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运载火箭功效的“增强器”——上面级
中国军网    2018-08-27 09:36:54    文字:【】【】【
摘要: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。
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。

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。

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。

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。

资料图

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。

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。

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。

长三乙火箭箭体吊装

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。

(中国航天报飞天科普周刊)

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