火箭外表级是什么？它在火箭顶上吗？戳文了解“太空摆渡车”
火箭外表级，是我们常常听说的一种装备。外表级的主要事情地点在冯卡门线以上的宇宙空间里，但它的职责并不是空间使用，而是把人工制造卫星大概其他航天器送到预定的事情轨道去。以是，固然很多外表级看起来不像火箭级段，这类产物却仍然是由火箭制造单位来研制和使用的。
火箭外表级听起来是一大典范号，但它们的长相各式千般。有的看起来像运载火箭的级段，有的看起来就是一个带着喷管的圆饼。有的能遇上好几层楼高，有的却和人体差不多轻重。它的特点毕竟是什么呢？
半人马座外表级看起来和火箭级段照旧比力像的
火箭外表级是用来做什么的？
外表级的用处主要是提高基本级运载器，也就是运载火箭的功能和职责顺应才能。与传统发射形式比拟，接纳基本级火箭+外表级的组合发射办法，先把外表级和卫星一同送到低轨道，然后火箭分散，由外表级把卫星送到中、高轨事情轨道，大概其他轨道，简化了运载火箭的飞行历程，减小了地表测控压力。
电子号火箭的外表级与火箭二级分散
在星际探测活动中，也必要用外表级来完成探测器大概飞船，从绕地轨道向星际轨道转移。在阿波罗方案时期，登月组合体就是用大型外表级送入奔月轨道的。
俄罗斯展出的弗雷盖特外表级和火星探测器组合模子
使用外表级，还能富裕使用运载火箭的才能，在主卫星之外搭载一些副载荷、小卫星。这关于大、中型运载火箭尤其紧张。接纳外表级之后，可以更容易地完成一箭多星发射，好效提高发射听从，变小发射次数。这在发射活动日益经常、发射场高强度运转的今天，有很大代价。外表级本身还能搭载一些空间武艺实验装备，富裕发扬代价。
外表级与运载火箭有什么不同？
外表级基本上是一枚完备的航天运载器，包含了完备的动力、制导导航控制、热控制、测控和布局等体系。与运载火箭不同的是，外表级的主要飞行情况，是地球高层大气和宇宙空间，外界基本没有大气压，但是有着比力恶劣的辐射情况。如此的情况决定了外表级的各分体系与运载火箭的计划特点有所不同。
外表级的倡导机可以采器具有最佳真空变大比的低压熄灭室和喷管。外表级寻常用来完成轨道进入职责，好比地球转移轨道和行星际转移轨道，以是它们的事情时间有的仅有几个小时，有的则要好几天。另有些外表级要长时间与卫星毗连在一同，为它们提供全寿命的变轨机动，约莫要飞行几个月。
这就决定了推进体系的燃料选择，短时间事情的外表级可以接纳温度低燃料和固体燃料。如半人马座用了液氢变大机循环倡导机，阿里安5ECA的HM7B外表级使用气体产生器驱动的涡轮泵。固体燃料的外表级倡导机布局最简便，好比中国研制的EPKM外表级和CZ-2C/FP外表级。
长时间事情的外表级倡导机接纳自燃推进剂，好比经典的阿金纳，以及德尔它-K或阿里安5ES第二级，都接纳了偏二甲肼和硝酸的组合，直接用高压气体需求燃料就可以满意倡导机熄灭的要求，不必要涡轮泵。这也决定了燃料需求体系的计划思绪有很大差别。
在博物馆中展出的阿金纳B外表级
除了固体推进剂的外表级，其他都要思索在轨关机和重新启动。这就带来了长时间在轨的推进剂办理成绩和燃料运送成绩，还必要处理怎样克制气体殽杂到推进剂里的困难。别的，在宇宙空间里，温度情况要比大气层里愈加恶劣，要思索到深冷温度低的空间背景、太阳辐照、地球红外辐射、地球倒映等要素。倡导机事情时的本身羽流、热辐射，关机后的热反浸，都市对倡导机本身以及燃料需求体系产生繁复影响，以是倡导机主要部件对温度控制均有严厉要求。
安定点好照旧机动点好？
外表级的姿势控制包含姿势安定和姿势机动两个方面。前者是坚持已有姿势的历程，后者是重定向历程。少数外表级接纳自旋安定的控制方案，但如今大多都接纳三轴安定。依照国内学者的研讨，外表级的姿势控制在计划上要思索以下四个要素。起首是最小推进剂斲丧和最短时间控制的均衡，选择最佳方案。其次是姿势控制推力器的布局和优化，不克不及太多也不克不及太少，既要确保准确控制，又要简化布局。第三是自修复武艺，假如某个推力器大概某个局部显现妨碍，要经过其他推力器的协同，持续完成飞行职责。第四种要素是和多星入轨干系的，某些卫星分散后，外表级和其他卫星的质量分布特性就产生了厘革，必需重新创建姿势控制形式。这在小卫星大行其道的今天，显得尤其紧张。
外表级寻常不必要思索气动表面的成绩，以是，包含俄罗斯弗雷盖特和中国远征系列外表级，都没有整流罩。但是，一些大型外表级必要安装在运载火箭顶部，暴露外壳，穿过整个大气层，因此也接纳了较长的圆柱形外外貌，看起来和火箭级段相反。
弗雷盖特外表级发射一网卫星
迄今为止，人类研制了20多种外表级，正在使用的不凌驾10种。随着一箭多星发射形式的常态化，特别是随着星座建立范围越来越大、品种越来越多，外表级将在今后的航天发射活动中发扬更大的作用。
今天的火箭外表级，承当着多星、异轨的空间运输职责。展望将来，外表级约莫演变成别的一种新看法航天器，那就是空间拖船。
现在，中国以前富裕把握了外表级的研制武艺，并且举行了告捷的飞行。随着星际探究、载人航天和商业航天的进一步提高，外表级约莫向轻重两个朝向提高，大型外表级用于星际探测器和大型载人航天办法的入轨，小型外表级用于小卫星入轨和星座摆设。它将成为商业空间飞行的主力运载器之一。
本文原标题为《五花八门的火箭外表级》，载于《太空探究》杂志2023年第3期。
文/迟惑
编纂/杨斯爽
稽核/穆檀
监制/姜军
