发展概况

一次使用运载火箭是迄今为止人类进入空间最主要的手段.从1957年苏联使用“卫星号”运载火箭发射第一颗人造卫星至今,一次使用运载火箭已走过了半个多世纪的历程.世界各国初期的运载火箭基本是从弹道导弹改进而来的,普遍存在型号众多、任务适应性低、成本高等不足.从20世纪90年代开始,面对不断增长的空间资源开发需求以及日益激烈的商业发射市场竞争环境,各航天大国在不断改进现有火箭的同时,大力研制新一代运载火箭.新一代运载火箭的发展,已经完全突破第一代运载火箭在导弹武器基础上发展所带来的限制,从设计开始就考虑民用与商用目标,并且以低成本、高可靠作为主要设计原则,采用模块组合、系列规划的发展思路.2

国外研究进展美国美国正在使用的主要一次性运载火箭系列包括宇宙神、大力神和德尔塔3个系列，近年来还出现了“雅典娜”、“金牛座”和空射型的“飞马座”等小型运载火箭。近期投入使用的宇宙神3和德尔塔3是这两个系列向更先进的火箭系列——宇宙神5和德尔塔4过渡的型号。宇宙神5和德尔塔4作为美国空军资助研制的“渐进一次性运载器”（EELV)中的两个竞争型号，将逐步取代现役各型宇宙神、大力神和德尔塔火箭，成为美一次性运载火箭的主力箭种。3

俄罗斯前苏联在冷战时期表现出了强大的航天发射实力。前苏联解体后，由于经济形势的变化和国内航天活动的减少，俄航天发射次数呈现明显的下降趋势。近年来，为利用其发射能力，俄在商业发射领域表现日渐活跃，西方一些厂家也不失时机地同俄运载厂家建立合作关系，向商业用户推销俄火箭的发射服务。俄不仅大力利用其各型退役导弹，在改装后用于航天发射，还加紧对几种现役火箭进行升级改造，并在研制全新的“安加拉”系列火箭。3

欧洲欧洲的阿里安运载火箭在目前的国际商业发射市场上占据着半壁江山，目前正在由阿里安4向阿里安5过渡。截止到2001年9月底，阿里安4火箭已发射106次，并实现了连续64次发射成功。阿里安5也已进行了10次发射。4

日本日本的现役运载火箭主要分为固体的M系列和以液体为主的H系列。H-2运载火箭1999年11月在发射卫星时因第一级故障而失败，使极力想在国际商业发射市场上抢占一席之地的日本人又遭受一次重创。这是H-2连续第二次发射失败。这次发射所用火箭的采购及发射费用达2.28亿美元，约是欧洲阿里安火箭或美国宇宙神2AS火箭的3倍。正是因为发射价格太高，无法在国际卫星发射市场上立足，日本才急于尽快完成由H-2向H-2A系列的过渡。连续两次失败后，日本断然决定取消H-2的最后一次发射，集中精力发展H-2A。4

四国合作的“海射”系统1999年3月，由俄能源科研生产航天中心、美波音公司、乌克兰南方科研生产联合体和挪威克瓦内尔造船公司合资开发的“海射”系统进行了首次海上卫星发射，开创了航天发射的一个新方式。美国波音公司在该项目中起着牵头的作用。4

“海射”系统由指挥控制船、发射平台和运载火箭等部分组成，由海射公司负责经营。系统所用的天顶3SL火箭的下面两级由南方联合体提供，上面级和整流罩分别由能源中心和波音公司负责。自行式的发射平台由克瓦内尔公司从一座因火灾而报废的大型半潜式北海石油钻井平台改建而成，重3.1万吨，长133米，宽60米，可以22公里的时速航行。由克瓦内尔公司下属的苏格兰格拉斯哥造船厂设计建造的指挥控制船长达200米，除用于发射指挥外，还兼作火箭的处理设施。海射公司在美国加州长滩设有母港，指挥控制船和发射平台要从这里驶往赤道海域实施发射。目前该系统每年可发射6次左右。4

利用海上发射平台到赤道海域发射的最大优点是可充分借用地球的自转力，提高运载能力。发射平台的海上机动能力也为整个系统带来了使用上更高的灵活性。天顶号火箭虽然成功率不算高，但其水平组装、自动起竖和自动加注等特点却非常适合海上发射。

其他国家除上述国家和组织外，世界上还有一些国家在发展或改进运载火箭。以下是其中几项计划的动态和进展情况。

印度印度通过多年的努力，已研制出了3种型号的运载火箭，包括正在使用的“极轨卫星运载器”（PSLV)。新研制的“静地卫星运载器”（GSLV)为三级运载火箭，可将2.5吨的有效载荷送入静地转移轨道。它的第一级使用固体芯级发动机，另外捆绑4台液体助推器；第二级使用液体发动机；上面级使用低温氢氧|发动机。前几次发射使用由俄罗斯提供的上面级，随后将改用印度正在自行研制的一种低温上面级。该火箭的首次发射已于2001年4月18日进行。4

巴西1999年12月11日，巴西用该国自行研制的“卫星运载器”(VLS)1两级运载火箭进行了一次发射，但以失败而告终，火箭在起飞3分20秒后因失控而自毁。VLS高19.4米，造价750万美元，第一级由4台固体助推器捆绑而成，第二级使用一台与一级发动机相近的发动机。飞行中一级工作良好，但二级没能点火。VLS火箭此前只在1997年11月发射过一次，但因第一级一台助推器出故障只飞行了65秒。尽管两次试射失败，巴西仍然没有放弃研制自己的运载火箭，但已开始寻求外部技术援助，可能会引进俄上面级技术。4

以色列以色列已发展了“彗星”运载火箭，并利用它发射了自己的卫星。有报道说，该国模块航天运输公司提出了一种运载火箭设计，称“星”460。该火箭可把重达25吨的一组卫星送入低地轨道。它将使用俄制火箭发动机，一级为RD-171，二级为RD-0124。4

韩国韩国1999年12月宣布，将在2005年前用国产运载火箭发射自己的卫星。韩用自己制造的设备兴建一座卫星发射场，场址已选定为全罗道高兴沿海的外罗老岛。发射场于2001年动工，2004年试运行，需投资1300亿韩元。韩已拥有过6颗卫星，但都是由别国火箭发射的。2001年初有报道称，韩国将用42.6亿美元发展一种更大的国产卫星运载火箭。这种运载火箭可把1吨重的卫星送入低地轨道，于2010年开始发射。

巴基斯坦2000年初有报道说，巴基斯坦正在研制一种卫星运载火箭，准备在“两三年”内对其进行试验。

国内研究情况我国运载火箭以长征火箭为主，截至2008年8月,长征运载火箭完成了108次发射，并且取得了连续66次发射成功的成绩.目前我国新一代运载火箭基本型己进入工程研制阶段，在这样的大背景下，有必要重新审视我国运载火箭的能力与现状、成就与不足，认真思考我国一次性运载火箭的发展思路.2

现状我国航天运载技术的发展起步于20世纪50年代，经过50余年的发展，我国先后成功研制了长征一号、长征二号、长征三号、长征四号等15个型号的运载火箭，实现了从常温推进剂到低温推进剂、从串联到捆绑、从一箭单星到一箭多星、从发射卫星到发射载人飞船的跨越式发展，组成了相对完备的运载火箭型谱，近地轨道(LEO)运载能力达到8500kg,太阳同步轨道(SSO)运载能力达到6100kg,地球同步转移轨道(GTO)运载能力达到5500kg,基本能够满足不同用户的需求.2

2007年6月1日，长征火箭走过了100次发射的光辉历程.前50次发射用了28年的时间，而近年来在各方面需求的牵引下，用10年的时间完成了58次发射，实现了我国长征系列运载火箭历史上的2个突破：高密度发射的突破和连续发射成功次数的突破.与此同时，运载火箭在可靠性、适应能力、研制能力等方面取得了突出的成绩.

但也应该看到，我国长征运载火箭仍然属于“家族式”系列，每个运载型号的发展都源于特定的需求，型号技术状态差别较大，也还存在运载能力重叠的现象，还不是真正意义上的“系列化”运载火箭；尽管通过大量的可靠性増长工作不断提高飞行成功率，长征运载火箭的设计可靠性仍然偏低；在役的长征火箭运载能力相对于国外的新型运载火箭有较大的差距,对于大型和重型有效载荷的发射要求己经难以通过进一步挖潜来予以满足，一定程度上抑制了有效载荷的进一步发展，同时长征火箭在满足小卫星发射方面还存在空白，另外上面级能力的不足限制了运载火箭的适应性的提高,不能满足多星发射及空间运输的需求，构成了未来技术发展的瓶颈.2

发展需求**（1）运载火箭技术亟需提高**

当今世界各航天大国都在积极研制高可靠、低成本、大直径、少级数、使用无毒无污染推进剂的新型运载火箭，都在分阶段、有步骤地开展原有运载火箭的更新换代.这些新型运载火箭的近地轨道运载能力一般超过20t,地球同步转移轨道运载能力可达到10t以上，通过系列规划、模块组合可以适应不同轨道发射任务的要求.目前以美国的宇宙神-5、德尔它-4,欧空局的阿里安-5,日本的H2-A等为代表的各种新型运载火箭都己投入使用，原有火箭正在逐渐退役，这些国家(地区)己经或者即将全面完成一次性运载火箭的更新换代.2

我国长征火箭虽然取得了举世瞩目的成就，但是与国外新型运载火箭系列相比还有比较明显的差距.面对国外运载火箭发展的强劲浪潮，我国运载火箭需要尽快弥补不足、迎头赶上，尽快缩小与国外先进运载火箭技术的差距。

（2）应用需求日益旺盛

我国政府对于航天事业高度重视，在不断丰富和完善卫星种类与体系的同时，积极发展载人航天事业，积极开展以月球探测工程为代表的深空探测活动.2

根据我国卫星型号与专业技术发展规划，未来的卫星发展将以大型卫星和小卫星星座为主，地球同步轨道卫星和非地球同步轨道卫星的发射需求潜力都很大.初步统计表明，未来15年左右的时间里,我国军用与民用卫星发射数量将超过200颗.目前以上卫星己有部分选定现有运载火箭进行发射，但还有相当一部分与新一代运载火箭的研制计划相衔接.此外，由于卫星与运载的发展是相互关联的，如果运载火箭的发展能够为卫星提供更大的运载能力、包络尺寸和更好的飞行环境，则卫星的设计难度将有一定程度的降低，发射数量还可能进一步増加.

此外，二代导航二期工程、高分辨率对地观测系统重大专项、载人航天工程、月球探测工程以及未来可能的载人登月任务及其他的深空探测任务等都对运载火箭的发展提出了迫切的需求.2

（3）航天发展运载先行

从我国运载和卫星的发展过程以及世界运载火箭的发展过程均表明：航天发展，运载先行，运载技术对航天发展有明显的推动作用.充分发挥运载的推动作用，为航天发展提供良好的基础条件，满足国内空间技术当前及未来的发展需求.空间应用和运载技术互相促进、协调发展的形式，将会对我国航天的发展产生巨大、积极的影响，使我国的航天技术获得持续、长足的发展.2

发展展望（1）以满足基本应用需求为核心、合理规划新一代运载火箭型谱。

我国新一代运载火箭经过近20年的基础预研及 关键技术攻关，其基本型的研制于2006年10月正式获得立项批复，现已进入工程方案设计阶段.2

我国新一代运载火箭按照“立足长远、统筹规 划、优先发展、分步实施”的发展原则，遵循“一个系 列、两种发动机、三个模块”的总体思路，贯彻“通用 化、组合化、系列化”的设计思想，通过模块化组合 方式，可以形成包括5 m直径大型运载火箭、3.35 m 直径中型运载火箭和小型运载火箭在内的火箭系列, 其近地轨道运载能力最大达到25 t、地球同步转移轨 道运载能力最大达到14 t,能大幅提升我国进入空间 能力，除了满足卫星发射的需求，还能满足未来月球 探测工程发射较大规模的月球返回探测器、载人航天 工程的20 t级空间站等大型有效载荷的需求.

但是这些构型中有些构型的能力有重复，需在 综合考虑能力需求以及对未来任务的适应性、成本、 可靠性等因素的基础上，合理地进行归并与浓缩，形 成能很好地满足未来基本需求、并且构型较少的运载 火箭型谱，力争在20年内完成一次性运载火箭的更 新换代.2

（2）以满足特殊应用需求为补充、完善一次性运载火箭型谱。

为满足后续载人登月任务的需求，要求运载系 统奔月轨道和环月轨道的运载能力分别为50和30 t. 我国在役和正在研制的新一代运载火箭都无法完成 载人登月任务，在利用新一代运载火箭的发动机和 箭体直径等技术条件的基础上，发展起飞重量千吨 级的超大型运载火箭，采用轨道交会对接的方式，是 我国在2030年前实现载人登月的现实可行的方案.根 据登月规模的需求，后续也可考虑发展起飞重量3000 t级的重型运载火箭完成建立月球基地等大规模的载 人登月任务并进一步提高我国进入空间的能力.2

为满足军事现代化对快速响应空间的要求，对 具备应急快速发射能力运载器的需求日益迫切.除 液体小运载外，还可发展车载发射固体小运载、空中 发射小型运载火箭，按照液体小运载依靠简易设施 周发射、固体小运载天发射和空射小运载小时计发射 的指标，逐步实现快速进入空间的目标.2

因此，在一次性运载火箭领域，超大型和重型运 载火箭作为未来载人登月和大规模深空探测的基础, 空射小型运载火箭和车载发射固体小型运载火箭作为快速进入空间的重要途径，都是未来一次性运载 火箭型谱的重要补充.

（3）以研制上面级为切入点、提升运载火箭的任务适应能力。

上面级是在基础级火箭上面増加的相对独立的 一级(或多级)，具有较强的任务适应性，其工作段通 常己经进入地球轨道，是提高火箭性能和提高任务 适应能力的有效途径之一.我国下一代运载火箭在 应用相应的上面级后，其适用范围将会得到进一步 扩大，直接把空间飞行器送入太阳同步轨道、地球同 步轨道和环月轨道的运载能力也会得到进一步加强. 同时，载人登月任务奔月飞行需要发展长时间在轨 飞行的上面级，空间攻防体系建设对轨道转移飞行 器提出了新的要求，因此作为深空探测和空间轨道 服务的基础的上面级应该加快发展的步伐.

目前我国己经在上面级的研制中具备了一定的 基础，但上面级通用性和先进性还存在一些不足.因 此需要在前期研制经验的基础上，依据国情，分步实 施.可以考虑首先突破长时间在轨飞行所遇到的热 控、GNC等关键技术，研制与二代导航二期工程配套 的专用上面级，并依此对先进上面级的部分关键技术进行演示验证.最后根据具体需求，统筹规划，发 展先进的轨道转移运输系统，这样既有利于有效突 破关键技术，又有利于阶段成果的转化，并与基础级 运载火箭的发展相呼应.2

按照这样的发展思路，未来我国将形成包括小 型、中型、大型、超大型以及重型运载火箭在内的一 次性运载火箭型谱，不仅可以满足我国未来卫星发 射、载人航天、探月工程的基本要求，而且可以为大 卫星、大平台等大型有效载荷的发展提供有力的保障, 还可以为快速进入空间及载人登月等特殊需求提供 基础支撑.2

国外未来发展趋势尽管实现可重复使用是航天运载器技术发展的目标，以美国为首的一些航天发达国家也在通过一系列计划推动这一目标的早日实现，但由于可重复使用运载器技术难度大，牵涉的关键技术多，所以近期还无法取代一次性运载火箭。在今后相当长的一段时间内，各国仍会继续重视发展和改进一次性运载火箭，并以其为主执行各类航天发射任务。与此同时，各种型号的一次性运载火箭将在提高运载能力和可靠性的同时，着力降低发射成本。5

目前美国己推出了德尔塔-4(Delta-4)和宇宙神-5(Atlas-5)两个新型运载火箭系列，欧洲研制了阿里安-5(Anane-5)运载火箭并持续提高其运载能力，日本推出了H-2A[6]火箭系列，俄罗斯正在研制安加拉(Angara)火箭系列.纵观美国、俄罗斯、欧洲、日本等国家和地区的运载火箭发展计划，运载火箭的发展趋势呈现如下几个方面的特点.2

(1) 新一代运载火箭以氢氧发动机或液氧煤油发动机作为主动力，采用模块化的组合方式形成运载能力覆盖范围较广的运载火箭系列，而且各航天大国运载火箭的更新换代己经或即将完成.2

国外新型运载火箭从设计开始就兼顾民用与军用目标，以可靠性、安全性、经济性等作为主要的设计原则.国外新型运载火箭的芯级均采用大氢氧发动机或液氧/煤油发动机，及大直径、少级数等方案,运载能力成倍地提高.近地轨道(LEO)运载能力己超过20t，地球同步转移轨道(GTO)运载能力达10t级.同时GTO运载能力6〜8t级的火箭最多，一般用于单星发射;GTO能力超过10t的火箭一般瞄准双星发射,主要目的是降低成本.2

(2) 为増强运载火箭的任务适应性，各国积极发展上面级技术.

为了提高运载火箭的任务适应能力，各主要航天国家积极研制上面级.上面级是在基础级火箭上面増加的相对独立的一级(或多级)，具有较强的任务适应性，其工作段通常已经进入地球轨道，是提高火箭性能和提高任务适应能力的有效途径之一.美国德尔塔4和宇宙神5两个系列、欧洲的阿里安5系列以及俄罗斯正在研制的安加拉系列运载火箭都是通过选用不同的上面级，形成拥有各种运载能力、能执行多种任务的运载火箭系列.同时，随着在轨服务需求的不断増加，基于上面级技术的轨道转移运输飞行器也应运而生，如美国的太阳能轨道转移运输飞行器(SOTV)、欧洲的自动转移运输飞行器(ATV)、日本的H-2A自动转移运输飞行器(HTV)等等.2

(3)在由主流运载火箭完成主要进入空间任务的同时，也积极发展针对特殊应用的运载火箭.

美国为重返月球计划正在研制新型运载火箭战神1和战神5,战神1为载人运载火箭，战神5为载货的重型运载火箭，采用人货分运、近地轨道对接的方式实现载人登月的目标.为满足快速进入空间的目标，美国研制了空射运载火箭“飞马座”，正在研制快速机动发射小型军用火箭猎鹰(Falcon),欧洲正在研制小型运载火箭织女星(Vega).