管理的前提。为充分体现长征四号运载火箭的经济性，火箭总体方案坚持了五条原则：一是尽可能选用已经过飞行试验证明是成熟的技术；二是在保证火箭总体性能和系统可靠性的前提下，不追求单项技术的先进；三是必须采用的新技术，需经充分的地面试验验证是可靠的才能应用；四是优化试验项目，尽量采用简单易行的试验方法；五是利用全国各地的技术成果，不搞重复研制。总体方案确定以后，在火箭的研制、试验和生产中；通过严格的经济核算，减少不必要的支出，减少浪费损失等一系列措施来控制成本，从而保证了长征四号运载火箭的研制费用能够得到较好控制。

发射费用少。长征四号运载火箭采用常温推进剂，地面设施简单，发射场区的勤务简单，方便实用。我国的太原、西昌、酒泉卫星发射中心的设施都能适应长征四号运载火箭的发射。

作为我国发射太阳同步轨道和极地轨道卫星的基本运载工具，长征四号的应用将会得到不断的扩大和发展。中国和巴西正在合作研制的资源一号卫星，其运载工具已确定选用长征四号运载火箭，发射方案已通过审定。

长征四号运载火箭在现有基础上经过改进，可在很大范围适应有效载荷的变化。

它的一、二子级可组成二级火箭。这种二级火箭发射20公里高，轨道倾角70度的低地轨道有效载荷，其运载能力可达3100公斤。

利用成熟的固体助推器，捆绑在长征四号运载火箭的一子级上，又可组成新的捆绑火箭。在长征四号运载火箭上捆绑6个平均推力为559千牛的固体助推器，用于发射近地点高度为20公里，远地点高度为400公里的极地轨道有效载荷，其运载能力可达到5700公斤。如捆绑8个固体助推器，它的运载能力则可提高到6300公斤。

长征四号运载火箭由于运载能力大，特别适合于一箭多星发射业务。

长征四号运载火箭是中国长征系列运载火箭家族中的一员，它的一些主要特点，代表了中国长征系列运载火箭的基本特点，也是中国运载火箭能够较好地服务于四化建设，并在国际卫星发射服务市场上具有竞争力的主要原因。今后，我们还将继续推进长征型号运载火箭系列化的进程，提高研制水平，为航天事业的发展作出新的贡献。1