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Zenit-2FG [Fregat-SB]是在天顶-2运载火箭基础上改进而来的型号,加装了Fregat-SB上面级,属于天顶号系列运载火箭,具备近地轨道等轨道的发射能力,其前型天顶-2由前苏联时期乌克兰南方科研生产联合体研制,采用液氧和煤油作为推进剂,发射过程高度自动化。
天顶-2FG[弗雷盖特-SB](ZENIT-2FG)是乌克兰南方科研生产联合体在天顶-2两级液体火箭基础上,加装俄罗斯拉沃契金设计局研制的弗雷盖特-SB上面级衍生而来的三级中型运载火箭,其核心运载参数如下:
| 参数类别 | 具体指标 |
|---|---|
| 火箭全长 | 57.0 m |
| 芯级最大直径 | 3.9 m |
| 起飞重量 | 459.0 t |
| 起飞海平面推力 | 7259 kN |
| 近地轨道(LEO,200km圆轨道)运载能力 | 13800 kg |
| 太阳同步轨道(SSO,500km高度)运载能力 | 约11380 kg |
| 行星际转移轨道运载能力 | 约12000 kg |
| 整流罩最大容积 | 可容纳直径3.8m、长度10m以内的载荷 |
作为天顶系列火箭的特殊改型,天顶-2FG的运力定位覆盖了中大型近地轨道载荷发射、太阳同步轨道组网载荷投送,以及深空探测器的初始入轨需求。其13.8吨的近地轨道运力既可以满足单颗大型遥感卫星的发射需求,也支持一箭多星部署中低轨星座;加装弗雷盖特-SB上面级后,火箭具备多次点火变轨能力,既可以将不同载荷送入不同高度的轨道,也能够为深空探测器提供足够的初始速度,将其送入地月转移或行星际转移轨道。该型火箭的设计初衷就是兼顾常规轨道发射与深空任务需求,填补了天顶-2基础型两级火箭无法执行高轨、深空任务的空白。
天顶-2FG继承了天顶系列火箭的成熟结构设计,同时通过加装高性能上面级拓展了任务适应性,全箭各子级的核心技术参数如下:
| 子级/系统 | 核心参数 |
|---|---|
| 一子级 | 长度32.9m,直径3.9m,采用1台RD-171液氧煤油发动机,海平面推力7259kN,真空推力7903kN,海平面比冲311s,工作时间143s,通过可摆动±6度的推力矢量喷管实现姿态控制 |
| 二子级 | 长度11.5m,直径3.9m,采用1台RD-120真空主发动机(推力912kN,真空比冲349s)+1台11D513游动发动机,主发动机工作时间300-315s,游动发动机最长工作时间375s,负责二级飞行阶段的姿态调整与轨道微调 |
| 弗雷盖特-SB上面级 | 直径3.35m,长度1.5m,采用S5.92常温液体发动机,推进剂为四氧化二氮/偏二甲肼,推力19.85kN,真空比冲333.2s,最多可重复点火25次,总燃烧时间1350s,加注后可长期贮存,支持多轨道部署与深空轨道注入 |
| 结构设计特点 | 全箭芯级统一采用3.9m直径,受铁路运输长度限制,一子级燃料贮箱长度较最优设计缩短,推进剂分配未完全达到最优权衡;整流罩采用蚌壳式分离设计,可适配大尺寸载荷 |
| 发射适应性 | 可在陆基发射台实现无依托垂直发射,不需要复杂的勤务塔架,发射准备周期约15天 |
该型火箭的技术优势十分突出:其一,RD-171系列发动机是目前推力最大的液氧煤油发动机之一,可靠性高、推力冗余充足,为火箭的发射成功率提供了基础保障;其二,弗雷盖特-SB上面级继承了拉沃契金设计局在行星际探测器领域的技术积累,多次点火能力和长待机时间完美适配深空任务需求;其三,全箭采用通用化、模块化设计,基础级与天顶系列其他型号通用性超过90%,有效降低了研发和制造成本。但同时该型火箭也存在一定局限性:受苏联时期铁路运输标准限制,一子级贮箱长度缩短导致推进剂装载量未达最优,一定程度上牺牲了运力上限,同时弗雷盖特上面级采用的有毒常温推进剂也不符合后续环保型火箭的发展趋势。
天顶-2FG作为专门为特殊任务定制的火箭型号,整个生命周期仅执行了1次发射任务,也是其唯一的一次飞行,发射记录如下:
| 发射序号 | 发射代码 | 发射时间 | 发射场 | 载荷 | 任务类型 | 发射结果 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2011-065 | 2011年11月8日 | 哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场(资料中TTMTR为拜科努尔45号发射台缩写) | PHOBOS-GRUNT(福布斯-土壤)火星探测器,国际编号2011-065A | 火星卫星取样返回深空任务 | 火箭发射阶段成功,载荷星箭分离后出现故障,任务最终失败 |
该次发射是天顶-2FG的首飞也是唯一一次飞行,火箭本身的飞行过程完全正常,成功将福布斯-土壤探测器送入预定的近地停泊轨道。福布斯-土壤是俄罗斯当时最重要的深空探测项目,计划前往火星卫星火卫一采集土壤样本并返回地球,同时还搭载了中国首颗火星探测卫星“萤火一号”。火箭将载荷送入轨道后,星箭正常分离,但探测器自身的主发动机未能按计划点火,无法脱离近地轨道飞往火星,最终于2012年1月坠入地球大气层烧毁。
尽管唯一的发射任务最终因探测器故障未能完成目标,但天顶-2FG火箭本身的飞行表现验证了其设计的可靠性,证明了天顶基础级与弗雷盖特上面级组合方案的可行性。由于该型火箭是为福布斯-土壤任务专项定制,任务结束后没有后续发射需求,因此并未投入批量生产,最终总发射次数定格为1次,发射成功次数(火箭本身飞行成功)为1次,累计携带卫星数量1颗。作为乌克兰南方设计局在苏联解体后为数不多的全新型号火箭,天顶-2FG也成为了天顶系列火箭发展史上特殊的技术验证型号,为后续天顶-3SL等海射型号的上面级适配提供了宝贵的飞行数据。