各國重型運載火箭概覽

高旸　趙二剛

SLS 太空發射系統首次試飛

自從現代宇宙航行學的奠基人、被稱為航天之父的齊奧爾科夫斯基提出多級火箭原理，火箭就一直是人類進入太空的主要運載工具。由運載火箭送入太空的航天器遍布地球的各個軌道，為人們提供著各項服務；近地軌道上運行的空間站，更是讓人們能長期在太空駐留。不過人類早已不滿足于只在近地軌道活動，各航天大國正將觸角伸向月球、火星等更遙遠的地方，如美國的阿爾忒彌斯重返月球計劃、中國的月球科研站，甚至美國科技狂人馬斯克的火星移民愿景等，已經奏響了人類更進一步進軍深空的序曲。而這些計劃的實現，則必須借助運載火箭來實現。今天，我們就帶領大家一起來認識各國重型運載火箭。

首先必須要提到的，便是美國SpaceX 公司剛剛于4 月20日首次發射的星箭（Starship）重型火箭。作為當前人類歷史上最大的運載火箭，雖然其發射未能取得成功，但這枚火箭在技術上的大膽創新卻令人稱道。

spaceX 公司的星箭首次發射

土星5號底部巨大的F-1 發動機

美國

SLS 太空發射系統

SLS（Space Launch System）太空發射系統是美國國家航空航天局針對阿爾忒彌斯計劃研發的一套超重型運載火箭，旨在實現更可靠、更安全的太空運輸。

作為STS（Space Transportation System）航天飛機計劃的延續和衍生，SLS 火箭采用了大量與航天飛機相同的技術標準和硬件設備，如采用RS-25 發動機作為一級推進發動機，并捆綁式固定了2 個固體推進發動機用于增加發射初段的推力。

為完成登陸月球、建立月面基地和前往火星等一系列計劃，SLS 火箭根據任務階段主要分為阿爾忒彌斯1 號、2 號和3 號。其中第一階段使用的1 號火箭已于2022 年成功發射，主要用于測試無人狀態下獵戶座飛船的大載荷運輸效果。第二階段計劃將使用1B 型火箭進行載人發射任務，第三階段將在10年時間內多次在地月間運輸貨物和人員。

土星5號

土星5 號是美國國家航空航天局在阿波羅計劃期間為探索月球而研發的一款超重型運載火箭，采用三級推進結構。在1967-1973 年間共執行了9次載人登月飛行任務，并成功發射了美國第一座空間站天空實驗室。

隨著蘇聯成功發射第一顆人造地球衛星，美國也開始在太空競賽中加快了前進的腳步，負責研發火箭的是大名鼎鼎的馮·布萊恩。他先是帶領團隊研制了木星系列火箭朱諾1 號，并于1958 年發射了美國第一顆人造衛星。之后，馮·布萊恩根據木星系列設計出了載荷更強大的土星系列火箭，并作為阿波羅計劃的主要運載工具。

土星5 號1970 年關閉生產線， 1973 年完成最后一次發射。截至2023 年，它仍是唯一將人類帶到近地軌道之外的運載火箭，并保持著最大發射有效載荷的世界紀錄。

執行探月任務的長征5 號運載火箭正由總裝廠房轉移至發射工位（攝影：蔣聚榮）

中國

長征5號

長征5 號運載火箭被中國航天人親切地稱作“大火箭”，它高約57 米，箭體直徑5 米，起飛質量870 噸，是我國體積最大的火箭。長征5 號火箭不僅個頭大，力氣也很大。其突破了大功率氫氧發動機等系列關鍵核心技術，起飛推力突破千噸級，近地軌道的運載能力達到25 噸，是國內運載能力最強的火箭。

和以往火箭相比，長征5 號是一枚全新研制的火箭，核心技術具有完全自主知識產權，新研產品比例高達90%，共計攻克大直徑箭體結構、大型低溫捆綁火箭耦合振動抑制等12 大類247 項核心關鍵技術，可謂是不折不扣的“新一代”運載火箭。

長征5 號使我國跨入世界大噸位火箭發射行列，是我國運載火箭升級換代的里程碑工程，代表了我國運載火箭科技創新的最高水平。2020 年7 月23 日，長征5 號在中國文昌航天發射場點火升空，成功實施我國首次火星探測任務。未來，它將繼續承擔月球南極綜合探測、火星采樣返回、木星系探測及天王星飛越等多項重要任務。

長征7號

從20世紀60年代以來，中國的長征系列運載火箭經歷了從常溫推進到低溫推進、從串聯到捆綁、從一箭單星到一箭多星、從發射衛星到發射載人飛船的技術歷程，逐步發展成為由多種型號組成的大家族，具備進入低、中、高等多種軌道的能力，入軌精度達到了國際先進水平。然而，中國已有長征系列運載火箭面臨運載能力不滿足更長遠發展需求的問題。為了滿足中國未來航天發展的需求，中國決策開展新一代運載火箭的研制，以滿足載人航天工程、月球探測等重大專項工作的需要并實現中國運載火箭的更新換代。最后研制方決定，研制一種新型中型火箭，其既綜合了長征2 號F 的成熟技術，又同時運用了長征5號的新技術，并賦予新的編號—長征7 號。

長征7 號火箭主要用于發射近地軌道或太陽同步軌道有效載荷，將承擔載人航天貨運飛船等發射任務，未來也可以承擔商業航天器和國內其他航天器的發射任務。2016 年6 月25 日，長征7 號火箭首飛圓滿成功。其采用無毒、無污染的液氧/ 煤油推進劑，具備近地軌道13.5 噸、700 千米太陽同步軌道5.5噸的運載能力。

長征7號運載火箭發射升空（ 攝影：蔣聚榮）

俄羅斯 / 蘇聯

矗立在發射臺上的N-1 火箭

N-1 火箭

N-1火箭是蘇聯太空競賽時期，為了應對美國土星5 號火箭而設計的一款超重型運載火箭，旨在將有效載荷運送到比近地軌道更遠的地方。該火箭開發計劃于1959 開始，由科羅廖夫主持，然而由于對手的競爭以及當時政府對于火箭發展方向的判斷，導致其最終僅獲得了很少的研發資金支持。這也使得N-1 火箭的研發時間要晚于土星5 號，也沒有進行足夠的地面測試。在1969 年至1972 年間進行的4 次飛行測試均以失敗告終。1976 年，N-1 火箭的研發計劃暫停，1989 年正式取消。

雖然N-1 火箭失敗了，但其還是留下了許多寶貴的設計經驗。此外，該火箭的最大推力高達45400 千牛，曾是人類歷史上推力最大的火箭。這一紀錄直到2023 年的星艦發射才被打破。

質子號火箭

質子號火箭發射升空

質子號火箭發射升空

質子號火箭最初是作為超重型洲際導彈設計的，但軍方并未采用，于是設計方向便轉為了運載火箭。1965 年7 月16日，該火箭在拜科努爾航天發射場執行了第一次任務，將質子1 號科學考察衛星送入太空，火箭也從此而得名質子號。

從1971 年開始， 蘇聯用質子-K 型火箭先后將8個空間站（禮炮1 號～禮炮7 號、和平號）的幾乎全部艙體發射入軌。可以說，除了美國的航天飛機外，質子號是唯一能夠承擔這項任務的運載工具。

但因為存在結構性問題，質子號的發射成功率并不突出，同時因為其使用了劇毒的偏二甲肼液體作為燃料，一旦發射失敗可能對發射場周邊地區造成嚴重污染，所以俄羅斯已決定用新研制的安加拉號（使用更環保的液氧/ 煤油作為推進劑）來取代它。

歐洲

阿里亞娜5 號阿里亞娜是歐洲開發的系列大型運載火箭，其中5 號為已發射火箭中的最重型號，主要用于將人造衛星等發射到同步軌道或近地軌道。阿里亞娜5 號火箭由歐洲航天局及法國國家太空研究中心出資建造，空客公司負責主要制造，阿里亞娜航天公司負責經營及銷售。

早期的阿里亞娜4 號火箭雖然十分成功，但研發耗費了10 年時間和超過70 億歐元資金，使得其在后續運營時很難獲利。為提高經濟效益，在其基礎上開發出了阿里亞娜5號運載火箭。最初計劃該火箭可發射小型載人航天飛機赫爾墨斯號，但隨著計劃取消，后續的阿里亞娜5質子號火箭號運載火箭僅用于載物飛行。

質子號采用水平轉動的方式運送到發射場

相較于其他國家動輒數億元的發射費用，阿里亞娜5 號運載火箭不僅發射費用更低，而且可靠性更高。自1996 年首次發射以來，截至2023 年4 月，阿里亞娜5 號已完成116 次發射任務，發射成功率高達95.69%。接下來，作為改進型，能使發射成本減半的阿里亞娜6 號火箭已基本完成地面測試，并計劃2023 年第四季度首飛。

阿麗亞娜5 號是當前歐洲最大的運載火箭

受困于高昂的成本和較低的成功率，日本的運載火箭技術發展緩慢。

日本

H-2/H-3 火箭

H-2火箭源自日本的衛星發射系統，由日本宇宙開發事業集團（NASDA）開發，旨在讓日本具有獨立發射衛星的能力。H-2 火箭是日本第一款僅使用本國技術制造的二級液體助推發動機火箭，可惜由于成本和可靠性的原因，只在1994 至1997 年間飛行了7 次，后便被H-2A 火箭替代。

2003年，日本空間科學研究所（ISAS）、日本國家航空航天實驗室（NAL）和日本宇宙開發事業集團（NASDA）合并成為日本宇宙航空研究開發機構 （JAXA）。2013 年，受政府批準，JAXA 與三菱重工合作開發用于發射商業衛星的H-3 火箭。該火箭是世界首枚采用膨脹循環發動機作為一級發動機的火箭，理論上最大可提供80019 千克有效載荷。可惜的是，2023年2 月的首次試飛因點火系統問題而失敗，一個月后再次發射時雖成功升空，但二級發動機點火失敗，導致箭體墜入大海。