各国重型运载火箭概览

高旸　赵二刚

SLS 太空发射系统首次试飞

自从现代宇宙航行学的奠基人、被称为航天之父的齐奥尔科夫斯基提出多级火箭原理，火箭就一直是人类进入太空的主要运载工具。由运载火箭送入太空的航天器遍布地球的各个轨道，为人们提供着各项服务；近地轨道上运行的空间站，更是让人们能长期在太空驻留。不过人类早已不满足于只在近地轨道活动，各航天大国正将触角伸向月球、火星等更遥远的地方，如美国的阿尔忒弥斯重返月球计划、中国的月球科研站，甚至美国科技狂人马斯克的火星移民愿景等，已经奏响了人类更进一步进军深空的序曲。而这些计划的实现，则必须借助运载火箭来实现。今天，我们就带领大家一起来认识各国重型运载火箭。

首先必须要提到的，便是美国SpaceX 公司刚刚于4 月20日首次发射的星箭（Starship）重型火箭。作为当前人类历史上最大的运载火箭，虽然其发射未能取得成功，但这枚火箭在技术上的大胆创新却令人称道。

spaceX 公司的星箭首次发射

土星5号底部巨大的F-1 发动机

美国

SLS 太空發射系统

SLS（Space Launch System）太空发射系统是美国国家航空航天局针对阿尔忒弥斯计划研发的一套超重型运载火箭，旨在实现更可靠、更安全的太空运输。

作为STS（Space Transportation System）航天飞机计划的延续和衍生，SLS 火箭采用了大量与航天飞机相同的技术标准和硬件设备，如采用RS-25 发动机作为一级推进发动机，并捆绑式固定了2 个固体推进发动机用于增加发射初段的推力。

为完成登陆月球、建立月面基地和前往火星等一系列计划，SLS 火箭根据任务阶段主要分为阿尔忒弥斯1 号、2 号和3 号。其中第一阶段使用的1 号火箭已于2022 年成功发射，主要用于测试无人状态下猎户座飞船的大载荷运输效果。第二阶段计划将使用1B 型火箭进行载人发射任务，第三阶段将在10年时间内多次在地月间运输货物和人员。

土星5号

土星5 号是美国国家航空航天局在阿波罗计划期间为探索月球而研发的一款超重型运载火箭，采用三级推进结构。在1967-1973 年间共执行了9次载人登月飞行任务，并成功发射了美国第一座空间站天空实验室。

随着苏联成功发射第一颗人造地球卫星，美国也开始在太空竞赛中加快了前进的脚步，负责研发火箭的是大名鼎鼎的冯·布莱恩。他先是带领团队研制了木星系列火箭朱诺1 号，并于1958 年发射了美国第一颗人造卫星。之后，冯·布莱恩根据木星系列设计出了载荷更强大的土星系列火箭，并作为阿波罗计划的主要运载工具。

土星5 号1970 年关闭生产线， 1973 年完成最后一次发射。截至2023 年，它仍是唯一将人类带到近地轨道之外的运载火箭，并保持着最大发射有效载荷的世界纪录。

执行探月任务的长征5 号运载火箭正由总装厂房转移至发射工位（摄影：蒋聚荣）

中国

长征5号

长征5 号运载火箭被中国航天人亲切地称作“大火箭”，它高约57 米，箭体直径5 米，起飞质量870 吨，是我国体积最大的火箭。长征5 号火箭不仅个头大，力气也很大。其突破了大功率氢氧发动机等系列关键核心技术，起飞推力突破千吨级，近地轨道的运载能力达到25 吨，是国内运载能力最强的火箭。

和以往火箭相比，长征5 号是一枚全新研制的火箭，核心技术具有完全自主知识产权，新研产品比例高达90%，共计攻克大直径箭体结构、大型低温捆绑火箭耦合振动抑制等12 大类247 项核心关键技术，可谓是不折不扣的“新一代”运载火箭。

长征5 号使我国跨入世界大吨位火箭发射行列，是我国运载火箭升级换代的里程碑工程，代表了我国运载火箭科技创新的最高水平。2020 年7 月23 日，长征5 号在中国文昌航天发射场点火升空，成功实施我国首次火星探测任务。未来，它将继续承担月球南极综合探测、火星采样返回、木星系探测及天王星飞越等多项重要任务。

长征7号

从20世纪60年代以来，中国的长征系列运载火箭经历了从常温推进到低温推进、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技术历程，逐步发展成为由多种型号组成的大家族，具备进入低、中、高等多种轨道的能力，入轨精度达到了国际先进水平。然而，中国已有长征系列运载火箭面临运载能力不满足更长远发展需求的问题。为了满足中国未来航天发展的需求，中国决策开展新一代运载火箭的研制，以满足载人航天工程、月球探测等重大专项工作的需要并实现中国运载火箭的更新换代。最后研制方决定，研制一种新型中型火箭，其既综合了长征2 号F 的成熟技术，又同时运用了长征5号的新技术，并赋予新的编号—长征7 号。

长征7 号火箭主要用于发射近地轨道或太阳同步轨道有效载荷，将承担载人航天货运飞船等发射任务，未来也可以承担商业航天器和国内其他航天器的发射任务。2016 年6 月25 日，长征7 号火箭首飞圆满成功。其采用无毒、无污染的液氧/ 煤油推进剂，具备近地轨道13.5 吨、700 千米太阳同步轨道5.5吨的运载能力。

长征7号运载火箭发射升空（ 摄影：蒋聚荣）

俄罗斯 / 苏联

矗立在发射台上的N-1 火箭

N-1 火箭

N-1火箭是苏联太空竞赛时期，为了应对美国土星5 号火箭而设计的一款超重型运载火箭，旨在将有效载荷运送到比近地轨道更远的地方。该火箭开发计划于1959 开始，由科罗廖夫主持，然而由于对手的竞争以及当时政府对于火箭发展方向的判断，导致其最终仅获得了很少的研发资金支持。这也使得N-1 火箭的研发时间要晚于土星5 号，也没有进行足够的地面测试。在1969 年至1972 年间进行的4 次飞行测试均以失败告终。1976 年，N-1 火箭的研发计划暂停，1989 年正式取消。

虽然N-1 火箭失败了，但其还是留下了许多宝贵的设计经验。此外，该火箭的最大推力高达45400 千牛，曾是人类历史上推力最大的火箭。这一纪录直到2023 年的星舰发射才被打破。

质子号火箭

质子号火箭发射升空

质子号火箭发射升空

质子号火箭最初是作为超重型洲际导弹设计的，但军方并未采用，于是设计方向便转为了运载火箭。1965 年7 月16日，该火箭在拜科努尔航天发射场执行了第一次任务，将质子1 号科学考察卫星送入太空，火箭也从此而得名质子号。

从1971 年开始， 苏联用质子-K 型火箭先后将8个空间站（礼炮1 号～礼炮7 号、和平号）的几乎全部舱体发射入轨。可以说，除了美国的航天飞机外，质子号是唯一能够承担这项任务的运载工具。

但因为存在结构性问题，质子号的发射成功率并不突出，同时因为其使用了剧毒的偏二甲肼液体作为燃料，一旦发射失败可能对发射场周边地区造成严重污染，所以俄罗斯已决定用新研制的安加拉号（使用更环保的液氧/ 煤油作为推进剂）来取代它。

欧洲

阿里亚娜5 号阿里亚娜是欧洲开发的系列大型运载火箭，其中5 号为已发射火箭中的最重型号，主要用于将人造卫星等发射到同步轨道或近地轨道。阿里亚娜5 号火箭由欧洲航天局及法国国家太空研究中心出资建造，空客公司负责主要制造，阿里亚娜航天公司负责经营及销售。

早期的阿里亚娜4 号火箭虽然十分成功，但研发耗费了10 年时间和超过70 亿欧元资金，使得其在后续运营时很难获利。为提高经济效益，在其基础上开发出了阿里亚娜5号运载火箭。最初计划该火箭可发射小型载人航天飞机赫尔墨斯号，但随着计划取消，后续的阿里亚娜5质子号火箭号运载火箭仅用于载物飞行。

质子号采用水平转动的方式运送到发射场

相较于其他国家动辄数亿元的发射费用，阿里亚娜5 号运载火箭不仅发射费用更低，而且可靠性更高。自1996 年首次发射以来，截至2023 年4 月，阿里亚娜5 号已完成116 次发射任务，发射成功率高达95.69%。接下来，作为改进型，能使发射成本减半的阿里亚娜6 号火箭已基本完成地面测试，并计划2023 年第四季度首飞。

阿丽亚娜5 号是当前欧洲最大的运载火箭

受困于高昂的成本和较低的成功率，日本的运载火箭技术发展缓慢。

日本

H-2/H-3 火箭

H-2火箭源自日本的卫星发射系统，由日本宇宙开发事业集团（NASDA）开发，旨在让日本具有独立发射卫星的能力。H-2 火箭是日本第一款僅使用本国技术制造的二级液体助推发动机火箭，可惜由于成本和可靠性的原因，只在1994 至1997 年间飞行了7 次，后便被H-2A 火箭替代。

2003年，日本空间科学研究所（ISAS）、日本国家航空航天实验室（NAL）和日本宇宙开发事业集团（NASDA）合并成为日本宇宙航空研究开发机构 （JAXA）。2013 年，受政府批准，JAXA 与三菱重工合作开发用于发射商业卫星的H-3 火箭。该火箭是世界首枚采用膨胀循环发动机作为一级发动机的火箭，理论上最大可提供80019 千克有效载荷。可惜的是，2023年2 月的首次试飞因点火系统问题而失败，一个月后再次发射时虽成功升空，但二级发动机点火失败，导致箭体坠入大海。