長征2F載人火箭可靠性0.97：100次發射3次故障，航天員咋辦？

載人空間站的核心是“人”，服務空間站建設與運營的天地往返運輸體系的核心也是“人”，神舟號載人飛船發揮的關鍵作用不言而喻，而託舉飛船升空入軌並保障航天員飛行安全的關鍵則是被譽為“神箭”的長征2F型載人運載火箭。

長征2F型火箭首飛於1999年11月20日凌晨6點，距今已有將近二十二年，在長征五號、長征七號、長征八號為代表的新一代運載火箭接連成功的

當下長征2F火箭保障載人飛行這一複雜任務的技術能力仍然是無可替代

。

神箭“長征2F”

放眼全球運載火箭產品可謂是琳琅滿目，但擁有高可靠、高安全、高質量三要素標準，

具備載人飛船發射資格的火箭當今世界僅有三款，分別是聯盟號、長征2F、獵鷹9號。

那麼，長征2F究竟有什麼樣的過人本事位列其中呢？

長征2F火箭自2008年執行神舟七號發射任務之後就進行了升級改進，原型火箭至此停產，取而代之的則是長征2F/G型，火箭最大起飛質量提高10噸左右（為便於行文全文仍以“長征2F”型號名稱書寫）。

長征2F載人運載火箭的鼻祖是DF-5導彈

，該型火箭採用二級半構型設計，推進劑為四氧化二氮與偏二甲肼，高58。34米，芯一級直徑3。35米，配置4臺推力為75噸的單向擺動發動機，四枚助推器直徑2。25米，各配置一臺75噸推力固定噴管發動機，火箭起飛級推力約604噸，起飛質量480噸，200公里近地軌道42°傾角條件下的運力8。1噸。

長征2F起飛級動力

芯二級比較特殊，配置了兩款發動機，分別是1臺主發動機（芯一級發動機的高空版），以及1臺遊動發動機。

遊動發動機正是芯二級的奧妙所在

，該型發動機推力約4。8噸，有4個推力室，4個噴管環繞著主發動機佈置，同時它也是整個火箭動力系統中最後關機的發動機，可以透過延長工作時間提高載荷入軌高度，從而調控運力，還可以消除主發動機關機後產生的推力偏差，進一步提高載荷入軌精度。

芯二級動力配置

民營航天公司“藍箭航天”近日完成了朱雀二號火箭芯二級發動機300秒+750秒聯合試車，該型火箭有望成為人類第一款實現入軌發射的液氧甲烷燃料火箭，其芯二級動力佈局方案與長征2F芯二級如出一轍，也是由1臺主發動機與1臺4推力室遊動發動機構成，可以說是老樹開新花的經典案例，由此可見民營航天不是無源之水，而是植根於歷經數十年積累的航天工業能力之上。

朱雀二號火箭芯二級聯合試車

載人火箭與其他火箭的不同之處集中體現在“三高”上，即

高安全性、高可靠性、高質量

，其中高安全性是首當其衝的問題，因為載人航天，人命關天，它發射的不是冷冰冰的航天器，而是活生生的人。

神舟六號乘組：聶海勝與費俊龍

長征2F火箭的可靠性指標對標國際先進水平設定為不低於0.97，意思是100次發射有3次故障機率設計值，在發生故障的情況下也能確保航天員透過救生手段安全返回地面。

同時，它還有一個0。997的安全性指標，意思在該型火箭1000次發射任務中有30次失敗機率，在這30次失敗的發射任務中有27次任務航天員可以透過救生手段安全返回。

實際上神舟飛船也不可能發射1000次，甚至100次都不會有，因為產品是不斷迭代的，屆時會有新一代載人飛船與新一代載人火箭接替。

神舟六號載人飛船與整流罩組合

因此神舟飛船的發射任務要求是次次成功，確保絕對安全。截至目前，長征2F系列火箭已經實施了14次發射任務，成功率100%，證明了不低於0。97可靠性指標的科學性。

過往任務的成功是自信的壓艙石，然而航天員飛天畢竟是躺在一個數百噸急速燃燒的燃料箱之上，其風險之高是不言自明的。就像墨菲定律指出的那樣，如果事情有變壞的可能，不管這種可能性有多小，它總會發生，針對最壞情況長征2F運載火箭也早已做出了應變準備。

‍長征2F遙十一運載火箭飛行監測畫面

長征2F與其他火箭的根本不同之處有兩點，即增加了逃逸系統與故障檢測處理系統。

火箭高速飛行狀態下故障通常以毫秒為時間單位產生反應，依靠航天員人為決策是否啟動逃逸系統是非常不現實的，故障檢測處理系統可以代為決策，它從火箭發射前半小時至船箭分離入軌那一刻全程監控火箭狀態，並根據故障反饋自動決策採用何種逃逸手段。

長征2F火箭最為與眾不同的結構莫過於頂部的逃逸塔，逃逸塔是逃逸飛行器的重要組成部分。逃逸飛行器是一種類似羽毛球原理的逃逸裝置，對飛行穩定性有著較高要求。

逃逸塔

逃逸塔最上部是配重結構，它可以使逃逸飛行器質心前移（類比羽毛球的球頭），同時上部整流罩配置有4塊柵格翼（類比羽毛球的羽毛），又可以使壓心後移，二者共同作用確保逃逸飛行器的飛行穩定性。

呈收攏狀態的柵格翼

臨近逃逸塔頂部配重模組的是“姿控發動機組合”，由4臺相同推力的發動機組成，司職俯仰、偏航任務。

姿控發動機的下面是分離發動機，它有兩個作用，無危險正常飛行任務中負責分離逃逸塔，再就是執行逃逸飛行任務時為飛船返回艙與逃逸飛行器分離提供動力支援。分離發動機是1臺

前置噴管固體火箭發動機

，噴管有8個。

逃逸塔標註

分離發動機的下面則是逃逸主發動機，負責將逃逸飛行器整體帶離危險區。它也是前置噴管固體火箭發動機，有4個噴管。

逃逸塔總計有6臺發動機，皆為固體燃料火箭發動機。

火箭點火前出現故障有兩種選擇，一種是距離點火起飛還有較長時間，且故障產生極端危險還有較長時間冗餘則告知航天員自行脫離飛船，並乘坐發射塔架的防爆電梯至地下掩體。

逃逸飛行器零高度逃逸救生飛行試驗

另一種是風險問題一觸即發，則啟動逃逸飛行器將飛船帶離危險區域，它可以將飛船推升至高度超過1300米，水平距離850米左右的空域。

長征2F火箭+飛船組合體具備零高度至入軌全程逃逸能力，逃逸系統主要有三種工作模式，即

有塔逃逸、無塔高空逃逸（點火後120秒至整流罩分離前）、大氣層外救生

，前兩種模式依託逃逸飛行器執行，最後一種則依靠神舟飛船自救。

長征2F起飛推力約604噸

逃逸飛行器由逃逸塔、上部整流罩、高空逃逸動力系統、柵格翼、支撐結構、滅火裝置組成。

逃逸飛行器標註

有塔逃逸模式適用於起飛前15分鐘至起飛後120秒，高度覆蓋零高度至40公里左右的高空。

故障檢測系統一旦檢測出高風險故障將立即自動發出逃逸指令，緊接著整流罩上部與下部，以及飛船返回艙與服務艙共同形成的分離面解鎖，逃逸塔啟動主發動機將整個逃逸飛行器與火箭分離，同時姿控發動機工作偏轉逃逸飛行器飛行角度，進而脫離危險區，進入安全空域後分離發動機工作使返回艙分離。

隨後返回艙建立降落姿態，歷經降落傘減速、拋大底、緩衝發動機點火，進而軟著陸於地面，實現安全返回。

火箭點火起飛120秒後逃逸塔分離，之後怎麼辦？屆時將由逃逸飛行器的無塔逃逸模式發揮作用

，火箭上部整流罩外緣佈置有高空逃逸發動機、高空分離發動機，逃逸流程與有塔逃逸類似。

高空逃逸發動機

逃逸塔與高空逃逸系統看上去似乎是重複建設，實則不然。40公里以下中低空大氣密度高且飛行阻力大，需要大推力逃逸動力，逃逸塔可發揮作用。

超過40公里進入高空，大氣密度低，此時也不需要大推力逃逸動力，如果繼續使用逃逸塔則會有兩個問題，一是逃逸塔的死重會拉低火箭運力，二是稀薄大氣削弱逃逸塔的氣動穩定力矩，其主發動機推力偏心將造成逃逸飛行器失穩，因此需要針對中低空與高空不同的工況設定不同的推力。

長征2F遙十一火箭逃逸塔分離

整流罩會在起飛後約200秒時拋離，這也意味著逃逸飛行器全部拋離，屆時安全保障將進入飛船自救模式。

如果在大氣層內遭遇危險，則船箭立即分離，此時飛船有兩個選擇，如果飛行高度尚不足以入軌則飛船三大艙段兩兩分離，返回艙按照既定流程返回地面。如果此時飛行高度足夠則飛船啟動軌道艙軌控發動機抬升軌道，進入環繞地球執行的低地球軌道，爾後擇機分離返回艙返回地面。

神舟飛船軌道控制發動機

近年來一種名為

“推式逃逸”

的逃逸方式顯現出了更為高效的逃逸能力，它可以實現飛船從零高度直至船箭分離的全程安全保障，而且飛船無需整流罩，進一步提升了安全性。

新一代載人飛船也計劃採用推式逃逸方案

實際上這就是長征2F火箭整流罩佈置的高空逃逸動力系統的變種，將其增大推力即可適應中低空逃逸任務，進而實現全程覆蓋。我國新一代載人飛船預計也將採用推式逃逸系統。