太空擺渡車

中國首個“太空擺渡車”，長征-3C/遠征一號，在未來的探月、探火等深空探測任務。 ^[1] 

長征-3C/遠征-1是在原本3級的長征-3C火箭上面增加一級，從而變成4級火箭 ^[2]  。4級火箭的主要任務是搭載可以直接入軌的衞星。以往的3級火箭只能將衞星送至轉移軌道，即3級火箭發射的軌道是橢圓的，衞星需要變軌為圓形軌道。

而改進後的4級火箭可以直接將衞星發送至距離更為遙遠的目標軌道，衞星不需要再變軌 ^[2]  。3級火箭的飛行只需要半小時左右，而4級火箭則需要飛行4~6小時，能飛到幾萬公里的外太空 ^[2]  。

具有自主軌道機動能力，在軌飛行時間長，一般可多次啓動點火，滿足不同發射任務需求，能將一個或多個有效載荷(如衞星、空間探測器等)送入預定軌道，就如同機場的擺渡車 ^[2]  。

1.兼具運載器與航天器的技術特性，是在運載火箭或重複使用運載工具上面，增加的相對獨立的一級或多級，可依靠自身動力攜帶航天器繼續飛行。

2.可多次啓動。運載火箭將其送入太空後，“太空擺渡車”能多次點火啓動，滿足不同發射任務的需求。

3.工作時間長。長於運載火箭的工作時間，可以達到數小時、數天乃至數十天。遠征-1上面級首次採用了液體推進劑，在軌工作時間為6.5小時 ^[2]  。

4.可以先後把不同“乘客”送到不同目的地。在太空，“太空擺渡車”接力火箭繼續執行飛行任務，可通過飛行軌道的變化，將攜帶的一個或多個航天器直接送到工作地點。 ^[3] 

我國首個“太空擺渡車”2014年將首飛，在21世紀的探月、探火等深空探測任務，在軌道轉移、空間碎片清理等軌道服務，在新材料、新技術驗證等空間試驗領域等將發揮重要作用。 ^[4] 

中國運載火箭技術研究院研製的遠征一號上面級，2014年首飛在即。上面級是一種由基礎級運載器發射進入準地球軌道或地球軌道，能夠進一步將有效載荷從準地球軌道或地球軌道送入預定工作軌道或預定空間位置的具有自主獨立性的飛行器。 ^[4] 

從上世紀80年代末開始，中國先後研製出多型固體推進劑上面級，共進行了10次飛行，全部取得圓滿成功。但此前的上面級均為滿足某種單一任務而研製，遠征一號上面級則同時具備了多種特性，被火箭設計師稱為真正意義的“太空擺渡車”。 ^[5] 

運載火箭是將有效載荷送上太空的運輸工具，是由多級火箭組成的。上面級也是運載火箭的其中一級火箭，即運載火箭最上面的一級（或數級），也是最後一級火箭。上面級以下的幾級被稱為基礎級。

最初的運載火箭都不帶上面級，後來為了滿足有效載荷不同發射任務的需求，上面級才脱穎而出。有效載荷通常由基礎級運載器發射進入準地球軌道或地球軌道，再進一步由上面級送入預定工作軌道或預定空間位置。

之所以稱上面級為“太空擺渡車”，是因為運載火箭基礎級已經把“乘客”送上了太空，只不過還沒有到達最終目的地而已。這時,只有靠上面級的多次點火，給有效載荷（“乘客”）再多加幾把力，“乘客”才能到達想要去的位置。這就如同乘客乘車到了飛機場以後，仍然上不了飛機，需要再乘機場的擺渡車才能到飛機跟前一樣。

兩個足球隊打比賽，其中一隊的一些隊員把球已經傳到了對方的球門附近，這時候，一個隊員飛起一腳，將球射入球門。這最後的臨門一腳決定着比賽的勝敗。上面級也一樣，不管運載火箭基礎級工作得多麼優秀，運行得多麼順利，只要上面級出了問題，“乘客”仍然到不了目的地，整個發射也算失敗。最近兩年俄羅斯運載火箭先後出現了6次重大發射失敗，其中5次是上面級惹的禍。

由於上面級的結構複雜，空中點火次數多，工作時間較長，因此，它與基礎級相比更容易出現故障。 ^[6] 

美、俄（前蘇聯）等航天大國從20世紀五六十年代就開始發展上面級技術，已經研發出的上面級達數十種。公開資料顯示，美國在20世紀50年代末就開始進行上面級的研製，到現今共研製出10多種上面級，用於發射大、中、小型有效載荷。如“阿金納”、變軌級、有效載荷助推艙/Star-48B、惰性上面級、“半人馬座”上面級等 ^[2]  。典型的有“阿金納”和“半人馬座”上面級。

美國曾用航天飛機發射衞星和空間探測器，它是靠裝在貨艙內的有效載荷助推艙/Star-48B上面級來發射 ^[2]  。蘇聯/俄羅斯也先後打造了各種上面級。如D段、DM段、DM-SL段、微風-KM、微風-M和“弗雷蓋特”等上面級 ^[2]  。

歐洲在上面級技術方面雖然起步較晚，但其技術起點高，其上面級具有性能好和適應性強的特點，市場競爭力很強，研製了可貯存液體上面級EPS以及低温上面級ESC-A和ESC-B ^[2]  。

隨着近幾年來各國的發展和完善，運載火箭的上面級通常具有功能多、工作時間長等特點，可在太空中多次點火啓動，能攜帶多個航天器，通過飛行軌道的變化可先後把不同航天器送到不同目的地，滿足不同發射任務的需求。

針對運載火箭上面級具有多次變軌、高精度導航、星箭接口適應性強等特點，許多一箭多星任務可由上面級完成。如歐空局計劃採用一箭雙星的發射方式分兩次向兩個軌道面發射“伽利略”導航衞星。

而當地球靜止軌道衞星平台未裝遠地點發動機時，只能依賴火箭上面級直接送入軌道。自1978年以來，美國前五代GPS導航衞星已發射57顆，分別用“宇宙神”“德爾塔”等運載火箭送入轉移軌道後星箭分離，再依靠遠地點發動機到達工作軌道。與前五代GPS衞星相比，第六代GPS導航衞星不用遠地點發動機入軌，而用有上面級的“德爾塔-4M”或“宇宙神-5”運載火箭直接送入工作軌道。

另外，通過軌道設計，上面級可滿足一些任務的特定要求。如“半人馬座”上面級將美國“月球隕坑觀測與感知衞星”運送至月球軌道，並先後撞擊了月球。 ^[7]