跻身世界一流的日本航天运载技术

工作延迟；进入8月后，火箭和地上设备的连接配线发生问题，原计划22日发射的火箭被延迟到27日进行发射。

“艾普西隆”火箭的研制是基于H-2A、H-2B、M-V火箭的已有部件和技术，与日本已退役的M-V固体火箭相比，它具备快速执行发射任务和降低发射成本的特点：“艾普西隆”火箭从第一级起竖到完成发射操作的周期为7天，而M-V火箭相应的周期为42天；研发费用约为205亿日元（约合人民币12.85亿元），对新型火箭研发而言属于低价。

“艾普西隆”火箭是三级固体燃料火箭，使用现有的H-2A固体火箭助推器作为第一级段，M-V运载火箭上面级升级改造后作为它的第二级段和第三级段，从而大幅削减了火箭的开发费用和制造成本。“艾普西隆”火箭包括基本型和扩展型两种构型，基本型为三级固体火箭，全长24米，直径2.6米，质量91吨，可以将1200千克的有效载荷送入250千米×500千米的低地球轨道；扩展型在基本型的基础上增加了一个小型液体推进系统，全长24米，直径2.6米，质量稍大于基本型，可以将700千克有效载荷送入500千米近地圆轨道、将450千克有效载荷送入500千米太阳同步轨道。

基本型“艾普西隆”火箭的第一级采用SRB-A固体火箭发动机，真空推力2271千牛，工作时间116秒，发动机采用端羟基聚丁二烯固体推进剂，装药量66.3吨。第二级采用基于M-V火箭三子级M-34发动机基础上研制的M-34C固体火箭发动机，真空推力371.5千牛，工作时间105秒，发动机采用端羟基聚丁二烯推进剂，装药量10.8吨。第三级采用KM-V2b固体发动机，真空推力99.8千牛，工作时间90秒，装药量2.5吨。扩展型火箭加装的液体推进系统旨在提高入轨载荷的质量和入轨精度，携带的液体推进剂质量为100千克。

人工智能火箭技术先进

凭借缩短发射准备时间、移动发射控制、改进发动机机体制造流程等多项创新，“艾普西隆”火箭将极大地降低成本。2013年首次发射的成本约为4560万美元，比M-V火箭的9000万美元减少一半。由于“艾普西隆”火箭低地球轨道卫星运载能力为M-V火箭的2/3，综合考虑后，“艾普西隆”火箭性价比较M-V火箭提高25%。

“艾普西隆”火箭降低发射成本的措施是实施高效的发射操作，采用具备人工智能的电子设备系统，这类系统设计具有高度智能，使运载火箭可以自动执行检测，并通过高速网络与地面支持设备连接在一起。“艾普西隆”火箭具有的自查能力，可使其在发生问题时找到故障原因，并可在一定情况下进行自我修复。例如，火箭可通过电流控制推进器的方向控制整个火箭的方向，还可防止电涌干扰或修正电涌以确保火箭不会偏离航线。由于具备自动检测能力，“艾普西隆”火箭可使用一台台式计算机（实际上还有两台计算机作为备份）实现火箭的发射控制，这就是所谓的移动发射控制。

与传统火箭相比，采用人工智能技术后，发射准备时间大幅度减少。过去的M-V火箭需要很多设备进行发射前的地面检查，需要大量时间与人力，而且许多元件需要在发射中心一个接一个地手工装配，从第一级火箭安置在发射台到实际发射需要约2个月的时间。而“艾普西隆”火箭将自动进行检查，极大地减少工作量和人力，研究人员还简化了火箭的装配工作，以便能够将几近装配好的火箭运往发射中心，这就使得火箭在第一级段安置在发射台后1周内就可实现发射。从发射准备时间看，“艾普西隆”火箭不仅纵向上远远超越日本的M-V火箭，而且横向上超过美国的“飞马座”、“金牛座”和“米诺陶”等固体火箭，也比欧洲的

“织女星”大型固体火箭略胜一筹。虽然日本在最大固体运载火箭的排行上输给了欧洲空间局的“织女星”火箭，但其自动化和先进程度则有过之而无不及。

研究人员还致力于为推进剂贮箱（即发动机机体）减重。M-V火箭发动机机体使用轻质坚韧的碳纤维制成，使其成为同类火箭中最轻的一型。现在研究人员将一种更轻的发动机机体用于“艾普西隆”火箭，并研究如何优化制造流程，使其更加廉价、简化。研究人员使用更加坚韧的碳纤维，制造出了更轻、更坚固的发动机机体，从而实现以较低价格获得较高性能的结构。

此次发射的火箭是基本型，日本计划在2017年前完成对第二阶段扩展型火箭的研发，主要包括推进剂、液体燃料发动机，以及进一步简化地面系统这三个方面。最终，日本希望将“艾普西隆”火箭建成一种能每周发射的系统，如果真的实现这一目标，那必将引发世界航天运载技术的革命。

由于“艾普西隆”火箭首次发射的时间紧迫，因而选用了与M-V火箭相同的、可靠的推进剂。日本计划在第二阶段研发新型固体燃料，并已针对新燃料开展了多项研究，其中之一就是研究从根本上改变固体火箭燃料的生产方法。传统固体火箭推进剂需要加入大量混合剂形成凝胶态，然后灌注至发动机机体加热塑型。新型燃料与此不同，这种燃料能够多次被加热融化，可在室温下重新变硬，需要时可以重新被融化。鉴于以上特点，新型燃料的最大益处是推进剂只需少量的混合剂，可以进行连续小量生产，还能像巧克力块那样贮存。因为适应性很好，当推进剂数量足够时，就可以融化并加注到运载火箭中，不但可以提高效率，还有益于降低成本。

采用液体燃料的火箭发射之后仍然能够在停止发动机时控制推力，而固体燃料火箭的发动机一旦点燃就无法中途停止。日本计划在“艾普西隆”火箭第二阶段研发中，在火箭的第三级段安装用于姿态控制的小型液体燃料发动机，这能够实现轨道进入精度与液体燃料火箭相似。

在研发第一阶段中实现了用一台台式计算机替代人数众多的发射控制大厅，这是简化火箭发射系统的第一步。在第二阶段，也就是2017年左右，研究人员希望火箭能够自动监视并判断自身的飞行安全，这样就可以撤去跟踪火箭和向火箭发送指令的雷达，还能进一步简化地面设备。

世界一流的运载火箭技术

日本是继美国与苏联后世界上第三个具备自主卫星发射能力的国家，已先后研制了L、J、M、N、H等5个系列12种型号大小配套的运载火箭。其中M-5三级固体运载火箭是世

界上最大的全固体运载火箭，H-2A和H-2B火箭的技术处于世界先进水平。2009年日本成功发射其性能最先进的H-2B火箭，使日本具备16. 5吨低地球轨道和8吨地球同步转移轨道的发射能力，具备了完成载人飞船发射的潜在能力。在可重复运载器方面，日本通过一系列飞行器飞行试验对轨道再入、高超声速飞行和自动着陆技术等进行了先期研究与关键技术的演示验证，并在发展颇有军事应用潜力、可重复使用的“希望”号航天飞机项目。

L系列火箭是日本最早期的火箭，其中仅L-4S火箭是多级固体运载火箭。自1964年5月开始，L-4S火箭进行了数次飞行试验，直到1970年2月11日成功发射了日本第一颗人造卫星“大隅”号，为日本航天事业奠定了基础。

J系列火箭包括J-1火箭等，它是在H-2和M-3S火箭的基础上发展起来的三级固体燃料火箭，主要用于发射小型卫星，能将约1吨重的有效载荷送入近地轨道。

M系列火箭的第一代是M-4S火箭，它比L-4S试验火箭的运载能力提高了3倍，为四级固体火箭，可将75千克的有效载荷送上近地椭圆轨道。第二代以后的M系列火箭改为三

级，型号分别为M-3C、M-3H、M-3S等。M-V火箭是M系列火箭的第五代，其上面级升级改造后成为“艾普西隆”火箭的第二级段和第三级段。M-V是一种三级型固体运载火箭，退役前是世界上最大的固体运载火箭。M-V与其先前型号一样，主要用于向近地轨道发射小型科学卫星。由于它具有较大的运载能力，因此还可用于向月球发射有效载荷或发射星际有效载荷。

N系列是日本引进美国的“德尔塔”火箭技术后研制成功的火箭，包括N-1和N-2两个型号。N-1火箭有三级，起飞重量90吨，近地轨道的有效载荷1.2吨，地球同步转移轨道的有效载荷260千克。N-2火箭总长35.4米，起飞重量136吨，近地轨道有效载荷为2吨，地球同步转移轨道的有效载荷为680～715千克。

H系列是目前日本主要的运载火箭，现役为H-2A和H-2B火箭。H-2A系列由标准型和增强型组成，包括H2A202、H2A2022、H2A2024（三种均为标准型）和H2A204（增强型），主要区别是助推火箭的数量和捆绑方式。该火箭最大起飞重量为445吨，主体长度为53米，直径为4米，地球低轨道运载能力为10～15吨，地球同步转移轨道运载能力为4～7.5吨。H-2B火箭是使用液氧和液氢为推进剂的二级式火箭，发射重量为551吨，主体全长56米，直径5.2米，地球同步转移轨道最大发射能力约8吨，空间站转运飞行器轨道的最大发射能力达16.5吨。H-2B火箭于2009年9月成功发射10吨级的HTV无人货运飞船，并顺利将4.5吨货物运抵国际空间站。

弹道导弹发展潜力令人担忧

20多年来，日本利用12种运载火箭发射了50多颗不同轨道的卫星，频繁的发射使日本在火箭发动机（包括发动机的推进、材料、喷管技术）以及火箭的控制、发射技术等各个方面，都积累了丰富的经验并达到世界一流水平。尽管日本受法律限制，不能将运载火箭进行任何攻击性尝试，但是日本将其运载火箭技术改装成近、中、远程及洲际弹道导弹已不是时间、技术上的问题，只是国家战略方向上的问题。

日本可利用T R-1 A固体火箭改装成近程导弹。TR-1A火箭直径1.13米，全重10.3吨，装7吨HTPB复合推进剂，可把630～750千克的实验室舱射到265千米高度，并使它落到数千米外的海面上。如果把它的实验舱换成700千克重的弹头，这个火箭就立刻成为射程超过750千米、可装载在越野汽车上发射的机动近程导弹。

日本研制的H -2 型火箭助推器直径1.8米，装59吨HTPB复合推进剂，海平面推力158吨，工作时间93秒，如果将其发动机壳体换成碳纤维复合材料以减轻结构质量，那么仅仅用一个助推器作单级固体火箭，就足以使2吨重弹头达到2500千米以上的射程。

如果将M-3S2（芯级）火箭的第三级和卫星换成弹头，它就成为一个重约47吨、长约24米的两级远程导弹。其射程能力与苏联SS-20导弹相当，从日本可攻击远至马六甲海峡的整个东南亚地区的目标。

日本拥有与美国的MX导弹、俄罗斯的SS-24导弹运载能力处于同一水平的M-5型固体运载火箭。该火箭将第一、二级发动机改换成纤维复合材料壳体，应用由光导纤维构成的激光陀螺制导控制系统，可构成日本发展弹道导弹弹头再入技术的基础，运载能力可能超过4吨，是名副其实的世界最大的三级固体导弹。日本的“艾普西隆”运载火箭发射准备时间短，维护发射人员少，更增强了它作为洲际导弹的可能，从某种意义上说，“艾普西隆”火箭换上弹头，就是一种相当不错的重型固体洲际导弹。

发展弹道导弹不仅需要研制发动机，也需要高性能的制导系统，还要解决末段再入防热等问题。日本H-2火箭研制过程中不仅攻克了先进的分级燃烧循环氢氧发动机和大推力的SRB固体助推器的难关，而且突破了先进的捷联式惯导技术。2010年日本“隼鸟”号小行星取样返回探测器，以12.2千米/秒的速度再入大气层，进一步验证了日本的再入返回和防热技术；同年HTV-3飞船记录再入大气层的温度等一系列数据，为进一步发展再入飞行器积累了数据和经验。

日本已经通过航天活动尤其是运载火箭的研制使用，积累了雄厚的技术基础和工业能力，现在缺乏的只是弹道导弹的研制经验。毕竟对于一个复杂的工程来说，即使各分系统水平再高，但在没有任何经验的条件下，隐藏在细节中的问题会带来数不清的麻烦，整个系统的整合和测试仍然需要时间，更不要说一步到位做出一个高水平的系统。不过解决整合经验的问题后，日本充分发挥工业能力制造弹道导弹的潜力是非常可观的。

目前制约日本研制弹道导弹的技术因素已不复存在，政治因素也正在土崩瓦解中，加上美国西太平洋军事形势的需要，考虑到日本政治氛围的整体右倾，虽然最新公布的《防卫计划大纲》中期报告删去了发展弹道导弹的内容，但是日本发展弹道导弹的可能性在不断增大。

总的说来，日本发展大型远程固体弹道导弹和洲际导弹在技术上并没有多大困难，尽管由于没有实际研究过弹道导弹而仍然缺乏经验，但从日本固体运载火箭尤其是“艾普西隆”火箭的研制看，日本具备雄厚的固体火箭工业基础，他们研制固体洲际导弹的潜力和能力，值得高度警惕。

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