圖為美國戰神系列運載火箭結構示意圖，其上面級採用了土星-5號火箭上面級發動機J-2的改型。
上面級是運載火箭功效的“增強器”，可在很大程度上擴大運載火箭能夠適應的任務范圍，對各航天大國都是一種非常重要的技術。未來，上面級技術可在探月、探火等深空探測任務、軌道轉移、空間碎片清理等軌道服務，新材料、新技術等空間試驗領域發揮重要作用。
目前，各航天大國的常規運載火箭都具備將有效載荷送入低地球軌道（距離地面高度約1000公裡以下的軌道）的能力。一般情況下，常規液體運載火箭級數為2∼3級，固體火箭為3∼4級。
常規運載火箭需要增加級數或採用末子級二次點火技術才能將載荷送入更高的軌道，無法發射多個不同軌道要求的載荷。此時，有著“太空擺渡車”之稱的上面級就派上了用場。
資料圖
另一方面，即使運載火箭具備較多的子級或二次點火啟動的能力，對於一些特定任務依然是不夠的，尤其是在發射多個不同軌道要求載荷的時候。因此，研制能夠多次啟動，且可以數小時乃至數天在軌停留的先進上面級，就成為適應這類任務需求的最佳選擇。
上面級具備多個特點：能在太空中多次點火啟動，滿足不同發射任務的要求﹔工作時間長於運載火箭，可達數小時、數天乃至數十天﹔能攜帶多個載荷，通過飛行軌道的變化將載荷送入預定軌道。
因此，上面級的作用是毋庸置疑的。2013年，美國和印度分別發射了火星探測器。其中，印度的火星探測器依靠自身動力入軌，在地球軌道加速了一個月才脫離地球引力，整個飛往火星的行程預計將歷時3年。而美國的火星探測器由於運用了先進上面級技術，在發射的1小時內即脫離地球引力圈飛向火星，充分顯示了上面級技術應用的巨大價值。
長三乙火箭箭體吊裝
此外，上面級還有其他妙用。目前我們發射地球同步軌道衛星，都是由運載火箭將衛星發射到大橢圓軌道，然后由衛星在遠地點變軌，進入圓形的地球同步軌道。這個過程需要消耗衛星大約自身重量一半的推進劑才能實現。因此我們看到的通信衛星雖然都很大，但實際上留給有效載荷的重量和空間並不多。
有了上面級，就可以在將衛星送入地球同步轉移軌道后，經過十幾個小時之后再次點火，將衛星直接送入地球同步軌道。這樣，衛星就可以做到原來的一半大小。而且，運送完這些衛星，上面級可以自行進入垃圾軌道，不佔用寶貴的同步軌道位置資源。
如上所述，上面級的技術雖然與常規的運載火箭有較大差異，但由於用途廣泛，功能強大，因此，已成為各航天大國的“ 必修課”。我國在這個階段發展上面級技術，也是可以理解的必然選擇。
（中國航天報飛天科普周刊）
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