运载火箭是把各种航天器送入空间轨道的运载工具，它是人类克服地球引力进行宇宙航行的重要手段。换句话说，火箭是天地往返的运载动力装置，其运载能力决定一个国家的航天能力。在运载火箭家族中，大型、重型火箭代表着一个国家的最高科技水平，是国家综合实力的体现。
经过几十年的努力，美、俄、中等国相继推出了自己的大重型运载火箭或新的研制方案。据报道，中国新一代大型运载火箭——长征五号计划于今年在海南文昌卫星发射中心进行首次发射;美国新一代运载火箭——太空发射系统（SLS）近日对其火箭助推器进行了一次成功的试验发射;无独有偶，俄罗斯新一代重型运载火箭也将在今年确定最终方案。那么，什么是大重型运载火箭？人类研制成功过哪些大重型运载火箭？研制大重型运载火箭有何重要意义呢？
运载火箭的分类
按照运载能力划分，运载火箭分为小型、中型、大型和重型4类。由于各国运载火箭技术发展阶段的不同，所以对运载火箭的规模定义划分也是不同的。
在我国，一般将近地轨道运载能力为2吨及其以下的火箭称为小型运载火箭;近地轨道运载能力为2～20吨的火箭称为中型运载火箭;近地轨道运载能力为20～50吨的火箭称为大型运载火箭;近地轨道运载能力为50吨及其以上的火箭称为重型运载火箭。
2014年12月19日，印度研制的GSLV-MK3火箭成功进行了亚轨道飞行试验，该型火箭近地轨道运载能力达到10吨、地球同步转移轨道运载能力达到4吨。虽然印方将GSLV-MK3称为重型火箭，但按上述标准，它其实与我国长征二号E、长征三号乙同属于中型运载火箭。
2014年12月23日俄罗斯成功发射的安加拉A5火箭，与我国正在研制的长征五号B火箭能力相当，同属于大型运载火箭，还不能算作重型运载火箭。安加拉A5发射重量达到773吨，近地轨道的最大运载能力达到24吨。长征五号B运载火箭是长征五号系列里近地轨道运载能力最大的火箭，达到25吨，将用来发射重量约20吨的未来中国空间站的核心舱。
重型运载火箭争雄
直至目前，世界上只有美、苏两国研制过重型运载火箭。土星5号运载火箭是美国发射阿波罗载人登月飞船用的动力装置，也是世界上首次成功使用的第一种重型运载火箭。发射前，飞船安装在火箭的项端，加上逃逸塔整个系统高达110米，总重达3200吨，完全是一个庞然大物。
土星5号火箭自身高度85米，最大直径为10.1米，可把127吨重的人造地球卫星送入近地轨道，能把50吨重的飞船送入奔月轨道，乃是迄今为止世界上已经投入使用的推力最大的运载火箭。发射阿波罗飞船时，自下而上的一、二、三级火箭逐级工作。高为42米的一级火箭，中心是一个以煤油和液氧为推进剂的F-5发动机，周围捆绑着4个同样型号的发动机。发动机上面是装有2000多吨煤油和液氧的推进剂贮箱，还有推进剂输送系统。煤油是燃烧剂，液氧是氧化剂。发射时5台发动机同时点火启动，产生3500多吨的推力。工作两分半钟使火箭和飞船达到每秒2.7千米的速度并处于60多千米的高空后一级火箭脱离。5台J-2型发动机组成的二级火箭点火工作，其推进剂用的是400多吨的液氢和液氧，推力达521吨，可工作6分多钟。当其完成任务脱离时火箭和飞船速度达到每秒6.8千米并进入180千米的高空。随即由一台能多次启动的J-2型发动机构成的三级火箭点火工作，它产生的推力为102吨，分两次点火。当其推进剂耗尽而船箭分离时，速度可达到每秒10.8千米，最终能把飞船送上预定的奔月轨道。
土星5号火箭共进行了13次发射，全部成功，曾把12名航天员送上月球。这对于零部件达500多万个的重型运载火箭来说，简直就是一个奇迹。在冷战的大背景下，土星5号火箭主要针对阿波罗载人登月任务的单一需求而研制，因此在阿波罗计划结束后，土星5号火箭就被送进了博物馆。
在美国宣布实施阿波罗计划后不久，苏联也制定并开始实施自己的载人登月计划，N-1火箭就是苏联为实现载人登月而研制的重型运载火箭，但遗憾的是，由于前4次飞行试验全都失败了，导致该计划提前告终。
根据设计，N-1火箭呈锥形，总高度105米，起飞推力约4626吨，近地轨道运载能力约100吨。由于N-1火箭没有使用高性能的液氢液氧推进剂，且在高纬度地区发射，能够利用的地球自转速度较小，因此其运载效率受到了影响，虽然起飞推力超过了土星5号火箭，但运载能力却比土星5号火箭低了不少。
能源号运载火箭则作为苏联的重型运载系统得以成功发射，其近地轨道的最大运载能力为105吨。该火箭在1988年把暴风雪号航天飞机送上了太空，但后来苏联停止了航天飞机计划，加之该火箭运载能力太大，找不到用武之地，后来就被俄罗斯政府取消了。但从能源号火箭的发动机发展出的天顶号火箭仍在服役。
长征五号火箭家族
长征五号系列运载火箭分为6种构型，用字母A～F表示。其中构型A、B、C为捆绑着助推器的一级半火箭结构，主要用于发射近地轨道航天器;构型D、E、F为捆绑着助推器的二级半火箭结构，主要用于发射高轨道航天器。其中构型D为基本型。
长征五号采用模块化设计，火箭各组成部分对应不同的模块：芯一级对应5米直径火箭芯级模块，芯二级对应5米直径火箭上面级模块，3.35米直径助推器对应3.35米直径火箭助推级模块，2.25米直径助推器对应2.25米直径火箭助推级模块。4种基础模块根据不同方式搭配再加上整流罩等火箭部件就形成6种不同构型的火箭。
长征五号E运载火箭是长征五号系列中最大的火箭。该火箭采用二级半构型，由整流罩、5米直径的芯级和4个3.35米直径的助推器构成。火箭全长63.2米，起飞质量850吨，地球同步转移轨道的运载能力将达到14吨，可能被用于发射中国返回式月球探测器。
长征五号运载火箭是中国新一代运载火箭中的主力军，其发射平台正在海南文昌发射场组装调试。与长征三号系列运载火箭相比，长征五号有很多新特性，比如运载能力大、无毒无污染、可靠性高、投入产出比更大。长征五号还有一个特点：系列化、通用化、组合化，一种火箭多种构型，具有较全的各级推力火箭体系，适应能力更宽。此外，长征五号的最大起飞重量可达784.5吨，有效载荷大，近地轨道载荷达25吨。长征五号未来主要用于深空探测和登月计划，包括嫦娥五号卫星的发射。
中国已于2011年制定了重型运载火箭的方案，近地轨道的运载能力为100吨，通过模块的重组可以达到125～130吨，计划2028年首飞。
新一代大重型运载火箭
美苏的重型运载火箭之争随着冷战的结束而落幕，但新一代大重型运载火箭的开发又被提上了日程。
为了进行载人登陆火星和小行星的任务，美国于2011年确定了新一代太空发射系统（SLS）的设计，包括研制太空发射系统重型运载火箭和猎户座载人飞船。初期的太空发射系统全长97.5米，起飞质量2495吨。3台液氢液氧发动机外加2台固体助推器，提供了高达3810吨的起飞推力，比发射阿波罗载人登月飞船的土星5号火箭的起飞推力还高了10%。不过太空发射系统初期使用的低温上面级发动机推力太小，只具备将70吨的有效载荷发射送入轨道。
最终版本的太空发射系统全长122米，起飞质量增加到2948吨。第一级将改用5台液氢液氧发动机，上面级直径也增加到和芯级一样的8.4米，发动机为1～3台大推力的J-2X低温发动机，能够将130吨的有效载荷送入太空预定轨道。有了如此强大的火箭，就可以将各种深空探测器送入更遥远的宇宙空间，探索太阳系的各个角落。
为了重振雄风，俄罗斯正在研发安加拉运载火箭系列，最新的安加拉A5大型运载火箭已于2014年12月23日发射成功。未来还可能研发近地轨道最大运载能力达到35吨的安加拉A7大型火箭，以及近地轨道运载能力可达110吨的安加拉100重型火箭。根据规划，运载能力为80～85吨的重型火箭将于2028年首次执行探月任务。
【责任编辑】庞 云
