新一代運(yùn)載火箭今年首飛 日本航天發(fā)射能力有多強(qiáng)？

根據(jù)日本航天規(guī)劃，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）研制的新一代運(yùn)載火箭H-3將于2020年進(jìn)行首飛。

該火箭采用了現(xiàn)有成熟技術(shù)和設(shè)計(jì)，并使用了消費(fèi)類零部件和易于量產(chǎn)的機(jī)體，可降低航天發(fā)射的成本，進(jìn)而一定程度減少日本在軍事航天能力上發(fā)射方面的支出。

H-3火箭：一切為了降低成本

1970年2月11日，日本從鹿兒島航天發(fā)射中心使用一枚L—4S運(yùn)載火箭，將一顆名為“大隅”的試驗(yàn)衛(wèi)星（重9.4千克）送入傾角31.04度，近地點(diǎn)339公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)5138公里的地球橢圓形軌道。日本成為繼蘇、美、法之后，第4個(gè)擁有衛(wèi)星發(fā)射能力的國(guó)家。L系列是日本第一種實(shí)用型運(yùn)載火箭，采用固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，直徑1.4米。由于L系列和M系列固體火箭運(yùn)載能力較小，日本從上世紀(jì)80年代開始研制H系列液體運(yùn)載火箭。

1986年8月13日，日本成功發(fā)射了首枚H-1運(yùn)載火箭。目前，日本液體火箭的主力是H-2系列，主要包括H-2A和的H-2B。H-2A于2001年8月首次發(fā)射成功，最大起飛重量為445噸，全箭長(zhǎng)53米，直徑4米，近地軌道運(yùn)載能力10~15噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力4.1~6噸。H-2B于2009年首次成功發(fā)射升空，與H-2A的區(qū)別在于H-2B一子級(jí)使用了兩臺(tái)LE-7A發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)將一子級(jí)火箭的燃料箱直徑由原來的4米擴(kuò)大到5.2米，其最大起飛重量為551噸，全箭長(zhǎng)56米，直徑5.2米，近地軌道運(yùn)載能力16.5噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力8噸。H-2B發(fā)射次數(shù)較少，主要用于發(fā)射“鸛”運(yùn)貨飛船，為國(guó)際空間站運(yùn)送物資和補(bǔ)給。

雖然，上述兩種火箭的性能較為先進(jìn)，在性能和運(yùn)載能力上完全能同歐美國(guó)家的運(yùn)載火箭媲美，但較高的發(fā)射成本和發(fā)射周期成為其獲取商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射訂單的最大障礙。根據(jù)相關(guān)資料，H-2火箭發(fā)射成本為1.5~1.7億美元，H-2A降到了9000萬美元，但依然沒有什么競(jìng)爭(zhēng)力，畢竟SpaceX公司的“獵鷹”9火箭發(fā)射才6200萬美元左右，未來隨著火箭一子級(jí)可重復(fù)使用技術(shù)的成熟和整流罩可重復(fù)使用技術(shù)的突破，發(fā)射成本將至4000萬美元甚至更低。為了增強(qiáng)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，日本2015年開始研制H-3火箭。

H-2B發(fā)射次數(shù)較少，主要用于發(fā)射“鸛”運(yùn)貨飛船。

H-3火箭研制由JAXA主導(dǎo)，三菱重工和石川島播磨重工等公司參與，項(xiàng)目總耗資可能將達(dá)約1900億日元。H-3火箭全長(zhǎng)63米，直徑5.2米，采用的LE-9大推力液氧液氫發(fā)動(dòng)機(jī)，預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)最大真空推力140噸。H-3分為無捆綁、捆綁2臺(tái)和捆綁4臺(tái)共3種配置，將具備2~7噸的靜地轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力。采用無固體助推器捆綁配置時(shí)，H-3第一級(jí)將設(shè)3臺(tái)LE-9，而在采用有捆綁配置時(shí)一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量減為2臺(tái)。助推器以“艾普西龍”先進(jìn)固體運(yùn)載火箭的二子級(jí)為基礎(chǔ)研制。LE-9是一種開式膨脹循環(huán)液氧液氫發(fā)動(dòng)機(jī)，通過開式膨脹循環(huán)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹循環(huán)高可靠性和開式循環(huán)大推力的統(tǒng)一，整體性能達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

由于采用了大量現(xiàn)有成熟技術(shù)和設(shè)計(jì)，并使用了消費(fèi)類零部件和易于量產(chǎn)的機(jī)體，再加上自動(dòng)化檢測(cè)與發(fā)射控制模式，減少操作人員和發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間，H-3火箭的發(fā)射成本比H-2A降低近一半，約4300萬美元，國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力大幅增強(qiáng)。

近年來，國(guó)際商業(yè)航天市場(chǎng)規(guī)模不斷膨脹，不少航天大國(guó)或強(qiáng)國(guó)對(duì)這個(gè)蛋糕可謂“虎視眈眈”。據(jù)美國(guó)航天基金會(huì)發(fā)布的報(bào)告統(tǒng)計(jì)，2015年全球航天經(jīng)濟(jì)總量約3353億美元，其中商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)占比高達(dá)76%。根據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)，到2020年，全球航天產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)總額將達(dá)到4850億美元。H-3火箭如果發(fā)射成功并投入國(guó)際市場(chǎng)，預(yù)計(jì)日本可在國(guó)際商業(yè)航天發(fā)射市場(chǎng)上分一杯羹，這些收入可用于反哺于日本航天工業(yè)。

在軍事上，H-3火箭同樣可以降低日本在發(fā)射方面的投入，省下來的錢可以用于發(fā)射更多的軍用衛(wèi)星或發(fā)展軍用航天技術(shù)，進(jìn)而一定程度上增強(qiáng)日本軍事航天能力。

固體火箭：暗度陳倉發(fā)展快速響應(yīng)空間能力

固體運(yùn)載火箭是中遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈以及洲際導(dǎo)彈的“親戚”，為了進(jìn)行相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備，日本一直非常重視固體運(yùn)載火箭的發(fā)展，從L系列開始到目前現(xiàn)役的“艾普西龍”，其固體火箭技術(shù)早已走在世界先進(jìn)行列。如果允許，日本可以在短時(shí)間內(nèi)研制出先進(jìn)固體洲際導(dǎo)彈。

根據(jù)規(guī)劃，“艾普西龍”將在今年進(jìn)行兩次發(fā)射，也是迄今為止年發(fā)射次數(shù)最多的一次。2019年1月，日本“艾普西龍”（2）CLPS型運(yùn)載火箭成功發(fā)射日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）的“快速創(chuàng)新有效載荷驗(yàn)證衛(wèi)星”（RAPIS）1，并搭載發(fā)射了日本和越南的6顆微小衛(wèi)星。這是該火箭的第四次發(fā)射，前三次分別在2013年9月、2016年12月和2018年1月進(jìn)行的。

“艾普西龍”是一種三級(jí)固體運(yùn)載火箭，用于接替2006年退役的M-5固體火箭，由石川島播磨重工（IHI）航空宇宙事業(yè)本部牽頭研制，主要承包廠家還包括NEC和三菱重工?！鞍瘴鼾垺痹缙谛吞?hào)全長(zhǎng)24.4米，直徑2，6米，重量91噸，采用H-2A火箭所用的SRB-A3固體捆綁助推器作為第一級(jí)，第二和第三級(jí)由M-5的固體發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)而來，三級(jí)型低軌運(yùn)載能力約1.2噸，而加裝“小型液體推進(jìn)級(jí)”（CLPS）的四級(jí)型號(hào)低軌運(yùn)載能力為700千克，500公里太陽同步軌道運(yùn)載能力為450千克。從第二次飛行開始啟用的增強(qiáng)型號(hào)“艾普西龍”（2）第二級(jí)有所加大，第三級(jí)也做了改進(jìn)，低軌運(yùn)載能力提高到1.5噸，加裝改進(jìn)型CLPS第四級(jí)的太陽同步軌道運(yùn)載能力為590千克。

“艾普西龍”火箭的先進(jìn)性不在于推進(jìn)系統(tǒng)，運(yùn)載能力也低于M-5火箭，而是體現(xiàn)在智能化和簡(jiǎn)潔性上。該火箭項(xiàng)目的重點(diǎn)是要理順發(fā)射流程和降低發(fā)射費(fèi)用。它創(chuàng)新性地采用了人工智能技術(shù)，可由火箭自主進(jìn)行箭上設(shè)備檢查，從而可大大簡(jiǎn)化地面操作，減少所需人力物力的投入，并且還縮短發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間。官方宣稱他們只要一臺(tái)電腦即可完成火箭的發(fā)射控制工作，極大縮短了發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間，據(jù)悉該火箭可在完成發(fā)射臺(tái)起豎后的1周內(nèi)發(fā)射。

“艾普西龍”火箭的研制有降低成本的考慮，但更多的考慮通過該火箭驗(yàn)證日本“快速響應(yīng)空間”能力?！翱焖夙憫?yīng)空間”概念最早由美國(guó)提出，該計(jì)劃的目標(biāo)是研制一種快速發(fā)射的火箭和衛(wèi)星，一周甚至幾小時(shí)內(nèi)將衛(wèi)星送入太空，提高軍事效能，增強(qiáng)太空資產(chǎn)的彈性。

“艾普西龍”火箭可在一周內(nèi)發(fā)射衛(wèi)星，可用于戰(zhàn)時(shí)發(fā)射軍用衛(wèi)星，監(jiān)視熱點(diǎn)地區(qū)或提供通信導(dǎo)航等服務(wù)，也可以用于戰(zhàn)時(shí)發(fā)射補(bǔ)網(wǎng)衛(wèi)星，接替被摧毀的衛(wèi)星，保持空間信息支援能力。此外，火箭還可以用于發(fā)射天基反衛(wèi)星武器，參與太空反衛(wèi)星戰(zhàn)斗。

在衛(wèi)星領(lǐng)域，日本正推進(jìn)ASNARO衛(wèi)星項(xiàng)目。該項(xiàng)目旨在利用開放體系技術(shù)和制造方法形成下一代小衛(wèi)星平臺(tái)系統(tǒng)，以大大降低成本和縮短研制周期，并采用最新電子技術(shù)。首星ASNARO-1于2014年11月由俄烏合造的第聶伯火箭發(fā)射，載有分辨率可達(dá)0.5米的光學(xué)遙感器。在研的ASNARO-3將配備超光譜觀測(cè)設(shè)備。日本還在基于ASNARO-2向越南提供兩顆X波段雷達(dá)遙感衛(wèi)星。ASNARO-2則是一顆實(shí)驗(yàn)性雷達(dá)遙感衛(wèi)星，由日本電氣公司（NEC）采用“下一代星”（NX）300L平臺(tái)建造，發(fā)射重量570千克，載有X波段雷達(dá)觀測(cè)設(shè)備，能不受云層影響進(jìn)行全天候全天時(shí)觀測(cè)，具有聚束、條帶和掃描三種觀測(cè)模式。該星采用505公里、傾角97.4度的太陽同步軌道，聚束模式分辨率為1米或更高。

1米以內(nèi)的遙感衛(wèi)星照片具有很大的軍用價(jià)值，因此以ASNARO衛(wèi)星為基礎(chǔ)，日本完全可以在其基礎(chǔ)研制用于偵察的小衛(wèi)星，并且還可以發(fā)展光學(xué)和雷達(dá)兩種偵察，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，增強(qiáng)日本的天基偵察能力。

總而言之，通過研制H-3液體運(yùn)載火箭和“艾普西龍”固體運(yùn)載火箭，日本軍事航天發(fā)射能力進(jìn)一步增強(qiáng)，為日本提升太空戰(zhàn)力奠定了基礎(chǔ)。