王 磊，贾洲侠，瞿 淼，上官石，马 原，厉彦忠

（1.西安交通大学制冷与低温工程研究所，710049 西安；2.北京强度环境研究所 可靠性与环境工程技术重点实验室，100076 北京）

0 引言

上面级是在基础级或重复使用火箭上面增加相对独立的一级或多级。通常，其工作端进入地球轨道，可将一个或多个航天器送入预定轨道，具有多次起动、短期在轨工作、自主飞行、多任务适应性等特征[1-2]。无上面级时，运载火箭须将卫星送入“转移轨道”后再利用卫星自身变轨能力到达工作轨道。该过程消耗数吨燃料，影响卫星寿命。采用上面级后，上面级托举卫星在太空“接力”飞行，仅需几个小时即可将卫星送入工作轨道[3]。因此，研制高性能上面级对未来的航天高效发射意义重大。相较于常规液体推进剂，采用低温推进剂的上面级平台更加受到各国重视。

1 国内外上面级性能比较

表1列举了国内外主要上面级平台及其关键参数，图1给出了上面级推力对比情况，图2展示了比冲对比结果。可以看出，与世界航天格局相似，美国、俄罗斯的上面级技术居于领先水平。美国在80年代前研制了各类上面级10余种，典型代表包括“阿金纳”“半人马”及服务于“阿波罗”登月计划的“土星V号”S-IVB级。其中，采用液氢/液氧组合的“半人马”上面级获得巨大成功，在多种重要载荷发射中发挥了重要作用。80年代后，美国持续改进“半人马”上面级，包括增大上面级推力、提高比冲，延长在轨滑行时间等。目前，“半人马”上面级的低温推进剂在轨贮存时间已超10 h[4]。……