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积极研发新火箭日本航天发射能力有多强?

2020-04-14 16:23航天世界 人已围观

简介盐偶人根据日本航天规划,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)研制的新一代运载火箭H-3将于2020年进行首飞。 该火箭采用了现有成熟技术和设计,并使用了消费类零部件和易于量产的机体,可...

  根据日本航天规划,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)研制的新一代运载火箭H-3将于2020年进行首飞。

  该火箭采用了现有成熟技术和设计,并使用了消费类零部件和易于量产的机体,可降低航天发射的成本,进而一定程度减少日本在军事航天能力上发射方面的支出。

  1970年2月11日,日本从鹿儿岛航天发射中心使用一枚L—4S运载火箭,将一颗名为大隅的试验卫星(重9.4千克)送入倾角31.04度,近地点339公里、远地点5138公里的地球椭圆形轨道。日本成为继苏、美、法之后,第4个拥有卫星发射能力的国家。L系列是日本第一种实用型运载火箭,采用固体火箭发动机,直径1.4米。由于L系列和M系列固体火箭运载能力较小,日本从上世纪80年代开始研制H系列液体运载火箭。

  1986年8月13日,日本成功发射了首枚H-1运载火箭。目前,日本液体火箭的主力是H-2系列,主要包括H-2A和的H-2B。H-2A于2001年8月首次发射成功,最大起飞重量为445吨,全箭长53米,直径4米,近地轨道运载能力10~15吨,地球同步转移轨道运载能力4.1~6吨。H-2B于2009年首次成功发射升空,与H-2A的区别在于H-2B一子级使用了两台LE-7A发动机,同时将一子级火箭的燃料箱直径由原来的4米扩大到5.2米,其最大起飞重量为551吨,全箭长56米,直径5.2米,近地轨道运载能力16.5吨,地球同步转移轨道运载能力8吨。H-2B发射次数较少,主要用于发射“鹳”运货飞船,为国际空间站运送物资和补给。

  虽然,上述两种火箭的性能较为先进,在性能和运载能力上完全能同欧美国家的运载火箭媲美,但较高的发射成本和发射周期成为其获取商业卫星发射订单的最大障碍。根据相关资料,H-2火箭发射成本为1.5~1.7亿美元,H-2A降到了9000万美元,但依然没有什么竞争力,毕竟SpaceX公司的“猎鹰”9火箭发射才6200万美元左右,未来随着火箭一子级可重复使用技术的成熟和整流罩可重复使用技术的突破,发射成本将至4000万美元甚至更低。为了增强国际市场竞争力,日本2015年开始研制H-3火箭。

  H-3火箭研制由JAXA主导,三菱重工和石川岛播磨重工等公司参与,项目总耗资可能将达约1900亿日元。H-3火箭全长63米,直径5.2米,采用的LE-9大推力液氧液氢发动机,预计可实现最大线吨的静地转移轨道运载能力。采用无固体助推器捆绑配置时,H-3第一级将设3台LE-9,而在采用有捆绑配置时一级发动机数量减为2台。助推器以“艾普西龙”先进固体运载火箭的二子级为基础研制。LE-9是一种开式膨胀循环液氧液氢发动机,通过开式膨胀循环的独特设计,实现了火箭发动机膨胀循环高可靠性和开式循环大推力的统一,整体性能达到世界领先水平。

  由于采用了大量现有成熟技术和设计,并使用了消费类零部件和易于量产的机体,再加上自动化检测与发射控制模式,减少操作人员和发射准备时间,H-3火箭的发射成本比H-2A降低近一半,约4300万美元,国际市场竞争力大幅增强。

  近年来,国际商业航天市场规模不断膨胀,不少航天大国或强国对这个蛋糕可谓“虎视眈眈”。据美国航天基金会发布的报告统计,2015年全球航天经济总量约3353亿美元,其中商业航天产业占比高达76%。根据市场预测,到2020年,全球航天产业市场总额将达到4850亿美元。H-3火箭如果发射成功并投入国际市场,预计日本可在国际商业航天发射市场上分一杯羹,这些收入可用于反哺于日本航天工业。

  在军事上,H-3火箭同样可以降低日本在发射方面的投入,省下来的钱可以用于发射更多的军用卫星或发展军用航天技术,进而一定程度上增强日本军事航天能力。

  固体运载火箭是中远程弹道导弹以及洲际导弹的“亲戚”,为了进行相关技术储备,日本一直非常重视固体运载火箭的发展,从L系列开始到目前现役的“艾普西龙”,其固体火箭技术早已走在世界先进行列。如果允许,日本可以在短时间内研制出先进固体洲际导弹。

  根据规划,“艾普西龙”将在今年进行两次发射,也是迄今为止年发射次数最多的一次。2019年1月,日本“艾普西龙”(2)CLPS型运载火箭成功发射日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的“快速创新有效载荷验证卫星”(RAPIS)1,并搭载发射了日本和越南的6颗微小卫星。这是该火箭的第四次发射,前三次分别在2013年9月、2016年12月和2018年1月进行的。

  “艾普西龙”是一种三级固体运载火箭,用于接替2006年退役的M-5固体火箭,由石川岛播磨重工(IHI)航空宇宙事业本部牵头研制,主要承包厂家还包括NEC和三菱重工。“艾普西龙”早期型号全长24.4米,直径2,6米,重量91吨,采用H-2A火箭所用的SRB-A3固体捆绑助推器作为第一级,第二和第三级由M-5的固体发动机改进而来,三级型低轨运载能力约1.2吨,而加装“小型液体推进级”(CLPS)的四级型号低轨运载能力为700千克,500公里太阳同步轨道运载能力为450千克。从第二次飞行开始启用的增强型号“艾普西龙”(2)第二级有所加大,第三级也做了改进,低轨运载能力提高到1.5吨,加装改进型CLPS第四级的太阳同步轨道运载能力为590千克。

  “艾普西龙”火箭的先进性不在于推进系统,运载能力也低于M-5火箭,而是体现在智能化和简洁性上。该火箭项目的重点是要理顺发射流程和降低发射费用。它创新性地采用了人工智能技术,盐偶人可由火箭自主进行箭上设备检查,从而可大大简化地面操作,减少所需人力物力的投入,并且还缩短发射准备时间。官方宣称他们只要一台电脑即可完成火箭的发射控制工作,极大缩短了发射准备时间,据悉该火箭可在完成发射台起竖后的1周内发射。

  “艾普西龙”火箭的研制有降低成本的考虑,但更多的考虑通过该火箭验证日本“快速响应空间”能力。“快速响应空间”概念最早由美国提出,该计划的目标是研制一种快速发射的火箭和卫星,一周甚至几小时内将卫星送入太空,提高军事效能,增强太空资产的弹性。

  “艾普西龙”火箭可在一周内发射卫星,可用于战时发射军用卫星,监视热点地区或提供通信导航等服务,也可以用于战时发射补网卫星,接替被摧毁的卫星,保持空间信息支援能力。此外,火箭还可以用于发射天基反卫星武器,参与太空反卫星战斗。

  在卫星领域,日本正推进ASNARO卫星项目。该项目旨在利用开放体系技术和制造方法形成下一代小卫星平台系统,以大大降低成本和缩短研制周期,并采用最新电子技术。首星ASNARO-1于2014年11月由俄乌合造的第聂伯火箭发射,载有分辨率可达0.5米的光学遥感器。在研的ASNARO-3将配备超光谱观测设备。日本还在基于ASNARO-2向越南提供两颗X波段雷达遥感卫星。ASNARO-2则是一颗实验性雷达遥感卫星,由日本电气公司(NEC)采用“下一代星”(NX)300L平台建造,发射重量570千克,载有X波段雷达观测设备,能不受云层影响进行全天候全天时观测,具有聚束、条带和扫描三种观测模式。该星采用505公里、倾角97.4度的太阳同步轨道,聚束模式分辨率为1米或更高。

  1米以内的遥感卫星照片具有很大的军用价值,因此以ASNARO卫星为基础,日本完全可以在其基础研制用于侦察的小卫星,并且还可以发展光学和雷达两种侦察,优势互补,增强日本的天基侦察能力。

  总而言之,通过研制H-3液体运载火箭和“艾普西龙”固体运载火箭,日本军事航天发射能力进一步增强,为日本提升太空战力奠定了基础。

Tags: 盐偶人 

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