日本主力火箭面臨服役即過時困境，中國專家解讀

來源：環(huán)球時報

【環(huán)球時報記者 馬俊 環(huán)球時報特約記者 謝昭】日本17日成功發(fā)射的H3大型運載火箭引起全球航天界的關(guān)注。卡塔爾半島電視臺18日援引航天專家的分析稱，這是日本30年來首次成功發(fā)射的全新大型運載火箭，它寄托著日本進軍航天市場的雄心，并將承擔(dān)為美國“門戶”月球軌道站提供補給的重任。全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩告訴《環(huán)球時報》記者，從小行星采樣返回到月球表面軟著陸，雖然日本航天近年來接連取得突破，但存在可靠性不足和發(fā)展不均衡等問題，大都淪為美國航天計劃的附庸角色。

日本H3火箭升空

研制道路幾經(jīng)波折

日本共同社稱，攜帶有模擬衛(wèi)星和兩顆小型衛(wèi)星的H3火箭于17日從日本種子島宇宙中心點火發(fā)射，并成功將載荷送入預(yù)定軌道。日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）宣布，本次發(fā)射的任務(wù)是確認火箭的姿態(tài)控制和星箭分離性能，隨著模擬衛(wèi)星被送入約670公里高的預(yù)定軌道，H3火箭完成了飛行試驗的主要目的。

報道稱，H3火箭是JAXA與三菱重工公司合作開發(fā)的兩級液體燃料火箭，將取代日本現(xiàn)役的H2A火箭。《日本經(jīng)濟新聞》網(wǎng)站稱，基于安全、防災(zāi)、通信等角度考慮，利用太空日益重要，H3火箭被視為日本今后的主力火箭，將引導(dǎo)日本的太空開發(fā)。按照計劃，H2A火箭只剩最后兩次發(fā)射任務(wù)，H3將在今后數(shù)年內(nèi)負責(zé)運送新一代貨運飛船為國際空間站提供補給，并承擔(dān)月球和火星探測的發(fā)射任務(wù)。

龐之浩介紹說，日本對于H3火箭寄予了厚望，但由于研制周期過長以及缺乏技術(shù)前瞻性，它面臨服役即過時的困境。據(jù)介紹，日本于1994年成功發(fā)射H2大型火箭，隨后又在2001年推出性能更可靠的H2A型火箭。但它們都存在發(fā)射成本高、準備周期長的缺點，H2火箭發(fā)射成本超過1.5億美元，H2A為9000萬美元，在國際航天發(fā)射市場上缺乏競爭力。針對這些弱點，JAXA于2013年開始開發(fā)H3火箭，目標是將發(fā)射成本削減為H2A火箭的一半。為此，H3火箭采用了商業(yè)化開發(fā)模式，選擇大量民用零部件，基本實現(xiàn)了預(yù)定目標。

但H3火箭的研制道路并不順利。JAXA原計劃在2020年實現(xiàn)首飛，但由于新研制的主發(fā)動機在試驗中出現(xiàn)故障而兩次推遲。2023年2月17日，H3火箭首次試射時因控制系統(tǒng)檢測到異常而未發(fā)出點火信號，火箭未能發(fā)射升空。當年3月7日，H3火箭在種子島宇宙中心終于成功點火后，又因二級火箭未能點火導(dǎo)致發(fā)射失敗。JAXA和三菱重工花了數(shù)月時間才找出失敗原因。由于存在同樣的潛在問題，現(xiàn)役H2A火箭也因此停飛了半年，直至2023年9月才恢復(fù)發(fā)射。而H3火箭則一直等到今年2月才準備第二次發(fā)射，由于在首次發(fā)射中，價值高達280億日元的“大地3”號觀測衛(wèi)星隨著H3火箭的發(fā)射失敗而損毀，因此在17日的H3火箭第二次發(fā)射時沒有搭載實用衛(wèi)星，而是使用了質(zhì)量相當?shù)哪M衛(wèi)星。

就在H3火箭啟動研制計劃的同時，美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX公司）的“獵鷹9”號火箭也開始投入商業(yè)化發(fā)射。龐之浩表示，“獵鷹9”號借助火箭第一級回收技術(shù)，不但大幅降低了發(fā)射成本，而且還顯著減少了發(fā)射準備時間。尤其是隨著“獵鷹9”號火箭的大批量生產(chǎn)和高頻次發(fā)射，其發(fā)射成本仍在持續(xù)降低。美國《太空》網(wǎng)站稱，雖然“獵鷹9”號火箭的發(fā)射報價為6200萬美元，但實際成本低得多，SpaceX公司完全可以憑借低價戰(zhàn)略擠占商業(yè)航天發(fā)射市場其他對手的份額。龐之浩認為，H3火箭采用的保守技術(shù)路線使它很難與“獵鷹9”號火箭展開價格競賽，特別是“獵鷹9”號火箭已經(jīng)在商業(yè)航天發(fā)射市場上占有領(lǐng)先優(yōu)勢的情況下，H3火箭的競爭力非常有限。

輕火箭發(fā)展、重航天器研制

龐之浩表示，日本航天存在明顯的發(fā)展不均衡問題，火箭發(fā)展慢、航天器發(fā)展快。例如就性能而言，H3火箭采用了先進的大推力液氫液氧發(fā)動機，芯級直徑為5.27米，可以根據(jù)需要選擇不同數(shù)量的助推器，近地軌道最大運力為16.5噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道最大運力為7.9噸，相比H2A火箭有較大提升。但作為對比，中國長征五號大型火箭芯級直徑為5米，比H3略小，但近地軌道運力為25噸、地球同步轉(zhuǎn)移軌道為14噸。這背后體現(xiàn)了中日火箭總體設(shè)計的技術(shù)和能力差距。日本開發(fā)的另一種固體運載火箭“埃普西隆”進展也不順利，2022年10月，“埃普西隆”火箭在第六次發(fā)射時因故障被迫自毀；2023年7月，其改進型號“埃普西隆S”火箭的發(fā)動機在進行燃燒試驗時又發(fā)生爆炸。

相比事故頻發(fā)的運載火箭，日本在航天器研制領(lǐng)域取得了諸多顯著成果。日本為國際空間站研制了內(nèi)部容積最大的“希望”號實驗艙，通過三次航天飛機任務(wù)、耗時半年才完全安裝到位；日本HTV貨運飛船先后8次為國際空間站提供補給，JAXA研制中的新一代貨運飛船具備可返回能力，未來將負責(zé)為國際空間站和美國“門戶”月球軌道站運送貨物；日本“隼鳥”號和“隼鳥2”號小行星探測器分別于2005年和2019年成功從小行星上采樣，并將樣品送回地球；今年1月25日，日本月球探測器SLIM成功在月球表面實現(xiàn)軟著陸，降落地點位于預(yù)定目標地點偏東約55米，實現(xiàn)了“精準降落”的預(yù)定目標。此外，日本還研制和發(fā)射了對地觀測、通信和導(dǎo)航定位等不同用途的衛(wèi)星。

降落在月球表面的SLIM探測器

龐之浩表示，日本航天技術(shù)發(fā)展不均衡，長處和短板都很突出，因此目前JAXA主要是依托美國展開的大型航天探索項目。例如SLIM在這次探月獲得的技術(shù)數(shù)據(jù)將提供給美國主導(dǎo)的“阿爾忒彌斯”載人登月計劃，JAXA還希望通過參與“阿爾忒彌斯”計劃，最終實現(xiàn)讓日本宇航員登月。

警惕日本航天的“民轉(zhuǎn)軍”

值得注意的是，日本航天發(fā)展近年來出現(xiàn)越來越明顯的軍事用途傾向。龐之浩介紹說，日本航天發(fā)展帶有典型的“民轉(zhuǎn)軍”特色，例如“埃普西隆”固體火箭就被廣泛認為具備改裝為遠程彈道導(dǎo)彈的潛力。其他運載火箭使用的先進導(dǎo)航技術(shù)和耐高溫材料，也有助于突破彈道導(dǎo)彈的研制難關(guān)。

同時日本已經(jīng)發(fā)射了多顆對地觀測、通信和導(dǎo)航衛(wèi)星，它們普遍具備軍用潛力。例如日本2023年發(fā)射的“雷達7”號和2024年1月發(fā)射的“光學(xué)8”號衛(wèi)星分別代表日本雷達和光學(xué)偵察衛(wèi)星的最高水平，它們在國際上也屬于領(lǐng)先水平。日本《讀賣新聞》2023年1月24日稱，日本計劃給新一代通信衛(wèi)星加配監(jiān)視功能。報道稱，自衛(wèi)隊計劃2024年度開始研制供通信衛(wèi)星搭載的小型監(jiān)視設(shè)備，在本世紀30年代初，現(xiàn)役兩顆軍用通信衛(wèi)星壽命到期后，后續(xù)部署具有監(jiān)視功能的通信衛(wèi)星。