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新一代运载火箭今年首飞 日本航天发射能力有多强?


文章作者:www.ruemarron.com 发布时间:2020-02-29 点击:966



根据日本的太空计划,由日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)开发的新一代运载火箭H-3将于2020年进行首次飞行。

该火箭采用现有的成熟技术和设计,使用消费部件和易于批量生产的机身,可以降低航天发射的成本,从而在一定程度上减少日本在军事航天发射上的开支。

H-3火箭:一切为了降低成本

1970年2月11日,日本利用鹿儿岛航天发射中心的一枚L-4运载火箭将一颗名为“大禹”的试验卫星(重9.4公斤)送入一个倾角为31.04度、近地点为339公里、远地点为5138公里的椭圆形轨道。日本成为继苏联、美国和法国之后第四个拥有卫星发射能力的国家。L系列是日本第一个实用的运载火箭,使用直径为1.4米的固体火箭发动机。由于L系列和M系列固体火箭运载能力小,日本在20世纪80年代开始研制H系列液体运载火箭。

“ε”运载火箭发射

1986年8月13日,日本成功发射了第一架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H-2B。2A号于2001年8月首次成功发射,最大起飞重量为445吨,箭长53米,直径4米,低地球轨道运载能力为10~15吨,地球同步转移轨道运载能力为4.1~6吨。2B号于2009年首次成功发射。2B和2A的区别在于,2B的第一级使用了两个LE-7A发动机。同时,第一级火箭燃料箱的直径从4米扩大到5.2米。它的最大起飞重量为551吨,整个火箭的长度为56米,直径为5.2米,低地球轨道的运载能力为16.5吨,地球同步转移轨道的运载能力为8吨。2B号的发射次数较少,主要用于发射“鹳”货船,向国际空间站运送补给和补给。

虽然上述两种火箭在性能和运载能力上相对先进,与欧美国家完全相当,但较高的发射成本和发射周期是它们获得商业卫星发射订单的最大障碍。据有关数据显示,H-2火箭的发射成本为1.5亿至1.7亿美元,H-2A火箭的发射成本已降至9000万美元,但仍没有竞争力。毕竟,SpaceX的猎鹰9号火箭的发射成本只有6200万美元。未来,随着火箭第一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,发射成本将在4000万美元以下。为了增强在国际?谐∩系木赫Γ毡驹?2015年开始研发H-3火箭。

H-2B的汽艇数量较少,主要用于发射“鹳”型货船。

H-3火箭开发由JAXA牵头,三菱重工和石川新闻重工及其他公司参与。项目总成本可能达到1900亿日元。H-3火箭总长63米,直径5.2米。LE-9大推力液氧和液氢发动机预计可实现140吨的最大真空推力。H-3分为3种构型:未结合、结合2套和结合4套。它将具有2~7吨的静态转移轨道承载能力。当采用不带固体助推器的捆绑式布局时,H-3的第一级将有3个LE-9,而当采用捆绑式布局时,第一级发动机的数量将减少到2个。助推器是在“ε”先进固体运载火箭第二级的基础上研制的。LE-9是一种开式膨胀循环液氧和液氢发动机。通过独特的开式膨胀机循环设计,实现了火箭发动机膨胀机循环高可靠性和开式循环高推力的统一,整体性能达到世界领先水平。

由于采用了大量现有的成熟技术和设计,使用了易于大规模生产的消费零部件和实体,以及自动检测和发射控制模式,H-3火箭的发射成本比H-2A降低了近一半,约4300万美元,国际市场竞争力大大增强。

近年来,国际商业空间市场的规模不断扩大

固体火箭:黑暗陈仓发展快速反应空间能力

固体运载火箭是中远程弹道导弹和洲际导弹的“亲戚”。为了储存相关技术,日本一直非常重视固体运载火箭的发展。从L系列的开始到现在的“ε”,其固体火箭技术早已跻身世界先进行列。如果允许,日本可以在短时间内发展先进的固体洲际导弹。

根据计划,“艾司隆”将于今年推出两次,这也是迄今为止推出次数最多的一次。2019年1月,日本的“ε”(2)CLPS运载火箭成功发射了JAXA的“快速创新有效载荷验证卫星”(RAPIS)1,并从日本和越南运载和发射了6颗微型卫星。这是火箭的第四次发射。前三次分别于2013年9月、2016年12月和2018年1月进行。

“ε”是一种三级固体运载火箭,用来代替2006年退役的M-5固体火箭。它是在IHI航天工业部的领导下开发的。主要承包商包括日本电气公司和三菱重工。早期的艾司隆模型总长24.4米,直径2.6米,重量91吨。它使用在2A火箭中使用的固体捆绑式助推器作为第一级。第二和第三级是由M-5固体发动机改进而来的。第三级低轨运载能力约为1.2吨,而装有“小液体推进级”(CLPS)的第四级低轨运载能力为700公斤,500公里太阳同步轨道运载能力为450公斤。从第二次飞行开始,增强型“ε”(2)增加了第二级,改进了第?丁K牡凸斓涝嗽啬芰σ言黾拥?1.5吨,它的太阳同步轨道运载能力与修改后的CLPS第四阶段是590公斤。

“ε”火箭发射准备时间大大缩短。

Epsilon火箭的进步不在于推进系统,其运载能力低于M-5火箭,而在于智能和简单。火箭项目的重点是使发射过程合理化,降低发射成本。它创新性地采用了人工智能技术,火箭可以独立检查箭上的设备,大大简化了地面操作,减少了所需人力物力的投入,缩短了发射准备时间。官员们声称,他们只用一台电脑就能控制火箭的发射,大大缩短了发射准备时间。据报道,火箭可以在发射台建成后一周内发射。

“艾司隆”火箭的开发考虑了降低成本,但更多的考虑是通过火箭来验证日本的“快速反应空间”能力。“快速反应空间”的概念是由美国首先提出的。该计划的目标是开发一种快速发射的火箭和卫星,它将在一周甚至几个小时内把卫星送入太空,以提高军事效率和增强空间资产的灵活性。

“ε”火箭可以在一周内发射卫星,可以用于在战时发射军用卫星,监测热点或提供通信和导航等服务,也可以用于在战时发射补充网络的卫星,以取代被摧毁的卫星并保持空间信息支持能力。此外,火箭还可用于发射天基反卫星武器和参与空间反卫星战斗。

组装中的日本运载火箭

在卫星领域,日本正在推广ASNARO卫星项目。该项目旨在利用开放系统技术和制造方法形成下一代小型卫星平台系统,从而大大降低成本,缩短开发周期,并采用最新的电子技术。第一颗卫星anaro-1由俄罗斯和乌克兰于2014年11月联合制造的第聂伯火箭发射,搭载一个分辨率为0.5米的光学遥感器。正在开发的anaro-3将配备高光谱观测设备。日本还向越南提供两颗基于anaro-2的x波段雷达遥感卫星。ASNARO-2是一颗实验性雷达遥感卫星,由日本电气公司使用“下一代星”(NX)300升平台建造,发射重量为570公斤,并配备有X波段雷达观测设备。不受云层影响,可全天候全天观测,有聚束、波段三种观测模式

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