长征三号甲运载火箭

定义

长征三号甲运载火箭是中国运载火箭技术研究院抓总研制的大型三级液体运载火箭，代号 CZ-3A^[3]。它沿用了长征三号运载火箭的成熟技术，主要改动在第三级：把原有的氢氧三子级换成直径 3 米、装 2 台 8 吨级氢氧发动机的新三子级，并具备大姿态调姿能力^[2]。

火箭全长 52.5 米，一、二子级直径 3.35 米，三子级直径 3.0 米，卫星整流罩最大直径 3.35 米，起飞质量 243 吨，地球同步转移轨道运载能力为 2.65 吨^[2]。它是中国地球同步转移轨道运载火箭的基本型，后续的长征三号乙与长征三号丙都由它发展而来^[3]。

原理

火箭采用三级串联、推进剂分工的方案。第一级和第二级使用偏二甲肼与四氧化二氮这类常温推进剂，可获得较大的起飞推力；第三级改用液氢与液氧，比冲更高，适合在真空环境完成末段加速^[3]。这种搭配兼顾了两类推进剂的长处，使火箭在末级加速环节效率更高^[5]。

研制中采用了以大推力氢氧发动机、动调陀螺四轴平台、冷氦加温增压和氢气能源双摆伺服机构为代表的上百项新技术^[4]。由于控制系统较为灵活，火箭能在星箭分离前对有效载荷实施大姿态调姿定向，并可提供可调的卫星起旋速率，任务适应性较强^[6]。

标准地球同步转移轨道为近地点高度 200 千米、远地点高度 35786 千米、轨道倾角 28.5°^[3]。运力有剩余时，火箭可将卫星送入低倾角轨道或超同步转移轨道，以延长卫星的在轨工作寿命^[3]。

发展历程

20 世纪 80 年代中期起，中国运载火箭技术研究院开始研制长征三号甲^[4]。直接动因来自 1986 年 2 月启动的第二代通信卫星工程，新一代卫星质量由约 1.4 吨提高到 2.5 吨，原有长征三号的运载能力不再够用^[7]。

研制过程中，三子级动力系统试车遇到较大困难。参试人员在冬季低温条件下连续工作四个多月，经历两次点火失败后第三次试车成功^[8]。1994 年 2 月 8 日下午，火箭在西昌卫星发射中心首次发射，将实践四号卫星和一颗模拟星送入地球同步转移轨道，实现一箭双星发射^[6]。

首飞只是起点。此后研制队伍在较短时间内完成 12 类 122 项试验、提出 44 项 256 条改进措施，并在一年多时间里连续 3 次发射成功^[8]。1998 年，长征三号甲与长征三号乙共同获得国家科技进步特等奖；2007 年，该火箭被中国航天科技集团公司授予「金牌火箭」称号^[9][4]。

以长征三号甲为芯级，下捆 4 枚助推器形成长征三号乙，下捆 2 枚助推器形成长征三号丙，使地球同步转移轨道运力形成 2.6 吨、3.9 吨、5.5 吨的梯度^[10]。2008 年 4 月 25 日长征三号丙首飞成功，成为中国首个非全对称构型火箭^[10]。2019 年 4 月，长征三号甲系列累计完成第 100 次发射，成为中国首个发射次数突破 100 次的单一系列运载火箭^[11]。

应用

该火箭主要用于把有效载荷送入地球同步转移轨道，也可执行低地球轨道、太阳同步轨道、极地轨道乃至逃逸轨道的发射任务，并具备一箭双星或多星发射能力^[2][3]。

在气象领域，长征三号甲承担了风云二号系列静止气象卫星的发射。2018 年 6 月 5 日，它把风云二号 H 星送入预定轨道，中国第一代地球静止轨道气象卫星的发射任务由此收官^[5]。在深空探测方面，2007 年 10 月 24 日该火箭将嫦娥一号送入太空，实现中国首次月球探测，并首次实施「零窗口」发射^[4]。

导航与通信同样依赖这一型号。北斗导航工程一期组网卫星全部由长征三号甲系列火箭发射，2007 年 4 月至 2012 年 10 月的 14 次发射全部成功^[4]。长征三号甲系列还参与国际商业发射服务，截至 2018 年 12 月共承担 16 次国际商业发射任务，涉及整星出口与在轨交付等模式^[11]。

局限

长征三号甲的地球同步转移轨道运力为 2.65 吨，只能覆盖这一量级的中高轨有效载荷，更重的通信卫星需要由捆绑助推器的长征三号乙承担^[5]。其运力梯度上限约 5.5 吨，也集中在高轨任务区间，低轨大规模发射并非这一系列的设计重点^[5]。

一、二子级所用偏二甲肼与四氧化二氮属于常温有毒推进剂，操作与后续处理需要专门防护，与采用液氢液氧、液氧煤油的新一代火箭相比在环保性上有差距；只有三子级的氢氧推进剂属无污染推进剂^[11]。此外，型号研制早期受试车条件限制，三子级动力系统曾出现两次点火失败，反映出地面试验环节的难度^[8]。

参见

• 长征三号乙运载火箭 —— 以长征三号甲为芯级并捆绑 4 枚助推器发展而成，运载能力更大。

• 长征三号丙运载火箭 —— 以长征三号甲为芯级、捆绑 2 枚助推器的非全对称构型火箭。

• 长征三号运载火箭 —— 长征三号甲的前身，其三子级被重新研制替换。

• 氢氧发动机 —— 长征三号甲三子级的动力装置，采用液氢液氧推进剂。

• 地球同步转移轨道 —— 该火箭主要服务的目标轨道。

• 西昌卫星发射中心 —— 长征三号甲首飞及多次任务所用的发射场。