赵海龙，张成印，曹红娟，程圣清

(北京航天动力研究所， 北京 100076)

0 引言

上面级是指在基础级运载火箭或运载器上增设的一级或多级[1]。上面级相对独立，工作模式和技术特点介于运载火箭与航天器之间：任务周期长，承受的空间环境近于航天器[2]；任务模式多、适应性强，发动机需要进行多次起动。但与航天器相比，上面级的轨道机动能力更强，发动机推力更大。上面级可将现有航天器直接发射入轨或大幅节省变轨时间，未来月球和火星等天体探测任务需要将探测器、卫星和飞船等航天器直接送入环天体轨道，采用高性能上面级可以减少运载火箭末级入轨的质量，与大型火箭组合后可以大幅提高运载能力。

美国的半人马座、欧洲的EPS以及低温上面级ESC—A/B、俄罗斯的微风以及弗雷盖特和KVRB等都是现役的上面级，均具备多星多轨道发射能力，可用于快速组网。我国为拓展现有运载火箭的工作能力，先后成功研制了远征系列YZ—1、1A、2、3上面级[3]，这些上面级的主发动机使用常规推进剂，都存在推力及性能偏低和任务适应性不足的问题。我国日益扩展的空间活动，要求上面级具备高性能(比冲大于360 s)、长期在轨以及较高轨道机动能力。相应地，上面级主发动机需具有如下能力：①比冲高；②多次起动能力；③空间可长期贮存；④高可靠性[4-6]。

本文针对未来先进上面级发动机技术发展的需求，分析了液氧/甲烷推进剂组合的技术特点，对比了发动机系统循环方式，提出了闭式膨胀循环液氧/甲烷发动机系统方案，并介绍了30 kN液氧甲烷发动机系统、推力室、涡轮泵和发动机总装产品的技术方案和研究进展。……