北斗“專列”
——長三甲系列運載火箭

錢 航 /文

被譽為北斗“專列”的長三甲

從2007 年發射首顆北斗衛星起，13 年間，“金牌火箭”長三甲系列運載火箭將所有北斗衛星送入預定軌道，發射成功率100%。可以說長三甲系列火箭伴隨了北斗系統建設發展的每一步，是名副其實的北斗“專列”。

之所以能夠成為北斗“專列”，是因為長三甲系列火箭在最初的構造總體規劃及總體技術方案中就具備了良好的前瞻性、全局性和適應性。在研制初期，長三甲系列火箭研制隊伍將長三甲、長三乙、長三丙作為一組系列火箭進行模塊化、組合化與整體化優化設計，確定了以長三甲火箭為基本型的發展模式。

長三甲火箭是在長征三號火箭的基礎上采用重新設計第三級形成的大型三級低溫液體火箭，全長52.52 米，一、二子級直徑3.35 米，三子級直徑3.0 米，地球同步轉移軌道（GTO）運載能力達到2600 公斤。在長三甲火箭的芯一級捆綁4 個2.25 米的助推器就派生出了長三乙火箭，它全長54.838 米，GTO 運載能力可達到5200 公斤，運載能力僅低于俄羅斯的質子號，當時位居世界第二位。

在長三甲火箭的基礎上捆綁2 個2.25 米助推器，又組合成長三丙火箭，GTO 運載能力可達到3800公斤。

從左至右依次是長三甲、長三乙、長三丙

長三甲系列火箭的發展模式是按照當初提出的“上改下捆、先改后捆”的技術途徑實施的，體現了模塊化、組合化與整體優化等先進設計理念。這一發展思路對長三甲及其發展型火箭的形成和大型火箭的發展規劃起到了重要的指導作用。長三甲系列火箭共同構成了當時我國很長時間內高軌道運載能力最大、適應性最強的運載火箭系列，其運載能力可以覆蓋世界絕大多數應用衛星的質量，不僅顯著地增強了我國火箭在國際商業衛星發射服務市場上的競爭能力，也為我國未來航天事業的發展創造了良好條件。長三甲系列火箭運載入軌精度高、適應能力強，其發射衛星的入軌精度與阿里安、宇宙神等世界上的名牌火箭相當，達到20 世紀末及21 世紀初世界一流水平。2019 年4 月，長三甲系列火箭成功迎來第100 次發射，成為中國航天第一個發射總數過百的系列火箭。

長三甲系列火箭既可以一箭單星，也可以一箭多星發射；既可以用于標準地球同步轉移軌道發射，也可以用于超同步轉移軌道或低傾角同步轉移軌道發射及深空探測器發射，還可以在飛行過程中實現側向機動變軌、多次起旋、消旋、定向等，從而滿足衛星用戶多種不同使用要求。

不斷進步的長三乙

增加液位點，提高火箭對任務的適應性。

2020 年3 月9 日19 時55 分,我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭,成功發射北斗系統第54 顆導航衛星

長征三號乙運載火箭是長三甲系列火箭中運載能力最大的一型火箭。該系列火箭的助推器、一子級、二子級均采用四氧化二氮+偏二甲肼的常規推進劑組合，而第三子級采用液氧+液氫的低溫推進劑組合。對于液體火箭而言，液態推進劑存在易揮發、腐蝕等風險，因此在臨發射之前加注完成后，必須在一定時間內發射出去。以常溫推進劑四氧化二氮和偏二甲肼為例，它們加注后存儲周期是7 天左右；而低溫推進劑液氫、液氧，它們的存儲周期則只有1 天。

對于長三乙火箭發射，低溫燃料加注預計會在發射前7 小時開始，發射前4 分半時完成。長三乙利用液氫和液氧燃燒做功，涉及困難很多。極低溫的液氫和液氧，必須在臨近發射前才能加注進火箭，多提早幾分鐘也會有影響，因此衛星的發射窗口是一個挑戰。自長三乙火箭實行“去任務化”設計以來，該火箭有個特殊“技能”：增加了液氧低溫加注液位點，對地面加注軟件進行了適應性改進，并統一了液位點的編號。由于火箭執行不同任務時，所需的推進劑加注量也不同，而推進劑加注量的多少要通過液位點的傳感器來檢測。增加一個液位點，就可以使火箭推進劑加注量更加靈活，滿足不同的任務需求，提高火箭對任務的適應性。

采用數據自動判讀系統和圖像識別技術，提高測試判讀的精度和可靠性。

雖然是勞模火箭，執行最新任務的長三乙火箭卻一直在創新，在發射場測試環節，驗證性地采用了基于人工智能算法的數據自動判讀系統和圖像識別技術，提高了測試判讀的精度和可靠性。

過去，測試人員人工目視測試過程，再結合測試數據，判斷箭上設備狀態是否正常。采用基于人工智能算法的數據自動判讀系統后，系統可以直接生成判讀結果，減少人為出錯的可能性，提高判讀的準確性。此外，該系統還能自動存儲判讀結果，方便后續追溯。火箭發射前的各項測試中，要使用大量的機械類指針式儀表，以前，測試人員人工讀取儀表，不僅存在人為讀錯的可能性，而且對于儀表指針數值的變化，也只能依靠語言來描述。采用圖像識別技術后，可以記錄指針變化過程，并進行判斷分析處理，這些數據將作為后續排故時的重要支撐。

2020 年6 月23 日9 時43 分，在西昌衛星發射中心，第55顆北斗導航衛星成功發射，這是我國北斗三號全球衛星導航系統最后一顆組網衛星

為了保證火箭萬無一失，測試過程中，在使用這兩項新技術的同時，也依然采用了傳統的測試方法。后續這兩項技術將在型號中推廣使用。

去任務化設計讓火箭技術狀態更加穩定，加上新技術的不斷應用，這些都將助力長三甲系列火箭進一步提高可靠性，在高強密度發射形勢下，屢創佳績，再鑄輝煌。