首先我們要知道什麼是“上面級”？顧名思義，火箭最上面的一級即為“上面級” 上面級是多級火箭的第一級以上的部分，通常為第二級或第三級。上面級最早是用來完成地球低軌道發射任務的 。如今，它的功能已經發展到完成從低軌道到同步轉移軌道、地球同步軌道、太陽同步軌道等各種軌道的有效載荷運送，併成為在軌機動、航天器返回地球等航天活動的主角。運載火箭的運載能力在很大程度上取決於上面級。上面級有助於提高了運載火箭任務的靈活性，受到了世界各航天強國的普遍重視。美國的半人馬座、俄羅斯的微風和護衛艦都是著名的上面級，都具備多星多軌道發射能力，可用於快速組網，如俄羅斯就曾向歐空局建議，使用質子/微風火箭一箭六星發射，快速廉價完成伽利略衛星導航系統的組網，最終歐空局選用了自己的阿里安5ES火箭，以一箭四星的方式進行伽利略系統的組網。先進上面級已經成為運載火箭技術發展的潮流，隨著中國北斗衛星導航系統發展的要求，以及新一代通訊衛星的研製，中國研製一種具備長時間滑行和多次啟動能力的先進上面級，是提高中國航天技術水平，確保中國航天大國地位的必然選擇。雖然低溫氫氧推進劑比衝很高，但需要解決長時間滑行過程中氫氧推進劑的蒸發問題，而中國缺乏相關技術積累。中國先進上面級使用常溫推進劑，還可用於將深空探測器的、直接送入環月軌道和環火軌道，這是目前任何一種低溫推進劑先進上面級所無能為力的。所以為何“上面級”對航天科技如此重要

上面級任務性質介於運載器與航天器之間，既可以像運載火箭那樣提供推力，又可以像航天器那樣具備獨立的電氣系統，在軌道上長時間工作。

此外，它的發動機採用了更適合在真空環境中工作的設計，可以在太空中點火，有些甚至具備多次啟動的功能。可以說，上面級是一位太空多面手，可以利用其綜合能力強的優勢執行一些較為複雜的發射。

例如，美國研製的“半人馬座”上面級，和宇宙神火箭一起，將去往月球的“測量員1號”探測器送入奔月軌道。在此次飛行中，去往月球的變軌技術和航天器在月球的軟著陸技術得到驗證，還讓美國成為了第一個使用無人航天器登陸月球的國家。之後，它還為美國許多重要的科學衛星提供了變軌的推力。

太空梭是一種運載能力強大的航天器，它還可以搭載達多達27.5噸的載荷到達近地軌道。除了搭載航天員，太空梭也常被用作衛星發射平臺。然而，由於太空梭本身只能飛行在近地軌道上，要想發射在其他軌道上工作的衛星，就只能藉助於上面級的力量。

為此，NASA選用了由波音公司開發的“慣性”上面級。與阿金納、半人馬座兩種採用液體燃料的上面級不同，慣性上面級採用了固體燃料，因此啟動後必須連續工作，不能多次重複啟動。

起初，NASA也考慮過使用半人馬座和太空梭做搭檔。但在挑戰者號太空梭事故後，NASA再不願意承擔液體燃料上面級所帶來的額外風險，轉而選擇了慣性上面級。

在實際發射中，慣性上面級被安裝在太空梭背部的有效載荷艙中。當太空梭到達近地軌道、準備發射衛星時，太空梭將開啟載荷艙，將上面級和衛星的組合體抬起約50度。

之後，太空梭釋放衛星與上面級的組合體，待太空梭撤離到安全距離之外後，上面級開始在太空中點火工作，將衛星送到合適的軌道。上面級在釋放衛星的同時，還會降低自身軌道，防止和剛發射的衛星相撞。

運載火箭的角色類似飛機，將上面級和衛星從地面運送到太空中的某條軌道上；而上面級的作用類似機場大巴，透過自身的工作再將各個衛星送入各自不同的軌道。

這樣，不但提高了發射效率，還能使衛星無需再為變軌而消耗燃料，從而能將所有的燃料都用於在軌道上的正式工作。

衛星的燃料一旦耗盡，便沒法再維持自身姿態和軌道，即便其他裝置已讓工作良好，也不得不做報廢處理。因此，節省的燃料可以讓衛星再軌道上工作更長時間。從這個意義上講，上面級也是衛星的“續命大師”。在衛星與上面級分離時，將根據衛星本身的特點制定“下車”方案，使得它們在離開時，不會互相干擾和碰撞，保持上面級的重心平穩。對於重量較大的衛星，可以採用彈簧彈射的分離方式與上面級分離。而重量較小的衛星，則可以採用燃料燃燒產生的氣流將其推出出去。

中國曾經為了完成“銥星”通訊衛星和“雙星”科學探測衛星的發射任務而研發過固體燃料上面級。然而，這些上面級都是針對特定任務開發的，功能比較單一。進入新世紀後，中國開發了“遠征”系列上面級，真正擁有了功能比較強大的“太空擺渡車”。

目前，遠征上面級家族已有3名成員。

1、遠征一號上面級是基本型，主要針對中高軌的直接入軌任務，只有兩次啟動能力。

2、長征七號首發時使用的遠征一號甲上面級實現了多次啟動、長時間在軌，目前啟動次數能達到20次，完成不同軌道的多星部署。

3、長征五號首發時使用的遠征二號上面級，是遠征一號系列化的產品，有兩臺發動機，運載能力更大，執行高軌多星的直接入軌任務。

隨著中國航天事業的進一步發展，這些上面級必將在更廣闊的舞臺上施展自己的本領。

出品：科學大院