全国“两会”期间传出消息，我国首个“太空摆渡车”——“远征一号”上面级将于今年首飞。这次首飞试验会模拟未来任务的全过程。该技术掌握后，将在我国未来的月球、火星等深空探测任务中，在轨道转移、空间碎片清理等轨道服务中，在新材料、新技术验证等空间试验领域中发挥重要作用。

  “最后一程”故障尤其多

  运载火箭是将有效载荷送上太空的运输工具，是由多级火箭组成的。上面级也是运载火箭的其中一级火箭，即运载火箭最上面的一级（或数级），也是最后一级火箭。上面级以下的几级被称为基础级。

  最初的运载火箭都不带上面级，后来为了满足有效载荷不同发射任务的需求，上面级才脱颖而出。有效载荷通常由基础级运载器发射进入准地球轨道或地球轨道，再进一步由上面级送入预定工作轨道或预定空间位置。

  之所以称上面级为“太空摆渡车”，是因为运载火箭基础级已经把“乘客”送上了太空，只不过还没有到达最终目的地而已。这时,只有靠上面级的多次点火，给有效载荷（“乘客”）再多加几把力，“乘客”才能到达想要去的位置。这就如同乘客乘车到了飞机场以后，仍然上不了飞机，需要再乘机场的摆渡车才能到飞机跟前一样。

  由于上面级的结构复杂，空中点火次数多，工作时间较长，因此，它与基础级相比更容易出现故障。

  已经历几十年发展过程

  美、俄（前苏联）等航天大国从20世纪五六十年代就开始发展上面级技术，已经研发出的上面级达数十种。欧洲在上面级技术方面虽然起步较晚，但其技术起点高，其上面级具有性能好和适应性强的特点，所以市场竞争力很强。

  按照推进剂类型，上面级分为固体上面级、液体上面级和固液混合型上面级。固体上面级最大的特点是简单，不足是推进剂加注量难以改变，因此，这种上面级一般只适用于一种或一类的发射任务，任务适应能力较差。而液体上面级任务适应能力则相对较强。因此，早期的上面级都是固体上面级，而近期发展的都是液体上面级。

  美国在20世纪50年代末就开始进行上面级的研制，到目前总共研制出10多种上面级，用于发射大、中、小型有效载荷。典型的有“阿金纳”和“半人马座”上面级。

  前苏联从20世纪60年代末期开始对已有的运载火箭进行升级，对技术相对成熟的运载火箭如联盟号、质子号和天顶号火箭进行改进，在火箭上加装各种上面级，先后研制出D段、DM段、微风-M、KVRB和“弗雷盖特”等上面级。

  目前，欧洲的阿里安-5运载火箭在国际发射服务市场中占有一半以上的份额，大部分采用一箭双星发射的方式。为了提高阿里安火箭的适应性，欧空局先后研制了可贮存液体上面级EPS以及低温上面级ESC-A和ESC-B。

  通常可执行四大类任务

  上面级通常具有功能多、工作时间长等特点，可在太空中多次点火启动，能携带多个航天器，通过飞行轨道的变化可先后把不同“乘客”送到不同目的地，能满足不同发射任务的需求等诸多优点。

  多星发射与部署针对运载火箭上面级具有多次变轨、高精度导航、星箭接口适应性强等特点，许多一箭多星任务可由上面级完成。如欧空局计划采用一箭双星的发射方式分两次向两个轨道面发射“伽利略”导航卫星。

  火箭运载能力增加通过优化设计，提高上面级的性能（如增加比冲、推进剂，减少结构重量），在基础级火箭不变的条件下，可一定程度提高运载能力。

  完成特定入轨任务通过轨道设计，上面级可满足一些任务的特定要求。如“半人马座”上面级将美国“月球陨坑观测与感知卫星”(LCROSS)运送至月球轨道，并先后撞击了月球。

  “远征一号”

  是真正的“太空摆渡车”

  据长征-3A系列运载火箭总设计师姜杰在全国“两会”期间接受专访时透露，2014年第四季度，我国首个自主研发的四级火箭——长征-3C/远征-1将首飞，发射“北斗”全球导航卫星的试验卫星。

  我国从上世纪80年代末90年代初才开始研制上面级，先后研制出多种固体推进剂上面级，共进行了10余次飞行，全部取得成功，但它们均是针对专项工程研制的，不具备多次启动的能力，其应用范围有很大的局限性。

  为了适应不同的发射任务，我国新研制的“远征一号”上面级能在与运载火箭基础级分离后，（将）用自有的控制系统、动力系统按预定计划继续飞向深空，直到把卫星送到预定位置，再与卫星分开。

  “远征一号”是我国首次采用液体推进剂的上面级，在轨工作时间达6.5小时。“太空摆渡车”的问世，将大大增强我国运载火箭的任务适应性。

  据介绍长征-3C/远征-1发射属于“一箭一星”直接入轨发射。而2015年将迎来长征-3B/远征-1火箭的首飞，实现“一箭双星”首次直接入轨发射，搭载2颗“北斗”导航卫星。

  《北京日报》2014.3.12文/丁文华