【论文赏析】我国新一代中型高轨运载火箭进展研讨

作者 中鼎祚载火箭技能研究院 王小军； 北京宇航体系工程研究所 徐利杰

摘 要：新一代火箭 ＣＺ－５、ＣＺ－６和 ＣＺ－７连续首飞乐成，拉开了我鼎祚载火箭更新换代的序幕。

新一代中型运载火箭 ＣＺ－７于２０１６年６月和２０１７年４月圆满完成了两次飞行使命，为中型运载火箭的研制奠基了坚固的底子。在 ＣＺ－７火箭底子上，增添 ＣＺ－３Ａ 氢氧三子级，在海南文昌放射ＧＴＯ 轨道卫星，运载本领不低于７．０ｔ，可快速形成更新换代本领，弥补我国 ＧＴＯ 轨道该吨位的运载本领的空缺。为了进一步提拔我鼎祚载火箭的竞争力，对标国际先辈程度，针对新一代中型高轨运载火箭开展构型优化研究，以进步火箭性能，低落火箭本钱，提拔火箭的利用维护性能，餍足后续 ＧＴＯ 放射使命需求。

０ 弁言

我国长征系列运载火箭历经了从最初的艰难创业、走向天下，到２１世纪初的载人飞行、圆梦奔月，再到近些 年 的 高 密 度 发 射、产 业 化 发 展 等多个进展阶段，实现了从无到有，从串联到捆绑，从一箭一 星 到 一 箭 多 星，从放射卫星到放射载人飞船和月 球 探 测 器，从现役运载火箭到新一代运载火箭等 一 系 列 重 大 跨 越；渐渐进展成为由多种型号 组 成 的 运 载 火 箭 系 列，具 备 进 入 低、中、高等多种 轨 道 的 能 力， 入轨精度到达国际先辈程度。格外因此 ＣＺ－６、ＣＺ－７和 ＣＺ－５为代表的新一代运载 火 箭 相 继 成 功 首 飞 和 应 用 发 射，使 我 鼎祚载火箭 综 合 能 力 进 入 国 际 先 进 行 列。为 了 尽 快形成更新 换 代 能 力，填 补 我 国 ＧＴＯ 轨 道 ７．０ｔ的运载本领 空 白，我国开展了新一代高轨运载火箭ＣＺ－７Ａ 的 论 证 和 研 制，即 在 ＣＺ－７ 基 础 上，增 加ＣＺ－３Ａ 氢氧三子级，在海南文昌放射 ＧＴＯ 轨道卫星，运载本领不低于７．０ｔ。

因为 ＣＺ－７Ａ 火 箭 基 于 现 有 模 块 构 建，设 计 有待进一步优化，重要表现在以下几个方面：１）整流罩直径采纳４．２ｍ，不克不及顺应大型卫星包络的需求；２）运载系数低于外洋先辈程度，火箭性能另有进一步提拔的空间；３）尚未形成公道的运载本领梯 度。因 此，结 合 国 外 运 载 火 箭 发 展 趋 势、我鼎祚载火箭 领 域 的 最 新 技 术 发 展 以 及 建 设 航 天 强国和天下 一 流 企 业 的 要 求，必要连续美满我国新一代运载火 箭 构 型，以 更 少 的 火 箭 级 数、模 块 和发动 级 台 数，减 少 分 离 次 数，简 化 系 统，满 足 后续 ＧＴＯ 轨道有用载荷的放射使命需求，从而低落火箭本钱，提拔市场竞争力。

本文在对国表里运载火箭进展趋向举行研判的底子上，联合 我 国 卫 星 发 射 需 求，开 展 了 我 国中型高轨 运 载 火 箭 的 发 展 研 究，提出了构型优化方案，为后续新一代高轨火箭的优化和进展提供参考。

１ 国表里运载火箭进展趋向研判

通过对 世 界 各 国 运 载 火 箭 发 展 趋 势 的 研 判，各航天国度的重要进展趋向表现为：

（１）天下列国正在开展下一代运载火箭的研制，本钱身分成为重要驱动力

比年来，ＳｐａｃｅＸ 公 司 在 猎鹰九号火 箭 的 研 制和放射中 大 放 异 彩，并 且 逐 步 进 入 和 占 领 商 业 航天，以致 政 府 和 军 事 航 天 发 射 领 域。 为 了 应 对ＳｐａｃｅＸ公司在主流放射市场上的不停挑衅，美 国放射同盟 （ＵＬＡ）正在研制火神下一代运载火箭（ＮＧＬＳ），代替德尔塔４和宇宙神５两型革新型一次性运载火 箭 （ＥＥＬＶ），通 过 构 型 的 精 简、产 品性能的 提 升，增 强 市 场 竞 争 力；同 时，美 国 空 军还支持蓝色劈头公司的新格伦 （Ｎｅｗ Ｇｌｅｎｎ）以及诺格创新公司的欧米伽 （ＯｍｅｇＡ）火 箭 的 研 制，这三型火箭均估计于２０２１年首飞。

俄罗斯 在 完 成 安 加 拉 火 箭 首 飞 后，又 提 出 同盟５火箭的研制打算；欧洲则将阿里安６火箭作为其下一代运载器 （ＮＧＬ），目标是餍足欧洲连续的科学和商 业 市 场 发 展 需 求，同 时 降 低 发 射 成 本，估计２０２０年首 飞；日 本 正 在 研 制 Ｈ３新 一 代 主 力火箭，估计 ＧＴＯ 轨 道 运 载 能 力 为 ６．５ｔ，是 Ｈ２Ａ运载 能 力 的 １．６ 倍，但 成 本 仅 为 Ｈ２Ａ 火 箭 的 一半，且放射预备时间 由 Ｈ２Ａ 火 箭 的２年 缩 减 至１年，估计２０２０年前后首飞。

通过对 国 外 运 载 火 箭 研 制 趋 势 的 分 析，预 计２０２１年前后，天下各重要航天国度将推出以低本钱、高可靠为代表的下一代运载火箭。

（２）采 用 “模 块 化、组 合 化、系 列 化”设 计思绪，进步面临主 流 发 射 市 场 激 烈 竞 争 的 局 面，各 国 研制火箭均 采 用 了 “模 块 化、组 合 化、系 列 化”的设计思绪，采 用 更 少 的 模 块 组 合 形 成 满 足 不 同 运载本领需求 的 构 型，采 用 标 准 化、模 块 化 的 卫 星适配器、整流 罩，承继前期成熟火箭构型模块的研制底子，最大水平地低落火箭研制用度，减 少产物生产 设 备 数 量 和 规 模，提 升 产 品 配 套 能 力，收缩使命预备周期，简化放射场的利用操纵流程，并终极提拔了火箭产物市场竞争力。

（３）采纳 创 新 技 术，不停进步火箭性能和可靠性、低落放射本钱陪同着 航 天 全 球 化 的 发 展 趋 势，运 载 技 术 进展速率明 显 加 快，以 美 国 为 代 表 的 航 天 大 国 已 由单纯寻求更大运载本领向 “快 速、经 济、可 靠、宁静”等 方 向 转 变。其 中，减 少 火 箭 模 块、子 级模块或紧张 部 段 采 用 重 复 使 用 技 术 是 提 升 火 箭 市场竞争力的有力本领，如猎鹰９号系列火箭、火神系列和阿里安６系列火箭等。别的，采纳一体化设计、铝锂合金、复合质料、才智操纵等先辈技 术，使用在线 故 障 诊 断 与 控 制 律 重 构，通 过 渐 近 式 进展和技能 的 迭 代，在 提 高 火 箭 运 载 系 数 和 飞 行 可靠性的同时，低落单元有用载荷的放射本钱。

（４）采纳绿色环保推进剂，淘汰情况污染有毒推 进 剂 的 生 产、运 输、储 存、使 用、试验、烧毁到 残 骸 内 剩 余 推 进 剂 的 处 理 等 环 节 均 对情况危害大，且 需 要 付 出 巨 大 成 本 代 价，不 符 合绿色环保的 国 际 发 展 潮 流。目 前，除 了 俄 罗 斯 质子号运载火 箭 外，国 外 主 流 国 家、主 流 运 载 火 箭均采纳绿色环保推进剂。

（５）采 用 先 进 测 发 技 术，缩 短 发 射 周 期，实现加注无人值守外洋大中 型 运 载 火 箭 在 发 射 场 测 试 的 流 程 普通２０天左右，放射场职员几十人，火箭到放射台后根本实 现 无 人 自 动 操 作；具备在多处差别地 点举行协同 远 程 发 射 控 制、辅 助 支 持 工 作 的 能 力。

与其他航 天 强 国 相 比，我国航天放射使命在射前预备历程中主动化 程 度 较 低，放射区操纵格外是在火箭推 进 剂 开 始 加 注 后，仍无法做到前端无 人值守，存 在 一 定 的 安 全 风 险；其 次，新 一 代 运 载火箭测试发 射 时 间 长，发 射 场 测 试 流 程 一 般 在４０天左 右。因 此，还 需 要 采 用 先 进 测 发 技 术，进 一步收缩我 国 新 一 代 运 载 火 箭 的 发 射 周 期，应 用 零秒毗连器、主动 对 接 等 先 进 技 术，实 现 加 注 后 前端无人值守，低落宁静危险。

２ 需求阐发

２．１ 卫星放射需求阐发

根据开端统 计 分 析，从２０１８—２０３５年 我 国 估计放射航天器１６００余颗，年度放射趋向与２０１７年１０月欧洲咨 询 公 司 发 布 的 《卫 星 制 造 与 发 射 全 球市场阐发陈诉》所表露的国际放射趋向大要雷同。此中，ＧＥＯ 轨 道 卫 星 预 计１２０余 颗，２０２５ 年 前，年均都 在 １０ 颗 以 上；单 星 质 量 ５０００ｋｇ～６０００ｋｇ的卫 星 数 量 最 多， 约 为 ６０ 颗， 占 高 轨 发 射 的５０％，将来５５００ｋｇ以上的高轨卫星将开始渐渐进展；８０００ｋｇ左 右 的 卫 星 ３０ 余 颗，约 占 ３０％。别的，针对 ＧＴＯ 卫星质量增添，卫星对整流罩直径也提出了更高要求，要求具备５．２ｍ 整流罩的放射本领。

联合我 国 高 轨 卫 星 的 发 射 需 求，我 国 新 一 代中型 高 轨 卫 星 需 要 覆 盖 ＧＴＯ ７０００ｋｇ 以 下 及８０００ｋｇ左右两 个 区 间 的 市 场 需 求。火 箭 整 流 罩 可选４．２ｍ 或５．２ｍ。

２．２ 技能进展需求阐发

新一代中型运载火箭于２００６年开始启动研制，经１０年的攻关研制，于２０１６年首飞并取得圆满乐成，为我国 新 一 代 中 型 系 列 构 型 火 箭 的 发 展 奠 定了坚固的底子。

随着研制的渐渐深入和运载火箭的技能前进，新一代液氧 煤 油 发 动 机 ＹＦ－１００性 能 进 一 步 提 升，新质料、新 工 艺、电 气 一 体 化、ＹＦ－７５Ｄ 发 动 机、子级可重复利用等先辈技能也取得了突破。是以，必要推进 新 技 术 的 应 用，连续开展运载火箭构型优化和 能 力 提 升，进步市场竞争力。本 文 重点针对我国新一代中型高轨火箭的构型开展优化论证，重要思量在西昌放射，后续用于实现对 ＣＺ－３Ａ 系列火箭的更新换代，同时要地本地放射场的落区宁静可控也作为紧张的指标予以思量。

３ 我国中型高轨运载火箭进展研究

３．１ 底子构型

新一代中型高轨火箭底子构型是在 ＣＺ－７火箭底子上，与 ＣＺ－３Ａ 系 列 火 箭 三 子 级 组 合 化 形 成 三级半构型 运 载 火 箭，芯 一 级 采 用３．３５ｍ 直 径，安置 两 台 ＹＦ－１００，芯 二 级 并 联 安 装 ４ 台 单 机 推 力１８０ｋＮ 的 ＹＦ－１１５ 液 氧 煤 油 发 动 机，采 用 两 机 牢固、两机双摆 实 现 控 制；芯三级采纳两台 ＹＦ－７５发动机，采纳 双 机 双 摆；捆 绑４个２．２５ｍ 直 径 的助推器，分别安 装 一 台 ＹＦ－１００，发 动 机 单 摆；整流罩直径４．２ｍ，在放射场整流罩与有用载荷团体垂直运输、吊装，火箭团体表示图如图１所示。

基于当前 我 国 新 一 代 中 型 高 轨 运 载 火 箭 的 构型方案，从 优 化 末 级、二 级 推 力、采 用 两 级 半 构型等方案开展构型优化论证阐发。

３．２ 氢氧末级构型优化

３．２．１ 末级自动力选择

氢氧末 级 具 有 高 比 冲 性 能 的 特 点，国 外 主 流运载火箭，如宇宙神５火箭的通用半人马座末级、德尔塔ＩＶ 火 箭 的 末 级、火 神 火 箭 的 ＡＣＥＳ末 级、阿里安５火 箭 的 ＥＳＣ－Ａ／Ｂ 末 级、Ｈ２Ａ／Ｈ２Ｂ 火 箭的末级 等 均 采 用 氢 氧 动 力。我 国 的 ＣＺ－３Ａ、ＣＺ－５火箭也均采纳氢氧推进剂作为末级的自动力。

新一代中 型 高 轨 运 载 火 箭 建 议 采 用 氢 氧 末 级作为自动力，驻足现有成熟发动机，当 前 可 选 方案为 ＹＦ－７５和 ＹＦ－７５Ｄ 两 型，分 别 为 ＣＺ－３Ａ 系 列火箭 和 ＣＺ－５ 火 箭 末 级 主 发 动 机。ＹＦ－７５Ｄ 是 在ＹＦ－７５燃气产生器轮回底子上举行革新而成的闭式膨胀轮回发 动 机，在 推 力、比冲等要害参数上有所提 升。这 两 型 发 动 机 从 技 术 先 进 性、经 济 性、发动机顺应 性、系 统 固 有 可 靠 性、验 证 可 靠 性 和利用维护性等方 面 对 比 见 表１。ＹＦ－７５Ｄ 采 用 闭 式膨胀 循 环，混 合 比 高，整 体 结 构 效 率 更 好，系 统方案优于采纳燃气产生器轮回的 ＹＦ－７５，后续拓展性强，故优先选用 ＹＦ－７５Ｄ发动机。

针对 三 级 半 构 型 和 两 级 半 构 型，末 级 采 用 两台 ＹＦ－７５、两台 ＹＦ－７５Ｄ、单台 ＹＦ－７５Ｄ、单台 ＹＦ－７５Ｅ （比 ＹＦ－７５Ｄ 增 大 喷 口 面 积，比 冲 大 约 增 加１０ｓ）等４种状态举行运载本领阐发，包罗 两 级 半和三级半两个构型，重要结论如下：

１）末级采纳两台 ＹＦ－７５发动机状态与采纳单台 ＹＦ－７５Ｄ状态运载本领相称；

２）末级采 用 单 台 ＹＦ－７５Ｅ 发 动 机，即 加 大 喷管状态，运载本领相比不加大 喷管状态约莫进步２００ｋｇ；

３）末级采 用 两 台 ＹＦ－７５Ｄ 发动机状态运载本领最大，相 比 单 台 ＹＦ－７５Ｄ 构 型，能 力 大 约 提 高４００ｋｇ～６００ｋｇ。

通过对 发 动 机 性 能、火 箭 成 本、不 同 构 型 运载本领、系 统 复 杂 度 及 后 续 拓 展 性 等 方 面 进 行 综合思量，发起末级优先选用单台 ＹＦ－７５Ｄ 状态，后续可进一步加大喷口面积，提拔运载本领。

３．２．２ 末级直径选择

当前 ＣＺ－３Ａ 火箭氢氧三子级采纳３．０ｍ 直径，相比３．３５ｍ 直径存在如下题目：

１）模块高度较高，导致全箭较长，对全箭 载荷、弹性操纵等方面均有倒霉影响；

２）二三级级间段必要从３．３５ｍ 过渡到３．０ｍ，级间分散间隙较小；

３）因为整 流 罩 倒 锥 角 限 制，末 级３．０ｍ 直 径很惆怅渡到５．２ｍ，限定了大直径整流罩的利用。

联合卫星需求、布局服从及全箭操纵等方 面，发起末级采纳３．３５ｍ 直径，加注范围２０ｔ级。

３．３ 助推器和芯一级自动力优化

ＹＦ－１００液氧火油高压补 燃 发 动 机 是 为 新 一 代运载火 箭 配 套 研 制 的 无 毒、无 污 染、高 性 能、高可靠的根本动力装置，是我国首个采纳补燃轮回、自身起动、变 工 况 调 节 技 术 的 液 体 火 箭 发 动 机，颠末了 ＣＺ－５、ＣＺ－６、ＣＺ－７等新一代运载火箭的飞行验证。

ＹＦ－１００Ｋ 发 动 机 是 以 ＹＦ－１００发 动 机 为 基 础，发动机喷 管 改 为 泵 后 摆 动。发 动 机 摇 摆 部 分 质 量大幅淘汰，发动机推力和比冲性能略有提拔，对发动机多机 并 联 布 局 摇 摆 间 隙 和 伺 服 机 构 功 率 需求低落，可采纳电动伺服举行扭捏操纵。

　 　针 对 三 级 半 构 型 和 两 级 半 构 型 ，助 推 器 和 芯一级均 采 用 ＹＦ－１００Ｋ 和 均 采 用 ＹＦ－１００发 动 机 的ＧＴＯ 运载本领举行比拟，采纳 ＹＦ－１００Ｋ 发动机的ＧＴＯ 运载能 力 大 约 超 出５００ｋｇ。因 此，综 合 考 虑发动机的 发 展，建 议 新 一 代 中 型 高 轨 运 载 火 箭 后续构 型 助 推 器 和 芯 一 级 发 动 机 由 ＹＦ－１００ 更 换 为ＹＦ－１００Ｋ 发动机。

３．４ 三级半构型优化

３．４．１ 二级推力优化

对付放射近所在高度约２００ｋｍ 左右的 ＬＥＯ 和ＧＴＯ，火 箭 入 轨 点 通 常 在 近 地 点 附 近 （高 度 较低），火箭在较短的时间内即可进入轨道。通常情形下，火箭腾飞并完成垂直段飞行后，敏捷转弯，至一二级分散时通常俯仰步伐角约为２０°。火箭过载越 大，加 速 越 明 显，地 球 重 力 转 弯 效 果 越 弱；相反，加 速 能 力 越 弱，地 球 重 力 转 弯 效 果 越 强。

从图２可知，火箭在飞行历程中弹道渐渐转弯，若能使用地 球 重 力 的 转 弯 作 用，可以使火箭飞行 攻角一向操纵在较小的程度 （推力均用来加快），节约火 箭 飞 行 能 量，从而进步运载本领。因 此，火箭各级飞 行 推 力 太 小 和 太 大 都 不 合 理，原 因 分 析如下：

１）推力 太 大，火 箭 必 须 以 较 大 的 负 攻 角 飞行，提供一 指 向 地 球 的 推 力 分 量 来 提 供 火 箭 转 弯所需的向心力；

２）推力 太 小，火 箭 必 须 以 较 大 的 正 攻 角 飞行，提供一 指 向 地 球 引 力 反 方 向 的 分 量 来 克 服 重力的转弯成效；

３）对付某特定的轨道，在推力、级间比可调的条件下，通过 弹 道 优 化，可求得餍足运载本领要求的最优推力和级间比。

在二级采纳４台 ＹＦ－１１５的情形下，推力仅为７２ｔ，火箭加快性 能 偏 弱，在 地 球 重 力 作 用 下，弹道下坠较快，火箭为抗击重力作用，飞 行 攻 角 大（孕育发生推力重量来抵消重力的作用），损 失 运 载 本领。是以，增 大 二 级 推 力，有 助 于 改 善 火 箭 飞 行的弹道特性，进步运载性能。

针对三级半构型放射 ＧＴＯ 轨道使命，随着二级推力 逐 步 增 加，火 箭 的 ＧＴＯ 运 载 能 力 逐 步 增添，对应的最优二级加注量也渐渐增添，如图３所示。是以，二级推力增添有助于 ＧＴＯ 运载本领进步，针对最 优 运 载 能 力 需 要 增 加 二 级 推 进 剂 加注量。

联合当 前 我 国 发 动 机 的 发 展 情 况，对 于 三 级半构型，二级发起采纳单台 ＹＦ－１００Ｍ 发动机替换当前的４台 ＹＦ－１１５发动机，总推力由７２ｔ进步到１４６ｔ。从理论上阐发，三级半构型在最优加注量的情 况 下，ＧＴＯ 运 载 能 力 将 可 提 升 １６００ｋｇ 左 右，同时可减 少 二 级 发 动 机 台 数，对 火 箭 成 本 和 可 靠性均有利益。

３．４．２ 助推器不分散

我国现在共有４个放射场，除了海南文昌放射场设置装备摆设在沿海之外，其他３个放射场均位于要地本地，包罗酒泉卫 星 发 射 中 心、太原卫星放射中间、西昌卫星放射 中 心。在大多数放射偏向上，航 区 均大范畴跨 越 我 国 内 陆 地 区，尤 其 是 东 射 向 和 南 射向，涵盖了我国宽阔的生齿浓厚区，安 全 性 问 题突出，要地本地放射场重要放射射向如图４所示。

减小火 箭 残 骸 对 落 区 造 成 的 影 响，一 方 面 可通过淘汰火 箭 残 骸 数 量，减 少 落 点 分 布；另 一 方面可通过伞降或基于 栅格舵实现残骸落区定点操纵。

对付三 级 半 的 基 础 构 型，由 于 受 落 区 限 制，在西昌发 射 场 需 要 通 过 弹 道 设 计 调 整 落 区，相 比火箭的最优 性 能 约 损 失 运 载 能 力１２００ｋｇ。针 对 二级采纳 ＹＦ－１００Ｍ 发动机的三级半革新构型，在西昌放射 ＧＴＯ 任 务，思量助推器与芯一级不分散，通过 弹 道 分 析，助 推 器 和 芯 一 级 可 落 于 ＣＺ－３Ｂ 一级落区，二级落 区 位 于 台 湾 海 峡 以 东、北 马 里 亚纳群岛以西的平静洋海疆，落区宁静较好。同时，后续思量在 助 推 器 和 芯 一 级 组 合 体 上 增 加 可 控 翼伞或栅格舵，实 施 残 骸 落 点 的 可 控 回 收，进 一 步缩小落区范畴，低落对落区的影响。

通过助 推 器 不 分 离，可 将 三 级 半 构 型 的 残 骸由７个淘汰为３个，格外是落在要地本地的残骸由５个淘汰为１个，最大水平减小火箭残骸多落区的影响。采纳助推器 不 分 离 方 案，简化了级间捆绑和分散布局的设计，进步了全箭分散体系的可靠性。

３．４．３ 构型状态

通过优 化，未 来 优 化 的 三 级 半 构 型 基 本 方 案为：芯一级直径３．３５ｍ，安 装 两 台 ＹＦ－１００Ｋ 发 动机；芯二级直径３．３５ｍ，采纳单台 ＹＦ－１００Ｍ 发动机；芯三 级 直 径 ３．３５ｍ，采 用 单 台 ＹＦ－７５Ｄ 发 动机；捆绑４枚２．２５ｍ 助 推 器，每个助推器安置１台 ＹＦ－１００Ｋ 发动机，助 推 器 与 芯 一 级 不 分 离；可采纳４．２ｍ 或５．２ｍ 整流罩。与底子构型相比，重要状态改变如图５所示。

相比底子构型，该构型的重要特点如下：

１）全箭包 含７个 主 要 模 块，８台 发 动 机，相比底子构型，少了４台发动机；

２）四助推构型在西昌放射，ＧＴＯ 运载本领为８．２ｔ，去失两个 助 推 器 后 ＧＴＯ 运 载 能 力 为 ５．５ｔ，具有必然 的 运 载 能 力 梯 度，可 覆 盖 我 国 主 要 卫 星放射需求；

３）助推器和芯一级模块可以与我国新一代中型火箭实现通用化；

４）助推器与芯一级不分散，在西昌放射，助推器和芯一级的组合体可选择在 ＣＺ－３Ａ 系 列 火 箭的芯一级 落 区，后 续 通 过 可 控 翼 伞 等 进 一 步 缩 小落区，淘汰对落区造成的影响。

３．５ 两级半构型优化

采纳两级半构型放射 ＧＴＯ 轨道，必要取消二子级，原二 级 提 供 的 速 度 增 量 需 要 由 芯 一 级 或 助推器负担，由 于 原 构 型２．２５ｍ 助 推 器 长 细 比 已 靠近１２，不宜 进 一 步 加 长。因 此，两级半构型的重要方案有两个偏向：

１）取消液氧火油二级，加长一子级，马上 原二级的加注量全部加到一级；

２）取消液氧火油二级，采纳３个３．３５ｍ 通用芯级捆绑方案，马上原二级的加注量均匀安排到３个通用模块中。

以下分别对两种状态的构型开展阐发。

３．５．１ 加长芯一级状态

采纳加长 状 态 的 芯 一 级，直 径 ３．３５ｍ，安 装两台 ＹＦ－１００Ｋ 发动机，总加注量靠近２４０ｔ，总 长靠近３４ｍ；芯二级直径３．３５ｍ，采纳单台 ＹＦ－７５Ｄ发动机；捆绑４枚２．２５ｍ 助 推 器，每 个 助 推 器 安置１台 ＹＦ－１００Ｋ 发动机，可采纳４．２ｍ 或５．２ｍ 整流 罩。 与底子构型相比， 主 要 状 态 变 化 如 图 ６所示。

相比底子构型，该构型的重要特点如下：

１）全箭包 含６个 主 要 模 块，７台 发 动 机，相比底子构型，少了５台发动机；

２）两级半芯一级加长构型，在西昌放射 ＧＴＯ轨道的运载本领为７．２ｔ，去失两个助推器 ＧＴＯ 运载本领为５．０ｔ，具备必然的运载本领梯度笼罩；

３）芯一级总长靠近３４ｍ，在要地本地放射场的运输比力困难，初 步 分 析 只 能 分 段 运 输，在 发 射 场举行总装；

４）因为芯级加长，助推器不加长，是以助推器前捆绑点 和 中 捆 绑 点 需 要 分 别 捆 绑 在 芯 一 级 的氧箱和燃箱筒段上，贮箱捆绑点局部必要增强；

５）因为芯一级加长，事情时间较长，无法实现助推器与芯级不分散，在西昌放射，４助推器落区可选择在 ＣＺ－３Ａ 系列火箭的芯一级落区，后 续通过可控 翼 伞 等 进 一 步 缩 小 落 区，减 少 对 落 区 造成的影响。

３．５．２ 通用芯级并联状态

采纳３．３５ｍ 通 用 芯 级，芯 一 级 直 径 ３．３５ｍ，安置两台 ＹＦ－１００Ｋ 发动机，总加注量１８０ｔ级，总长靠近 ３２ｍ；芯 二 级 直 径 ３．３５ｍ，采 用 单 台 ＹＦ－７５Ｄ 发 动 机；捆 绑２枚３．３５ｍ 通 用 芯 一 级，可 采纳４．２ｍ 或５．２ｍ 整流罩。与底子构型相比，重要状态改变如图７所示。

相比根本型，该构型的重要特点如下：

１）全箭包罗２种 状 态４个 主 要 模 块，７台发动机，相比底子构型，少了５台发动机；

２）两级 半 通 用 芯 级 并 联 构 型，在 西 昌 发 射ＧＴＯ 轨道的运载本领为６．５ｔ；

３）芯一级总长靠近３２ｍ，在要地本地放射场的铁路运输根本可行；

４）为了实现运载 能 力 最 优，同 时 控 制 飞 行 过载，必要对芯 一 级 进 行 节 流，助推器耗尽后先分散，芯一级再推力调治到正常工况，陆续事情；

５）无法实现助推器与芯级不分散，在 西 昌 放射，２助推器 落 区 可 选 择 在 ＣＺ－３Ａ 系 列 火 箭 的 芯一级落区，后续通过可控翼伞等进一步缩小落区，淘汰对落区造成的影响；

６）该构型运载能 力 偏 低，需 采 用 新 型 材 料 进步运载本领，且构型相对单一，难以实现运载本领梯度笼罩。

３．６ 小结

通过对 氢 氧 末 级、基 础 级 的 主 动 力 的 改 进 和优化阐发，末 级 采 用 ３．３５ｍ 安 装 单 台 ＹＦ－７５Ｄ 及底子级采纳 ＹＦ－１００Ｋ 发动机，对 各 构 型 的 运 载 本领、可靠 性、成 本 等 方 面 均 具 有 一 定 的 优 势，是以不管后 续 采 用 哪 个 构 型，这 两 个 改 进 和 优 化 的偏向都是确定的。

针对三级 半 和 两 级 半 等 不 同 构 型 的 特 点 对 比阐发如表２所示，通太过析可知：

１）现在的三级半基 础 构 型 二 级 推 力 偏 小，二级换 用 单 台 ＹＦ－１００Ｍ 发 动 机 构 型 可 显 著 提 升ＧＴＯ 运载本领；

２）三级 半 构 型 的 运 载 能 力 要 大 于 两 级 半 构型，采纳两枚２．２５ｍ 助推器和４枚２．２５ｍ 助推器状态，可实现５．５ｔ～８．２ｔ的本领梯度；

３）两级半通用芯级 并 联 构 型，当 前 运 载 能 力为６．５ｔ，后续必要采纳新质料进一步提拔布局服从才气餍足 ＧＴＯ 不低于７．０ｔ的要求。

４ 结论

本文在对外洋运载火箭进展近况及趋向阐发的底子上，联合 我 国 高 轨 卫 星 的 发 射 需 求，开 展了我国新一代中型高轨运载火箭的构型优化阐发，确定了氢 氧 末 级 和 基 础 级 动 力 系 统 的 状 态，针 对两级半和三 级 半 两 种 构 型 开 展 构 型 优 化 分 析 和 论证，开端阐发结论如下：

１）连结现在三级半 构 型 不 变，将 一 级 和 助 推器动力 换 用 ＹＦ－１００Ｋ，助 推 器 不 分 离，二 级 发 动机换用 ＹＦ－１００Ｍ，三级动力换用 ＹＦ－７５Ｄ，三级直径换 用 ３．３５ｍ，并 采 用 ５．２ｍ 整 流 罩，在 西 昌 放射，四助推状态 ＧＴＯ 运载本领不低于８．２ｔ，两助推状态 运 载 能 力 不 低 于 ５．５ｔ， 可 覆 盖 绝 大 部 分ＧＴＯ 轨道卫星的放射需求，其经济性优于现在的底子构型；

２）从模块种类和模块数目最少、组 织 生 产 和本钱优化 角 度 出 发，后 续 高 轨 构 型 也 可 选 择 两 级半通用芯级并联构型，在西昌放射，ＧＴＯ 运 载 本领不低 于 ６．５ｔ，后 续 通 过 子 级 结 构 效 率 的 提 升，可进一步进步运载本领，餍足 ＧＴＯ 轨道运载本领不低于７．０ｔ的要求。