腾飞的日本火箭

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从一支“铅笔”起步

“美国已经进入火箭时代，日本亦当效仿之。与喷气发动机不同，火箭发动机能将我们带入深邃的外太空。”东京大学教授丝川秀雄（Hideo Itokawa）说。生于1912年的丝川秀雄曾经是一名飞机工程师，二战期间任职于中岛飞机株式会社，并参与研制了中岛Ki-43“隼”式战斗机。二战结束后，美苏利用纳粹德国的V-2导弹技术各自开始了运载火箭的研制，世界进入了一个航天工业大发展的时代。由于作为战败国，日本的航空工业被严重限制，丝川秀雄转而对火箭产生了兴趣，由此开始钻研于运载火箭的研究。作为日本火箭的早期开拓者，丝川秀雄被赋予日本火箭之父的美誉。

1955年4月12日，对于日本火箭工业来说是标志性的一天——丝川秀雄教授率领的科学研究小组成功试射了一枚起名为“铅笔”的微型探空火箭。这确实是一支名符其实的“铅笔”，重仅几百克、长约23厘米、直径2厘米。紧接着，1958年，东京大学又成功研制了两级3K-6固体火箭，飞行高度达40千米；1964年至1970年，又研制了飞行高度更高的S系列、K系列和L系列探空火箭，但美中不足的是，卫星发射计划却一直没有取得成功。

关键性的一天在1970年2月11日终于来临了。这一天，见证了日本运载火箭首次将人造卫星送入太空的历史。日本用L-4S-5火箭成功将日本第一颗人造地球卫星“大隅”号送入地球轨道。L（LAMBDA，拉姆达）火箭是由东京大学研制的四级固体燃料推进火箭。“大隅”号的成功发射标志着日本成为了继美、苏、法之后第4个依靠本国技术完成卫星发射的国家。

之后，日本又研制出了更大型的M系列运载火​​箭，主要用于发射科学卫星。在M系列火箭中，M-V型是一种三级固体燃料推进运载火箭，也是世界上最大的固体燃料推进火箭之一。M-V火箭对X射线天文学和红外天文学的发展发挥了重要作用。

为了发射应用卫星，1969年日本组建了国家空间发展署，1969年12月，美国国会批准向日本输出火箭研制经验和技术，日本则以“德尔塔”M-6火箭为基础，研制N-1火箭。N-1火箭长32.57米，起飞重量90.88吨，最大直径2.55米，起飞推力1 520千牛，可将600千克载荷送到1 000千米高的地球轨道，或将130千克载荷送到地球同步轨道。1977年2月23日，N-1火箭成功发射了一颗同步轨道技术试验卫星，从而使日本成为世界上第三个掌握发射地球同步轨道卫星技术的国家。

里程碑式的H-2A

H-2A火箭是一种使用高性能液氧液氢推进剂发动机的大型运载火箭，可满足多种类型的航天器和有效载荷的不同任务需求，一直作为日本航天工业标志的火箭系统，也是世界上最为先进的火箭系统之一。

1994年，日本成功研制出了H-2火箭。该型火箭具有总体布局紧凑、运载系数高等优点，是上个世纪90年代日本最先进的运载火箭。但正当日本航天业顺畅发展时，1998年、1999年，H-2却连续两次发射失败，导致H-2的研究与发展被迫终止，一大批国际卫星发射合同也被迫停止，日本进入国际商业卫星发射市场也成为泡影。在这种情况下，开发更为先进的H-2A火箭便成了日本航天业生死攸关的一个重大问题。其实，日本早在1996年就已着手开发H-2A，旨在降低H-2的制造、发射成本，以便在国际卫星发射市场拥有良好的竞争力。当时，H-2发射成本为170至190亿日元，而欧洲的“阿丽亚娜”火箭的发射成本为110至130亿日元，俄罗斯“质子”号的发射成本仅为45至85亿日元。日本要想进入商业卫星发射市场参与竞争，必须将H-2的发射成本降低一半才行，但H-2发射却连遭失败，从而导致H-2A的开发承受了巨大压力。

经过长时间的努力，2001年8月29日，基本型H-2A-1号成功进行了首次试验发射，将一个3吨重的载荷送入预定轨道，初步证明了火箭性能达到了预定要求。2002年2月4日，又试验发射了H-2A-2号火箭。H-2A-2是在基本型芯级外侧增加4个助推器组成的增力型火箭，可把4.5吨重的有效载荷送入地球同步转移轨道。两次试验发射充分证明了H-2A技术性能已达到了设计要求，从而进一步增强了日本将其投放国际航天发射市场的信心。

2002年9月10日，H-2A-3号进行了一次实用化的发射任务。发射后30分钟，实验卫星与火箭分离，进入近地点约480千米、远地点位于赤道上空3.6万千米的地球同步转移轨道，发射取得了圆满成功。

紧接着，2002年12月14日，H-2A-4号用“一箭多星”的方式成功发射了包括澳大利亚卫星在内的4颗卫星，这也是日本首次发射国外卫星。

此后，H-2A的发射技术越来越成熟。其间，虽然也曾遭遇过失败，但每次失败过后，都进一步推进了H-2A技术的完善。而且，H-2A的性价比在世界上首屈一指，相比H-2，H-2A将发射费用降低一半以上，成了激烈的世界卫星发射市场的最强有力的竞争者之一。H-2A也成了日本航天史上最大最耀眼的一颗“星”，为日本航天业的发展立下了不朽功劳。

从H-2B到H-3

日本并不满足于仅仅拥有H-2A，要立足于竞争激烈的世界卫星发射市场，必须不断推陈出新，进行技术及产品的更新换代。H-2A之后，日本又成功开发了H-2B。

H-2B重530吨，长56米——比H-2A火箭长3米，一级的直径从H-2A的4米增加至5.2米，其第一级总长也比H-2A增加了1米。H-2B的推进剂重量是H-2A的1.7倍，可将8​​吨重的有效载荷送入地球同步转移轨道。由于采用了H-2A的许多组件和固有技术，H-2B的设计成本远小于H-2A、“阿丽亚娜”火箭或其它竞争火箭。

主要承担向国际空间站发射货运飞船的任务。2009年9月，H-2B完成了“H-2转移飞行器”无人货运飞船的首次发射，飞船顺利与国际空间站对接，充分证明了日本航天技术实力。

H-2B之后,日本又准备开发可载人的H-2C火箭，甚至还提出了H-2X火箭计划。按照设想，日本将在2025年之前实现载人飞船的发射。

目前，日本正在论证新一代火箭H-3的各种技术性能。据悉，H-3为三级火箭，将取代现役的H-2A和H-2B，用于发射更复杂的有效载荷。根据初步设想，H-3与H-2B相比，外形有所缩小，但运载能力无明显变化，地球同步轨道运载能力为4吨，如使用固体燃料助推器可达6吨；而且，H-3更加注重安全性，发射成本可减少20%至30%。按计划，第一步将研制H-3专用的新型发动机，之后再开展其它研究工作。预计2020年前后，H-3将进行首次试射。

日本航天的绊脚石

纵观日本航天业发展历程，一直存在着一些与其强大的经济科技地位不太相称的非技术问题。

在生产理念上，日本极为重视军民两用科技的研发，例如航天、造船、机械等。但日本擅长的商用科技产品过于注重成本控制，这导致可靠性受到了一定限制，在性能发挥和使用环境上也非常受限。航天业由于其特殊性，最注重的是可靠性，而不是成本控制，因为太空中的工作条件非常恶劣，随时可能发生各种意外。要保证系统正常运行，就必须保证每个部件都能在极端条件下正常工作。一旦个别零件出现故障，极可能导致整个系统的投资一去不回。因此，各国的航天研发都将可靠性置于首位，即优先考虑如何万无一失地成功发射，再考虑其它问题。而日本却恰恰相反，火箭的可靠性尚未完善，就开始考虑如何降低成本的问题了，这种做法无疑限制了航天业的发展。

在管理体制上，日本航天业之前一直由多个机构经营，包括日本宇宙开发事业团、宇宙科学研究所、航空宇宙技术研究所、“银河快车”公司等。各家机构各自为政，自主经营，都有自己的预算、产品，甚至发射场等，如宇宙开发事业团研制了H系列火箭，宇宙科学研究所研制了M系列火箭，而“银河快车”公司研制了J系列火箭。管理体制上的不足导致日本航天业一直无法形成资源合力，无形中分解和损耗了资金、科技的投资效应，而航天业恰恰最需要集中资源进行社会化大生产。日本政府意识到这方面的问题后，于2003年10月将日本宇宙开发事业团、宇宙科学研究所、航空宇宙技术研究所合并组建了“日本宇宙航空研究开发机构”(JAXA)，统一支配航天预算，以为航天业的发展创造更为有利的条件。

此外，日本的文化取向也一定程度上影响了航空业的发展壮大。日本工业非常精于研制各种小而精的高科技产品，但对于火箭这样的现代化大工程，却准备不足。航天工程除需要强大的科技基础外，更需要系统的工程思维和总体的宏观视野，但日本的火箭研究人员在这方面与欧美航天大国相比明显存在着差距。