太空摆渡车，航天大国必修课_航天_外空网

xing123 发表于 2016-10-31 18:56:15

太空摆渡车，航天大国必修课

核心提示：3月3日，全国政协委员、中国运载火箭技术研究院党委书记梁小虹在接受媒体采访时表示，中国首个“太空摆渡车”（远征一号上面级）今年将首飞。上面级是运载火箭功效的“增强器”，可在很大程度上扩大运载火箭能够适应的任务范围，对各航天大国都是一种非常重要的技术。未来，上面级技术可在探月、探火等深空探测任务,轨道转移、空间碎片清理等轨道服务,新材料、新技术等空间试验领域发挥重要作用。早在2012年的珠海航展上，我国就展出过先进上面级的模型。上面级是指火箭第一级以上的部分，可以是第二级、第三级甚至第四级，能够进一步将有效载荷从准地球轨道或地球轨道送入预定工作轨道或预定空间位置。图为美国战神系列运载火箭结构示意图，其上面级采用了土星-5号火箭上面级发动机J-2的改型。多轨道发射常规火箭无能为力常规运载火箭需要增加级数或采用末子级二次点火技术才能将载荷送入更高的轨道，无法发射多个不同轨道要求的载荷。此时，有着“太空摆渡车”之称的上面级就派上了用场。目前，各航天大国的常规运载火箭都具备将有效载荷送入低地球轨道（距离地面高度约1000公里以下的轨道）的能力。一般情况下，常规液体运载火箭级数为2～3级，固体火箭为3～4级。在此基础上，如果需要将载荷送入更高的轨道或大椭圆轨道，就需要增加运载火箭的级数，或采用先进的末子级二次点火的技术。另一方面，即使运载火箭具备较多的子级或二次点火启动的能力，对于一些特定任务依然是不够的，尤其是在发射多个不同轨道要求载荷的时候。因为常规运载火箭是依靠一次性电源供电的，即使推进剂足够，也不可能在轨道上停留太长时间。此时，常规运载火箭就显得无能为力了。因此，研制能够多次启动，且可以数小时乃至数天在轨停留的先进上面级，就成为适应这类任务需求的最佳选择。据梁小虹介绍，上面级具备多个特点：能在太空中多次点火启动，满足不同发射任务的要求；工作时间长于运载火箭，可达数小时、数天乃至数十天；能携带多个载荷，通过飞行轨道的变化将载荷送入预定轨道。冷战期间，美苏两国都研制了先进上面级。其中，美国以RL-10氢氧发动机为核心，通过上面级数小时的长时间滑行和发动机的三次点火将卫星送入静止轨道。苏联则以常温的偏二甲肼推进剂发动机为核心，研制出了Fregat、Block DM等系列上面级，用于从高纬度发射场发射高轨道卫星。2013年年底，美国“ 先进上面级”试验首次完成了一箭28星的发射，随后不久俄罗斯实现了创纪录的一箭32星的发射。近年来，日本和欧洲也同样开展了上面级的研制工作。因此，上面级的作用是毋庸置疑的。2013年，美国和印度分别发射了火星探测器。其中，印度的火星探测器依靠自身动力入轨，在地球轨道加速了一个月才脱离地球引力，整个飞往火星的行程预计将历时3年。而美国的火星探测器由于运用了先进上面级技术，在发射的1小时内即脱离地球引力圈飞向火星，充分显示了上面级技术应用的巨大价值。“远征一号”并非中国首个上面级早在“远征一号”之前，中国在承担外星发射任务时就曾研制并成功应用过上面级。公开资料显示，我国早在上世纪90年代就曾经研制过固体上面级。当时我国的长二捆运载火箭只能将载荷送入低地球轨道，为配合国外卫星的商业发射，我国成功研制了EP？KM固体上面级。后来，我国在与欧洲合作执行“双星”计划任务时，由于要将两颗卫星分别送入近赤道和极轨的大椭圆轨道，而所选择的运载火箭又是只有两级的长二丙火箭，因此也研制了相应的固体上面级，成功地实施了两颗卫星的发射任务。上面级分固体和液体动力两种，固体上面级构造简单，实现比较容易，航天飞机在执行卫星发射任务时也经常使用，其缺点是能够适应的任务范围非常单一。采用液体动力系统的上面级，因为具有多次启动能力，能够适应多个载荷的发射任务。上面级未来妙用多有了上面级，卫星可以设计得更小，在轨寿命可以更长。此外，上面级还有其他妙用。目前我们发射地球同步轨道卫星，都是由运载火箭将卫星发射到大椭圆轨道，然后由卫星在远地点变轨，进入圆形的地球同步轨道。这个过程需要消耗卫星大约自身重量一半的推进剂才能实现。因此我们看到的通信卫星虽然都很大，但实际上留给有效载荷的重量和空间并不多。有了上面级，就可以在将卫星送入地球同步转移轨道后，经过十几个小时之后再次点火，将卫星直接送入地球同步轨道。这样，卫星就可以做到原来的一半大小。而且,运送完这些卫星，上面级可以自行进入垃圾轨道，不占用宝贵的同步轨道位置资源。如上所述，上面级的技术虽然与常规的运载火箭有较大差异，但由于用途广泛，功能强大，因此，已成为各航天大国的“ 必修课”。我国在这个阶段发展上面级技术，也是可以理解的必然选择。（杨宇光/文郭牧/制图）

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