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遠征3號是我國最新研製的火箭“上面級”，也被稱為“太空擺渡車”，半個月前剛剛搭載長征2D火箭將7顆不同質量大小的衛星送入不同軌道。遠征3號相比我國早前研製的遠征1/2系列上面級相比具備更多次的太空點火能力和更強的運載力，那能力更強的遠征3號到底是怎麼誕生的呢？
運載火箭自上世紀50年代出現以後，雖然歷經變遷發展了很多不同系列、不同作用的各種型號的運載火箭，但是受限於軌道高度的不同，傳統火箭要想發射航天器到不同軌道上去，一次只能發射一枚衛星等航天器，而且隨著軌道高度的不同火箭的級數也不同，火箭要想發射更高軌道的航天器就需要採用更多的級數才行，但是受限於齊奧爾可夫斯基公式的限制火箭的級數並不能無限制的增加（主要考慮到火箭的多級點火可靠性和飛行穩定性），一般最大隻允許有4級結構。使用4級火箭受限於火箭的幹質比的關係，火箭第四級發射到GTO軌道時基本已經沒有運載力可言了，所以後來為了發射通信衛星這種高軌道衛星所採用的發射方式就變成了先發射到近地軌道後，衛星再通過自身動力經過多次變軌後進入預定軌道，這種入軌方式雖然很好的解決了衛星進入高軌道運行的難題，但是因為衛星需要通過自身動力進入預定軌道，最大的缺點就是會大大降低衛星的在軌壽命，而且衛星在變軌過程中如果發生任何問題都將導致整個衛星變軌失敗。
其次是傳統的火箭在同時發射多顆衛星的時候，衛星的運行軌道主要看火箭最上面級的入軌精度，所以那個時候雖然有一箭多少星，但是因為火箭最後一級火箭發動機停止工作後，其所搭載的所有衛星就只能在這個軌道高度下車了（車不跑了沒油了），所以火箭要想同時發射不同軌道的衛星是不可能的事情。而像遠征3號這種上面級並不只有我們有，美俄歐都有這個技術。這種上面級和火箭的上面級並不是一個，因為火箭從下往上除了第一級上面的2/3/4級都可以稱為上面級，但是像遠征3號這種上面級正確名稱應該稱為“多星發射上面級”，就是一種介於運載火箭和航天器之間的一種新型運載器，就相當於我們坐飛機時，機場的擺渡車將我們從航站樓送到停機坪上的飛機面前一個道理，而傳統的火箭就相當於機場大巴一樣只負責將我們送到機場大門前，並不直接送上飛機一個道理。所以這種具備多星發射能力的上面級因為可以同時運輸多個不同重量不同體型的多個航天器，並具備將這些不同類型的航天器送入不同軌道的能力。而衡量一款“太空擺渡車”的性能高低主要看運載力和多次點火次數以及自主在軌飛行時間，前者關乎能夠攜帶多少衛星，而後兩個關乎到能將這些衛星送入多少不同站點的能力，像遠征3號可以同時攜帶4--5噸的載荷、超過10顆衛星並具備在48小時內不少於20次的多次點火能力。
特別是隨著現在“多組不同軌道的衛星組網”技術的開展，其次還有像衛星導航系統這種星座系統對火箭的單次發射效率有很大的關聯的新型發射方式下，火箭一次能夠發射的衛星數量越多，意味著衛星組網越快，整個導航系統的壽命越長。但是因為衛星導航系統的建成牽扯到不同運行軌道的幾十顆衛星，所以就需要火箭在發射導航衛星組網時用時越短也好，所以火箭就必須具備能夠在單次發射過程中將不同軌道的衛星送入運行軌道的能力，而這就是“太空擺渡車”出現的緣由之一。在很多人眼中看來太空擺渡車和普通的火箭最末級好像沒有多達區別，的確二者差異性並不大，但是兩個卻是不同類型、不同組成的“上面級”，因為相比於傳統多級火箭只具備單次點火能力而言，“太空擺渡車”這類上面級要具備與火箭分離後的軌道識別、入軌定位、姿態調整（與載荷是橫著分離還是豎著分離）、點火加速變軌能力、與載荷主動分離技術、每次分離/變軌後的平臺姿態穩定技術，所以與火箭最末級只是把衛星送到預定軌道附近，靠衛星自身動力精準入軌相比，太空擺渡車要做的更為複雜和困難，同時太空擺渡車在完成所有載荷的精準入軌後，還需要調整自身的軌道高度和姿態，主動降低軌道高度並最終進入大氣層燒燬，以減少太空垃圾碎片的產生。 
除了一箭多星多軌道發射能力外，遠征3號這種上面級還具備提高火箭發射運載力的能力，比如火箭在高緯度發射場發射GTO軌道的衛星時，不僅需要火箭的末級入軌速度更高，而且火箭從發射後需要在近地軌道上進行長時間滑行等待上面級和衛星的組合體飛到GTO軌道的遠地點後，再經過多次姿態點火提升組合體的近地點軌道高度和改變軌道傾角後，才會進入最終預定的GTO軌道，因為傳統的火箭末級不具備在軌長時間停留能力和多次點火能力，所以“太空擺渡車”的作用就體現出來了，也可以說要想發射GTO軌道的航天器就需要具備“太空擺渡車”的研發能力。比如俄羅斯在拜科努爾航天發射場發射通信衛星的時候，因為拜科努爾發射場維度較高，所以火箭就必須攜帶“上面級”，而上面級因為要從高緯度變軌到赤道上空，所以就需要經過4--5次點火變軌，而這個過程長達8個小時左右。 
“太空擺渡車”其實在上世紀50年代就已經出現了，世界上第一個上面級就是美國的“阿金斯”上面級，但是當時的上面級主要就是解決火箭發射高軌道衛星的入軌問題，後來才衍生出了運送不同軌道的衛星的能力。其後蘇聯也研製了微風級上面級，到如今美蘇兩國已經研製出了數十種不同類型的上面級，而這些上面級一直在幫助兩國將不同軌道的衛星或者同時將多顆不同軌道的衛星同時送入預定軌道。其實除了這種專用的上面級外，美國的航天飛機也算是半個上面級，雖然航天飛機可以在軌發射不同類型的航天器，但是航天飛機由於自身動力系統的原因其只能在近地軌道發射衛星，所以只能算是半個上面級。航天飛機要想在近地軌道發射更高軌道的衛星還是得依靠專用的上面級才行。還有去年美國SpaceX發射的獵鷹重型火箭在首飛過程中將一輛roadster跑車送入地火轉移軌道的新聞當時可算是鋪天蓋地，雖然後來這輛橘紅色跑車並沒能進入火星轉移預定軌道，但是發射這輛跑車的獵鷹重型火箭的末級也可以算是“太空擺渡車”。首先獵鷹重型火箭是一枚兩級重型火箭，但是其採用的二級火箭發動機具備多次點火啟動能力，也算是具有專用“太空擺渡車”的某些功能，但是畢竟不是專業的，火箭的第二級雖然具備多次點火能力，但是和專業的上面級的自主飛行能力而言其並不專業，所以沒能將跑車送入地火轉移軌道也很正常，也可能這次所謂的“跑車上火星”從實質發射角度而言根本就是不可能的事情，雖然獵鷹重型火箭的幹質比相比普通火箭已經很高了，但是還是不能直接將跑車一次性送入地火轉移軌道，所以失敗是註定的了。
再說回我國在上面級研製上的進展，早在上世紀90年代我國就已經通過“暴風”固體上面級將多顆衛星送入預定軌道，但是固體上面級相比液體上面級而言不具備多次點火能力（一次性的），所以只能用於發射高軌道的衛星，並不具備多軌道發射能力，所以我國近幾年開始研製了“遠征”級常溫液體火箭上面級，第一個型號遠征1號已經在2015年同長征3丙火箭將北斗導航衛星直接送入地球同步軌道，2016年發射長征7號火箭上的遠征1號甲相比前輩點火次數更多、工作時間更長，具備有大範圍軌道機動、多載荷軌道部署、開展多項空間試驗的能力，被稱為“升級版太空擺渡車”。而2016年隨著長征5號火箭發射的遠征2號上面級算是將兩個遠征1號上面級集成到一起了吧，運載能力更強，能夠執行更多的高軌、多星的直接入軌發射任務，也被成為“增強型上面級”。而半個月前發射的遠征3號上面級相比前輩運載能力更強，能夠同時攜帶更多不同類型的衛星，並具備更強的多軌道送入軌能力。不過目前來說遠征3號上面級的運載力還是偏低，相比美俄的低溫上面級而言，其採用的常溫燃料在運載力上肯定不如美俄的低溫上面級。在和美國目前常用的“半人馬”低溫上面級相比雖然在發射高軌道衛星時有差距，但是在多星入軌能力上卻更佔優勢，也可以說是兩種不同用途的上面級吧，好在我國最新的採用低溫燃料膨脹循環發動機的先進上面級幾年前就已經公開展示，所以其首飛時間應該也快了。 
總結一下就是要想成為一個航天大國，特別是在星際探索和建設自己的導航衛星、衛星組網系統的建設上，沒有優秀的“太空擺渡車”是做不到的。而發展低溫先進上面級是航天發展的潮流也是趨勢，而且隨著我國北斗三號衛星導航系統的建設和基於東方紅5號平臺研發的更大質量的通信衛星的發展趨勢，我們迫切的需要一種運載力更大（10噸級的）、具備更長滑行時間（平臺發動機推力增量更大，也就是採用比衝更高的低溫燃料火箭發動機）、和具備更多啟動點火次數的先進上面級。但是現有的常溫上面級相比更先進的低溫上面級也不是沒有優勢，比如發射深空星際探測器的時候，常溫上面級可以將深空探測器直接送入所屬的地星轉移軌道，這也算是現有的遠征3號常溫上面級最大的優勢。 
魑魅涅槃
這個主要還得靠專業人士來回答，對於我們這些門外漢來說主要還是技術經驗和實踐。
深海的魚34490608
這個問題專業性太強了，我也期待哪位大神能夠解惑。
