长征五号

(21世纪10年代中国研制大型液体捆绑运载火箭)

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长征五号(代号:CZ-5)是21世纪10年代中国航天科技集团公司所属中国运载火箭技术研究院抓总研制的一种大型低温液体捆绑式运载火箭。
长征五号为捆绑四个助推器的两级半构型火箭 [1]  ,采用无毒无污染推进剂,火箭全箭总长56.97米,起飞质量约869吨 [2-3]  ,具备近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力 [4-5]  ,可以完成近地轨道卫星、地球同步转移轨道卫星、太阳同步轨道卫星、空间站、月球探测器和火星探测器等各类航天器的发射任务 [3]  。长征五号于2006年正式立项研制 [2] 2016年11月3日,长征五号在文昌航天发射场首次成功发射,将实践十七号卫星送入预定轨道 [6]  。2020年11月24日4时30分,长征五号遥五运载火箭在文昌航天发射场点火升空,将嫦娥五号探测器送入地月转移轨道 [7] 
长征五号研制成功,标志着中国运载火箭实现升级换代,是由航天大国迈向航天强国的关键一步,使中国运载火箭低轨和高轨的运载能力均跃升至世界第二 [8] 
中文名
长征五号
外文名
Long March 5
火箭类型
大型低温液体捆绑式运载火箭
火箭代号
CZ-5/LM-5
前型/级
长征四号
次型/级
长征六号
系列型号
长征五号、长征五号B
国    家
中国
设计单位
中国运载火箭技术研究院
设计总师
李东 [9] 
火箭全长
56.97米
起飞质量
859~879吨
运载能力
LEO近地轨道25吨、GTO地球同步轨道14吨
火箭现状
在役

长征五号发展沿革

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长征五号研制背景

中国长征三号乙运载火箭 中国长征三号乙运载火箭
1986年,中国制定“863计划”,把“大型运载火箭和天地往返运输系统”确立为航天领域的重大探索项目,但由于各方面条件的限制,大型运载火箭的工程研制工作一直未能开展。
进入20世纪90年代,长征三号乙火箭的首飞一定程度上完善了中国运载火箭系列,但在整体上,原有的长征系列火箭的技术仍偏于老旧 [9] 
21世纪初期,随着人类探索太空的不断深入,世界各国已经将越来越多的探索目标瞄准了深空,美国和欧洲航天局(ESA)已经开始实施大规模的深空探测任务规划。美国制定了以重返月球为主要任务的星座计划,尽管2010年初美国国会宣布中止星座计划,但是并没有终止重型运载火箭的研发进程。
2010年7月15日,美国参议院通过了美国航空航天局(NASA)2011财年预算授权法案,法案要求将重型运载火箭的研制时间提前至2011年,2016年底前投入使用。纵观国外航天大国的运载火箭发展趋势,进一步提升进入空间的能力已成为各国共同的选择。随着日本H-2B运载火箭的首飞和印度300吨推力级固体助推器的研制成功,中国运载火箭在世界航天界第二集团的优势地位已经丧失。为了重新巩固这种优势,并且缩短与领先国家的差距,中国必须加快开展更大规模的包括重型运载火箭的空间技术研究 [10-11] 

长征五号研制历程

  • 前期预研
长征五号结构示意图 长征五号结构示意图
1988年,中国863计划开始后即开始了大型运载火箭的论证工作 [12]  。通过和世界新一代运载火箭以及自身需求的对比,中国火箭专家认为,旧的长征火箭系列存在着运载能力低,芯级直径小,型号偏多,型谱重叠,可靠性不高,发射准备周期长,使用的偏二甲肼四氧化二氮推进剂毒性大且价格昂贵的问题,在小型火箭方面还存在空白 [13] 
1990年,中国从前苏联引进了2台RD-120发动机进行原理研究,之后进行关键技术攻关,奠定了YF-100的基础 [14-15] 
2000年,长征五号使用的液氧煤油补燃循环发动机YF-100于获得工程立项。
2001年,长征五号使用的一级氢氧发动机YF-77获得研制立项。
2001年,长征五号火箭预研工作正式开始,针对问题研制方明确了火箭的运力指标、级数、推进剂种类,并要求新型火箭高可靠、低成本 [16-17] 
2001年后,中国继续对新型火箭的设计方案、发展途径、发射场等方面进行讨论。
2002年,中国改进完善863计划火箭发动机和大型运载火箭专家组组长朱森元“模块化研制、积木式发展”的建议,确定了“一个系列、两种发动机、三个模块”的总体发展思路以及”通用化系列化组合化”的设计思想 [18] 
2001~2005年,YF-100火箭发动机分别进入初样研制和试样研制阶段 [14-15] 
  • 立项研制
2006年10月,中国国防科工委和财政部联合立项研制长征五号运载火箭,经国务院批准,由国防科工局、国家航天局牵头组织实施,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 [19-20] 
2009年,YF-77火箭发动机转入试样研制。
2009~2010年,原计划作为长征五号系列中衍生型号的小型、中型火箭分别独立形成“长征六号”与“长征七号”,长征五号系列中仅剩下5米芯级直径的大型火箭 [21]  。同时,为避免火箭系列间运载能力交叉重叠,长征五号系列的优先发展型号由2006年时的基本型构型D转变为近地轨道地球同步转移轨道运力最强的两种型号:构型B和构型E。2011年左右,二者分别被命名为“长征五号乙”和“长征五号”,再加上配套的远征二号上面级,便形成了长征五号系列 [21-22]  [23-24] 
长征五号初样研制阶段,期间完成以5.2米直径整流罩和5米直径火箭舱段为代表的大部分箭体结构的制造、生产、试验等技术,并在中国实现了火箭全型号数字工程化应用 [21]  [25-28] 
2011年,长征五号乙立项进入工程研制 [21] 
2012年,长征五号研制用于火箭、航天器生产、总装、测试的中国新一代运载火箭天津产业化基地一期建成投入使用,用于箭体运输的远望21号船于同年下水 [29-30] 
2012年8月,YF-100发动机500秒长程热试车成功,确定了长征五号首飞发动技术状态 [14]  [31] 
2013年7月,长征五号进入试样研制阶段。主要完成了全箭模态试验、各动力系统试车,整流罩分离试验等大型地面试验,并开展火箭的生产、总装和测试 [21]  [32] 
2013年,长征五号的研制同时带动一些列配套设置的建造。为了火箭测试中国研制完成了70吨级的世界最大推力的振动台 [33] 
2016年,长征五号完成发射场合练,验证了火箭、发射场、地面发射支持系统的接口协调以及吊装起竖、测试、转运等流程,最终确定长征五号火箭整体技术状态 [34] 
2016年11月3日20点43分,长征五号运载火箭在文昌航天发射场成功发射升空。随后,长征五号运载火箭与其托举的远征二号上面级成功分离,上面级继续将实践十七号卫星送往预定轨道。由中国航天科技集团公司抓总研制的长征五号运载火箭首次飞行任务取得成功 [6] 
中国新一代运载火箭型谱方案 中国新一代运载火箭型谱方案 [35]

长征五号技术特点

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长征五号总体布局

长征五号运载火箭总体布局 长征五号运载火箭总体布局 [36]
长征五号运载火箭总长约57米,捆绑4个助推器,起飞质量约878吨,采用二级半构型,由结构系统、动力系统、电气系统和地面发射支持系统等组成,主要方案如下:
1、芯一级采用5米直径模块,2台地面推力50吨级的YF-77氢氧发动机双向摆动;
2、助推器采用4个3.35米直径模块,每个模块配置2台地面推力120吨级的YF-100液氧煤油发动机,每个助推器摆动靠近芯级内侧的1台发动机;
3、芯二级采用2台真空推力9吨级改进的新型膨胀循环氢氧发动机YF-75D作为主动力,双向摆动、两次启动;
4、二级采用辅助动力完成滑行段姿态控制、推进剂管理和有效载荷分离前末修、调姿,整流罩头锥采用冯·卡门外形,直径5.2米,高12.267米,助推器采用斜头锥外形等 [35] 
长征五号采用模块化设计,火箭各组成部分对应不同的模块:芯一级对应5米直径火箭芯级模块,芯二级对应5米直径火箭上面级模块,助推器对应3.35米直径火箭助推级模块。各种模块根据不同方式搭配再加上整流罩等火箭部件就可以形成不同构型火箭 [35] 
2006年,长征五号火箭立项研制时公布的火箭模块方案,模块一是液氧/液氢的5米直径模块,模块二是液氧/煤油的3.35米直径模块、模块三2.25米直径模块、两种发动机是新研制的地面推力50吨YF-77氢氧发动机和地面推力120吨YF-100液氧/煤油发动机;在三个模块基础上第一步组合制造出5米直径芯级的大型运载火箭,再进一步组合制造出3.35米直径芯级的中型运载火箭和小型运载火箭,最终形成近地轨道运力覆盖1.5~25吨,地球同步转移轨道运力覆盖1.5~14吨的一个系列。火箭运载能力相比原长征火箭大幅度提高;使用推进剂无毒无污染;采用“三化”的设计思想降低成本;比传统火箭普遍少一级的一级半或二级半构型提高火箭固有的可靠性;拥有完整的运载能力覆盖范围 [37] 
长征五号系列运载火箭基础模块 长征五号系列运载火箭基础模块
长征五号火箭构成模块
名称
发动机类型
发动机型号
数量
备注
模块1
5米直径火箭芯级
YF-77氢氧发动机
2
发动机双摆
模块2
3.35米直径火箭助推级
YF-100液氧煤油发动机
2
摆动一台发动机
模块3
2.25米直径火箭助推级
YF-100液氧煤油发动机
1
摆动一台发动机
模块4
5米直径火箭上面级
YF-75D氢氧发动机
2
二次启动,发动机双摆 [35] 
长征五号5米芯级直径系列总体参数
构型
A
C
D(基本型)
E(CZ-5)
F
组成
1
5米芯级模块
1
5米芯级模块
1
5米芯级模块
1
5米芯级模块
1
5米芯级模块
-
-
1
5米芯二级模块
1
5米芯二级模块
1
5米芯二级模块
2
3.35米助推器模块
-
2
3.35米助推器模块
4
3.35米助推器模块
-
2
2.25米助推器模块
4
2.25米助推器模块
2
2.25米助推器模块
-
4
2.25米助推器模块
箭体长度/米
49.906
44.906
59.456
61.956
54.456
整流罩长度/米
18
13
18
20.5
13
发动机台数
8
6
10
12
8
起飞质量/吨
622.5
458.5
643.0
802.9
483
起飞推力/千牛
8179
5792
8179
10565
5792
运载能力/吨
LEO 18
LEO 10
GTO 10
GTO 14
GTO 6 [37]  [38-39] 
长征五号作为长征五号系列运载火箭的基本型号,为带助推器的两级火箭。助推器采用4个3.35米直径模块,每个助推器配置2台120吨级液氧煤油发动机YF-100,每个助推器有1台发动机可单向摆动。一子级采用5米直径模块,安装2台可双向摇摆的50吨级氢氧发动机YF-77。二子级采用改进自长征三号甲运载火箭三子级氢氧发动机的YF-75D作为主动力,发动机可双向摆动,能两次起动,同时配有辅助动力系统。整流罩与有效载荷一起垂直整体运输、吊装 [35]  。长征五号理论上有32吨的近地轨道运载能力,但不用于发射该轨道卫星 [40] 
长征五号系列火箭六种构型 长征五号系列火箭六种构型

长征五号箭体结构

长征五号的箭体结构分芯级和助推器两部分,由多个功能各异的部件和组件构成,包括有效载荷整流罩、有效载荷支架、仪器舱、级间段、液氧箱、液氢箱、煤油箱、箱间段、后过渡段、斜头锥、尾段和尾翼等。
贮箱结构材料选用2219铝合金,各级均采用独立贮箱。芯级4个贮箱除一子级液氧箱外均选用单一的硬壳式结构 [41] 
  • 助推器
长征五号3.35米直径模块继承原长征火箭芯级已有的3.35米直径技术,使用液氧和煤油推进剂,安装两台120吨级YF-100液氧煤油发动机,再加上与发动机配套的增压运输系统和伺服机构等。
助推器结构形式与长征三号乙运载火箭的箭体结构相似,助推器贮箱选用等边三角形网格加筋壳结构。助推器液氧贮箱采用了全搅拌摩擦焊技术。
助推器的头锥为斜锥体,由半球形端头和截锥壳体两部分组成。3.35米直径助推器头锥倾斜角度为15°。端头在飞行过程中要承受气动加热。截锥壳体采用桁梁式半硬壳薄壁结构,外表面蒙皮采用耐高温玻璃钢材料 [35]  [41] 
  • 芯一级
长征五号芯一级采用5米直径火箭芯级模块,使用液氢和液氧作为推进剂,结构主要由贮箱、箱间段、级间段和尾段组成。
贮箱箱筒段是箭体结构中的主要承力结构,所承受的外载荷较为复杂,包括内压、轴压、弯矩和剪力等,其结构形式需按照承受的载荷和最小结构质量等因素进行综合设计。芯一级箱间段连接氧化剂箱和燃料箱的短壳,采用半硬壳式结构,由金属蒙皮、桁条、中间框和上、下端框等组成。由于助推器的前捆绑点位于此段上,载荷主要由组合梁和副梁来承受。一、二子级级间段采用半硬壳式结构,由金属蒙皮、桁条、中间框和上、下端框等组成,分为上、下两个柱段,并含有级间分离结构。芯一级尾段为半硬壳式结构,由金属蒙皮、组合梁、副梁、桁条、中间框和上、下端框等组成 [35]  [41]  。5米直径贮箱部分使用了搅拌摩擦焊技术,一级氢箱生产中运用铣焊一体技术、内撑外压技术和辅助支撑技术等手段 [27] 
  • 芯二级
长征五号芯二级采用5米直径火箭模块,使用液氢和液氧作为推进剂,采用YF-75D作为主动力,以及相应的新的增压输送系统和伺服机构等。另外芯二级采用辅助动力系统,配有气氧煤油姿控发动机。
芯二级结构包括贮箱、箱间段和仪器舱等。为了简化操作、提高可靠性、降低成本,芯二级贮箱均采用独立箱体结构而不采用共底结构,液氢箱直径5米,液氧箱直径3.35米,液氧箱位于液氢箱下部。二子级液氢箱采用球形底的箱底结构形式,箱筒段为光筒壳;前、后短壳采用正置正交网格结构;芯二级液氧箱的前、后箱底采用椭球底,前、后短壳和箱筒段均为光筒壳。芯二级箱间段为倒锥形,大端直径5米,小端直径3.35米,采用复合材料杆结构。仪器舱为截锥型壳体,完成由5.2米直径整流罩到5米直径芯级结构的过渡。截锥型壳体采用蜂窝夹层结构,由内、外碳纤维面板、铝蜂窝夹芯和前、后端框等组成 [42]  [35]  [41] 
  • 有效载荷支架
长征五号有效载荷支架为截锥形壳体,采用蜂窝夹层结构,由内、外碳纤维面板,铝蜂窝夹芯,前、后端框和分离弹簧支座等组成;前端面是火箭与有效载荷的分离面,包带锁紧装置将有效载荷牢固地连接在此面上;其后端框通过螺栓与仪器舱连接。为减少有效载荷支架的振动,采取了增加阻尼减振结构的措施 [35]  [41] 
  • 上面级
长征五号上面级为远征二号,是2009年中国启动的基于常规推进剂四氧化二氮/偏二甲肼的远征系列上面级之一。远征二号是一种液体专用上面级,能和长征五号火箭组合承担一箭一星、 一箭双星和一箭四星直接入轨发射任务,直径3.8米,采用两台6.5千牛的YF-50D泵压式常规推进剂发动机,在轨时间6.5小时,具备2次启动能力 [43] 
  • 整流罩
长征五号有效载荷整流罩外形是冯·卡门外形(原始卵形)+圆柱形,由两个半罩组成,直径为5.2米,分为12.267米、20.5米两个长度系列,分别用于长征五号和长征五号乙。整流罩采取了降噪措施,以改善发射过程中有效载荷的环境。整流罩依结构可划分为端头帽、前锥段、前柱段、基本圆柱段和横向分离段五个模块 [41]  [44-45] 
长征五号 长征五号

长征五号推进系统

长征五号运载火箭的各级发动机为:
  • 助推器系统
YF-100火箭发动机 YF-100火箭发动机
YF-100火箭发动机是一种液氧煤油分级燃烧循环火箭发动机,是中国1990年代中期研发的八十五吨推力发动机的挖潜型,安装在长征五号火箭的助推器上。YF-100采用先进的富氧预燃分级燃烧循环,发动机地面推力约120吨,地面比冲约300秒,真空推力约136吨,比冲约335秒,喷口直径约1.4米,可以65%节流以调节推力 [46]  。YF-100还可以回收重复利用:经过试车的发动机可以再安装到火箭上。
长征五号的3.35米直径助推器发动机采用2台高压补燃循环方式的YF-100发动机并联;助推器的内侧发动机采用泵前摇摆方式,可单向摆动参与控制,发动机最大摆角8°。
YF-100靠外接能源的自身起动,简化了发动机系统。发动机起动时,首先打开液氧主阀,氧化剂在贮箱压力作用下进入燃气发生器。随后,打开发生器燃料阀,少量燃料在高压气体挤压下进入燃气发生器,与液氧燃烧,产生燃气驱动涡轮后进入推力室。最后,打开推力室燃料阀 为了保证起动的平稳,发动机设置了两种调节器,分别控制燃气发生器和推力室的燃料流量,实现了发动机的受控起动。发动机按照多次使用设计,实现了单台发动机多次地面试车,具有重复使用的潜力 [15] 
YF-100发动机性能参数
参数名称
参数值
参数名称
参数值
海平面推力
1200千牛
高度
2991毫米
真空推力
1340千牛
喷管面积比
35
海平面比冲
2942米/秒
推力调节范围
65%-100%
真空比冲
3286米/秒
混合比调节范围
±10%
燃烧室压力
18.0兆帕
循环方式
补燃循环
混合比
2.6
研制时间
2000~2012年 [15] 
喷管出口直径
1347毫米
-
-
增压输送系统
助推器增压输送系统由贮箱增压、发动机循环预冷、贮箱加注排气、推进剂输送和吹除气封等系统组成 [41]  [35] 
  • 一子级推进系统
YF-77火箭发动机 YF-77火箭发动机
YF-77火箭发动机,是一种液氧液氢燃气发生器循环火箭发动机,YF-77地面推力约52吨,比冲约310秒,真空推力约70吨,比冲约326秒,喷口直径约1.45米 [46]  。该50吨级氢氧发动机是中国自主研制的首台大推力、地面点火启动的氢氧火箭发动机。
长征五号一子级采用2台燃气发生器循环的氢氧发动机YF-77并联,发动机可分别双向摆动4°。发动机采用地面启动,具有混合比和流量调节功能 [14]  [41]  [35] 
增压输送系统
一子级增压输送系统由贮箱增压、发动机循环预冷、贮箱加注排气和推进剂输送等系统组成 [41] 
  • 二子级推进系统
发动机
YF-75D火箭发动机 YF-75D火箭发动机
YF-75D二子级发动机,YF-75D采用长征三号甲三子级氢氧发动机YF-75进行适应性改进,由两台相同的发动机组成,采用闭式膨胀循环,以提高可靠性和适应地面循环预冷的要求,双向摆动4°,具备多次起动能力 [14]  [41]  。YF-75D发动机比冲约为442秒,比长征三号甲系列火箭的YF-75发动机略有提高 [36] 
增压输送系统
二子级增压输送系统在很多地方都借鉴了长征三号甲系列火箭的经验,系统由贮箱增压、发动机循环预冷、贮箱加注排气、推进剂输送和箭上供配气等系统组成 [41] 

长征五号测控系统

长征五号控制系统采用1553B总线,总线上除了控制系统仪器外,增加了遥测单元,同时给地面测试发射控制系统留有总线测试接口。
箭载计算机内嵌总线控制器,负责控制系统总线的数据流管理与调度。箭上单机采用自测试方案,各终端站点将自身系统的测试状态参数通过总线反馈给控制系统。总线控制器在飞行过程中通过总线除了完成采样、时序输出和伺服指令输出外,还要周期性地提取各个远程终端的箭测数据,在模拟飞行测试时地面总线站点充当总线监视器,用于对箭上总线信息的自动监视与测量。
遥测系统以工作终端/监视终端(RT/MT)模式作为控制系统总线网络的一个终端站点挂在控制系统网络上 [41] 
  • 制导系统
长征五号制导采用激光陀螺捷联惯性测量组合+全球卫星定位与导航系统(GNSS)+箭载计算机的组合制导方案,采用迭代制导技术与GNSS修正技术 [41] 
  • 姿控系统
长征五号姿态控制系统采用数字控制方案,由激光捷联惯性测量组合、速率陀螺、箭载计算机和伺服机构等组成。由激光捷联惯性测量组合及速率陀螺敏感火箭在飞行过程中的姿态运动,通过箭载计算机进行飞行姿态计算并输出控制指令,驱动伺服机构动作,使发动机摇摆产生控制力矩,实现运载火箭的姿态稳定和控制。姿态控制系统由助推器、一级和二级姿态控制系统组成 [41] 

长征五号电气系统

长征五号电气系统采用电气系统一体化设计。箭上电气系统包括控制、测量、能源以及附加等模块。其中控制模块主要完成火箭飞行过程中的姿态控制、制导以及时序控制等功能,并且采用GNSS/惯性测量复合制导与激光陀螺捷联冗余控制系统;测量模块主要完成箭上飞行参数的测量以及安控等功能;能源模块完成箭上仪器设备的供电功能,附加功能模块则完成火箭的推进剂利用、故障监测等功能。采用总线对各个功能模块进行信息综合、统一供配电 [42] 

长征五号地面支持系统

  • 运输系统
长征五号发动机和3.35米直径助推器由西安和上海生产后运送至天津,进行组装、集成和测试,之后运送至发射场。由于长征五号系列运载火箭突破3.35米直径的限制,芯级直径达到5米,要将其箭体运送至发射场,常规铁路运输由于隧道直径不足无法使用,因此采取专用运输船海运。
长征五号在产业化基地完成后将被运送至天津港,装入专门为大火箭准备的大型集装箱,由新型运输船远望21、22号运输。经渤海、黄海、东海、台湾海峡、南海、琼州海峡等海域,航行约1800海里,到达海南省清澜港,再通过公路运往文昌发射场。火箭搭载的航天器则空运至海口,经公路运往航天器总装测试厂房。
  • 发射场区
长征五号的发射场选择在中国文昌航天发射场。文昌航天发射场位于中国海南省文昌市附近北纬约19度19分0秒,东经约109度48分0秒,原是中国以前的一个发射亚轨道火箭的测试基地。经过扩建改进,成为中国的第四个卫星发射中心 [47] 
  • 火箭总装
长征五号系列火箭到达发射场,在综合测试大厅进行测试后,进入垂直总装测试厂房进行起竖、对接、综合测试;航天器完成总装测试后,以垂直状态运送到加注与整流罩装配厂房,进行航天器的推进剂加注和整流罩装配;然后以航天器/整流罩组合体形式通过发射平台垂直转运至火箭垂直总装测试厂房与火箭对接安装。
火箭、航天器联合总检查以及相关转场准备工作后,将垂直整体运输至发射工位,实施燃料加注,准备火箭点火发射。
长征五号在中国文昌航天发射场总装测试区 长征五号在中国文昌航天发射场总装测试区

长征五号设计参数

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长征五号火箭设计参数
型号
长征五号CZ-5)
长征五号/远征二号CZ-5/YZ-2)
级数
2.5
3.5
全长/米
56.97
翼展/米
17.3
起飞推力/千牛
10524
起飞质量(不含卫星)/吨
851.8(867
助推器
长度/米
27.6
直径/米
3.35
起飞质量/吨
156.6
推进剂质量/吨
142.8
发动机
2台YF-100
推进剂
液氧/煤油
海平面推力/千牛
2×1188
真空推力/千牛
2×1340.5
海平面比冲/米每秒
2942
真空比冲/米每秒
3286.2
工作时间/秒
173
芯一级
级长/米
33.16
直径/米
5.0
起飞质量/吨
186.9
推进剂质量/吨
165.3
发动机
2台YF-77
推进剂
液氧/液氢
海平面推力/千牛
2×510
真空推力/千牛
2×700
海平面比冲/米每秒
3058
真空比冲/米每秒
4214
工作时间/秒
480+
芯二级
级长/米
11.54
直径/米
5.0
起飞质量/吨
3639
主推进剂质量/吨
29.132
姿态控制推进剂质量/吨
0.2
主发动机
2台YF-75D
主推进剂
液氧/液氢
主发动机真空推力/千牛
2×88.36
主发动机真空比冲/米每秒
4340
主发动机工作时间/秒
660(700
姿态控制推进剂
DT3
姿态控制发动机
18×FY-85B
远征二号上面级
直径/米
无此结构
3.8
发动机
2台YF-50D
推进剂
四氧化二氮/偏二甲肼
真空推力/千牛
2×6.5
真空比冲/米每秒
3150
启动次数
2
工作寿命/小时
6.5
整流罩
长度/米
20.5
12.267
直径/米
5.2
5.2
有效载荷最大包络直径/米
4.5
4.5
质量/吨
约4
2.4
备注
1. 资料来源: [41]  [48]  [43]  [49]  、首飞观礼手册、遥三观礼手册
2. 表中2013年以前的数据或非官方标准数据用斜体表示,仅供参考。
3. 注释:①长征五号遥三火箭的数据。②燃料满载状态的参数。
运力指标
长征五号各型火箭运力
运载火箭
目标轨道
轨道高度/千米
轨道倾角/°
运载能力/吨
典型载荷
CZ-5
GTO
200×36000
19.5
14(或13
东方红五号、通信卫星平台
TLI
200×380000
24.5
8.2
SSO
700×700
98
15
-
MTO
200×26000
55
13
-
TMI
200×55000000
-
5
CZ-5/YZ-2
GEO
36000×36000
0
5.1
实践十七号
SSO
2000×2000
108
6.7
-
MEO
26000×26000
55
4.5
北斗三号 [50] 
备注
轨道缩写对照:LEO:Low Earth orbit,近地轨道
GTO:Geostationary Transfer orbit,地球同步转移轨道
TLI:Trans-Lunar injection,地月转移轨道
SSO:Sun-synchronous orbit,太阳同步轨道
MTO:Medium Earth Transfer orbit,中地球转移轨道
TMI:Trans-Mars injection,地火转移轨道
GEO:Geosynchronous orbit,地球静止轨道
MEO:Medium Earth orbit,中地球轨道
①、LEO与GTO运力根据原IAC-14论文为23吨和13吨,据中国运载火箭技术研究院官网显示为25吨和14吨。
②、从GTO轨道变轨至GEO需要速度增量约1650米/秒。
长征五号发射

长征五号系列型号

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长征五号长征五号-远征二号

长征五号-远征二号(代号:CZ-5/YZ-2)为带助推器的三级火箭。其助推器、芯一级、芯二级、整流罩与长征五号基本型相同,但在整流罩内增加了远征二号上面级作为第三级 [41]  [51] 

长征五号长征五号B

长征五号B,是由火箭院抓总研制的一型大型运载火箭,近地轨道运载能力大于22吨 [84]  。长征五号B火箭是专门为中国载人航天工程空间站建设而研制的一型新型运载火箭,是中国近地轨道运载能力最大的新一代运载火箭 [83] 

长征五号后续型号

长征五号改
长征五号后续改进型号的地球同步转移轨道的运载能力将提升至14.5吨。
长征五号甲/M
长征五号甲(或称CZ-5M)是中国为新一代载人飞船、载人登月设想的一款基于长征五号技术的大型载人运载火箭。该型火箭与长征五号乙相仿,但为了发射载人舱段,改变了整流罩形状并增加了逃逸塔 [52]  [53-54] 
长征五号登月
长征五号登月(代号:CZ-5DY)是中国为载人登月(火箭名称中“DY”即“登月”的汉语拼音缩写)而设想的一款基于长征五号技术的超大型运载火箭。火箭技术指标为:5米芯级捆6个3.35米助推器;芯级4台、助推各2 台YF-100发动机;二子级4台YF-77发动机;5米直径整流罩;起飞质量约1600吨,全箭长约72m;近地轨道运载能力约50吨 [52] 

长征五号飞行程序

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长征五号飞行程序
时间(秒)
程序
时间(秒)
程序
T-9.000
火箭点火
T+1765.728
二级二次关机
T+0.000
火箭起飞
T+1767.728
开始末速修正
T+17.000
程序转弯
T+1782.728
末速修正结束
T+170.930
助推器外侧发动机关机
T+1783.208
火箭与上面级组合体分离
T+171.930
助推器内侧发动机关机
T+1863.028
上面级一次滑行结束,发动机一次点火
T+172.960
助推器分离
T+1910.344
上面级发动机一次关机,二次滑行开始
T+285.460
抛整流罩
T+21220.364
二次滑行结束,发动机二次点火
T+471.310
芯一级关机
T+22278.186
发动机二次关机,末速修正开始
T+475.110
一二级分离
T+22318.186
末速修正结束,分离前调姿开始
T+830.507
二级一次关机
T+22438.186
分离前调姿结束,卫星分离
T+1422.507
二级二次点火
-
-
备注
此为长征五号遥一火箭飞行时序,资料来源:长征五号首飞观礼手册。
长征五号首飞观礼手册 长征五号首飞观礼手册

长征五号发射记录

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长征五号系列火箭发射记录 [55] 
长征五号发射记录
序号
运载火箭
载荷
起飞时间
( UTC+8)
轨道
结果
备注
1
CZ-5 Y1 /
YZ-2 Y1
实践十七号技术试验卫星
2016年11月3日
20时43分13.998秒
GEO
成功
首飞 [56-58] 
飞行试验任务
2
CZ-5 Y2
实践十八号技术试验卫星
2017年7月2日
19时23分23.425秒
SSTO
失败
飞行试验任务 [59] 
3
CZ-5 Y3
2019年12月27日
20时45分10.526秒
SSTO
成功
复飞;
飞行试验任务 [60-61] 
4
CZ-5B Y1
新一代多用途载人飞船试验船、柔性充气式货物返回舱试验舱
2020年5月5日
18时00分27.092秒
LEO
成功
首飞;
空间站阶段首次飞行任务
[62-69] 
5
CZ-5 Y4
天问一号火星探测器
2020年7月23日
12时41分15.167秒
TMI
成功
[70-72] 
6
CZ-5 Y5
嫦娥五号月球探测器
2020年11月24日4时30分
TLI
成功
[7] 
7
CZ-5B Y2
中国空间站天和核心舱
2021年4月29日11时23分
LEO
成功
[55]  [82] 
计划发射
-
CZ-5B
问天号实验舱
2021年
LEO
-
-
-
CZ-5B
梦天号实验舱
2022年
LEO
-
-
-
CZ-5B
巡天号光学舱
2022年
LEO
-
[73] 
-
CZ-5
嫦娥七号月球探测器
2023年
TLI
-
[74] 
-
CZ-5
嫦娥六号月球探测器
2024年
TLI
-
[74] 
-
CZ-5
嫦娥八号月球探测器
2027年
TLI
-
[74] 
-
CZ-5
木星探测器
2030年
TJI
-
[75] 
备注
1、轨道缩写对照表:
LEO:Low Earth orbit,近地轨道
GEO:Geosynchronous orbit,地球静止轨道
SSTO:Super-Synchronous Transfer orbit,超同步转移轨道
TLI:Trans-Lunar injection,地月转移轨道
TMI:Trans-Mars injection,地火转移轨道
TJI:Trans-Jupiter injection,地木转移轨道
2、注释:
①火箭芯二级出现异常,致使远征二号实践十七号卫星组合体未能进入预定200 × 34000千米的转移轨道,仅进入200 × 29000千米的轨道。后由远征二号上面级延长一次点火时间,将实践十七号卫星顺利送入预定轨道,故仍视为成功。
②长征五号遥二原定入轨轨道:200 × 46000千米, 19.5°
③火箭飞行至252秒时,飞行状态出现异常,飞行至346秒时,芯一级两台YF-77液氢液氧发动机中的一分机涡轮排气装置在复杂力热环境下,局部结构发生异常,发动机推力瞬时大幅下降,致使火箭无法达到预定飞行速度与高度,最终火箭二级与卫星在西太平洋再入,发射失利。火箭研制方对芯一级发动机进行改进,并完成多次地面热试车考核,验证了改进措施的有效性。同时,涡轮排气装置大幅度更改,新增添了5个导流叶片,新零件材料从不锈钢改为镍基高温合金,并新采用电火花电弧复合高速数字化铣削技术及其数控机床进行生产加工 [76-79] 
④实践二十号预定入轨参数:200 × 68000千米, 19.5°,实际入轨点参数:192.793 × 68016.791千米, 19.541°。

长征五号总体评价

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长征五号运载火箭是按照“高可靠、低成本、无毒无污染、适应性强、安全性好”的原则和模块化思想研制的新一代大型运载火箭。这对形成中国新一代无毒无污染的运载火箭型谱将发挥牵引和辐射作用,带动新一代中小型火箭的发展。
长征五号是中国实现载人空间站工程,探月三期工程的重大航天工程项目的关键支柱和发展基石,同时也支撑中国未来深空探测工程的发展 [20]  。长征五号的试验件规模之大、模态数量之多、模态密集程度和模态耦合程度之高、数据处理难度之大、激振通道、陀螺通道、脉动压力通道、推进剂加注量均创下历史最高纪录。
长征五号的研制成功,是中国将从航天大国走向航天强国的重大标志 [80]  。中国最大推力新一代运载火箭长征五号研制成功,标志着中国运载火箭实现升级换代,是由航天大国迈向航天强国的关键一步,使中国运载火箭低轨和高轨的运载能力均跃升至世界第二 [8]  [81]  。(新浪网、中国运载火箭技术研究院 国家国防科技工业局 评
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