本报记者 李光敏

　　中国运载火箭技术研究院党委书记梁小虹日前接受媒体采访时表示，中国首个“太空摆渡车”（远征一号上面级航天运载器）今年将首飞。

　　中国航天技术研究专家丁文华介绍，“太空摆渡车”指火箭基础级以上的部分，基础级可能是一级或者几级，上面级可以进一步将有效载荷（包括卫星、飞船等）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。

　　丁文华说，先进上面级已经成为运载火箭技术发展的潮流。这主要是因为，它可以使火箭的性能提高，工作时间更长，同时提高发射任务的适应性，实现一箭双星或一箭多星任务发射，从而壮大国际发射服务市场。换句话说就是，有了它，能办的事儿更多了。

　　更高更远更多

　　有时候，我们乘坐飞机，需要经过机场的摆渡车中转，才能到达飞机停放地点。上面级由于其在发射任务中的“中转”作用，有了“太空摆渡车”这一形象的称呼。

　　一般情况下，常规液体运载火箭级数为2到3级，固体火箭为3到4级。目前，各航天大国的常规运载火箭都能将有效载荷送入距离地面高度约1000公里以下的低地球轨道。要将载荷送入更高的轨道或大椭圆轨道，则需要增加运载火箭的级数，或采用先进上面级多次点火的技术。

　　根据梁小虹的介绍，“太空摆渡车”不仅能靠自身动力系统自主飞行，还能在太空中多次启动，工作时间也长于普通运载火箭，可达数小时、数天乃至数十天，此外，它还能携带多个载荷，通过飞行轨道的变化将这些不同的“乘客”送到不同的目的地。

　　目前，上面级“太空摆渡车”研制已经成为各国航天技术“必修课”。起步最早的美国和苏联，上世纪50年代就已经研制出数十种类型各异、功能多样的上面级，以满足多种航天任务的需要。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，而此后不久，俄罗斯更实现了创纪录的一箭32星的发射。

　　欧洲航空局虽然迟至上世纪80年代末90年代初才开始上面级的研制，但起点很高。其最经典的阿里安5火箭，已在目前国际商业发射服务市场中占有一半以上的份额，且绝大部分发射任务采用一箭双星发射方式。

　　堪比临门一脚

　　当然这方面失败的例子也时有所闻。丁文华研究统计，自2001年4月7日首发以来，俄罗斯质子-M系列共进行了53次发射，5次失败，其中4次是由于上面级故障导致的。

　　据俄事故调查委员会的结论，2011年8月快车-AM4发射失败是因为上面级控制程序编制错误。2010年12月俄罗斯三颗导航卫星坠入太平洋，则是由于先进上面级燃料加注过多所致。

　　长时间滑行、多次启动能力是先进上面级的关键技术，也是最难的技术，稍有不慎就会导致故障，进而导致整个发射任务的失败。先进上面级和卫星发射之间的关系，堪以“一荣俱荣、一损俱损”八个字来形容。

　　关于上面级的重要性，丁文华则用了个足球场上的比喻。“队员已经把球踢到了球门口，这时候一个人过来，临门一脚，把球给射进球门。上面级要做的就是那临门一脚。基础级已经把有效载荷送到太空，但还没到目的地，上面级会完成最后的任务，把有效载荷送到目标轨道。”

　　受发动机工作时间的限制，一般运载火箭发射地球同步卫星时，都是将卫星打入近地点200多公里左右、远地点35800公里的同步转移轨道，然后由卫星在远地点自行变轨，进入圆形的地球同步轨道。这不仅对卫星大型太阳翼和天线展开技术提出了很高要求，还要求卫星携带大约自身重量一半的推进剂用于变轨。

　　先进上面级可以提供的推力可顺利帮助卫星实现有效转移，如此一来，卫星就可少带推进剂，多带有效载荷，大大提高工作效率。换个角度，有了先进上面级，卫星原本应当用于变轨的推进剂就可节省下来，以供其工作更长时间，延长寿命。

　　此外，相比卫星自行变轨，依靠先进上面级进行轨道转移也高效很多。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。

　　远征一号首飞

　　据公开资料，我国上世纪80年代末90年代初才开始研制上面级。在20世纪初与欧洲合作执行“双星”计划任务时，我国的上面级技术得到很大发展。由于当时拟采用的长征二号丙火箭无法按要求将两颗卫星分别送入近赤道和极轨的大椭圆轨道，科研人员研制了一个新的上面级，并安装了控制系统与遥测系统。火箭升空后，基础级的一、二级火箭按正常程序关机、分离，先将一颗卫星送到近地点500多公里高度，与此同时，上面级启动工作，固体发动机调姿变轨，将另一颗卫星送入了远地点7万多公里的预定轨道。

　　此次双星发射还首次引入太空环保概念，即火箭增加了返回控制功能。当火箭把卫星送入轨道实施星箭分离后，通过在太空完成复杂的调姿动作，然后返回大气层烧毁，以免成为漂浮的太空垃圾。据测算，如果在星箭分离后任由火箭在太空漂浮，它将在100年之后才能坠落回大气层。假设每次发射都把剩余火箭留在太空，将形成大量太空垃圾，对航天器的安全构成极大威胁。

　　2009 年，我国启动了远征系列上面级研制，主要包括远征一号和远征二号两种构型。远征系列上面级采用产品化设计，分别与长征三号甲运载火箭系列和中国新一代大型运载火箭——长征五号系列组合，承担一箭一星、一箭双星和一箭四星直接入轨发射任务。

　　根据梁小虹的介绍，远征一号上面级将于今年首飞，首次采用液体推进剂，在轨工作时间为6.5小时。这次首飞试验不执行具体任务，但会模拟未来任务的全过程。梁小虹说，该技术掌握后，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。