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三次首飞终于成功,日本火箭喜提「亚洲第二强」,仅次于中国长五

2024-02-22科学

就在咱们春节假期,日本航天完成了一项划时代的举动。

延误已久的日本新一代火箭H-3,在2024年2月17日9时24分,从鹿儿岛县种子岛宇宙中心成功发射。

p火箭终于成功

这枚火箭推力仅次于长征五号,是「亚洲第二强」,也标志着日本正式突破了大推力火箭技术,改写了东亚乃至亚洲的太空实力格局。

都说印度航母下水了三次,其实这枚日本火箭也是首飞了三次,这是咋回事呢?

一、「喷零件」的日本火箭发动机

日本在2014年开始研制H-3火箭,原计划2020年首飞。

结果直到2017年,火箭一级主发动机才正式试车;试车之后,又问题频发,总是喷零件。

直到2022年,火箭一级主发动机才试车成功,开始总装。

2023年2月17日,第一次首发,点火失败,凉在发射台上。

发射台上「冷静」的p

2023年3月7日,第二次首发,二级火箭点火失败,烧在大气层里,启动自毁程序,搭载的大地3号卫星也掉进了海里。

大气层里自毁的p

直到今年2月17日第三次首飞,终于成功了,这次他们保险起见,只带了三颗小卫星,都顺利进入了太空。

火箭升空后约17分钟后,分离了搭载的佳能电子公司光学卫星「CE-SAT-1E」。另1颗超小型卫星「TIRSAT」也分离。

这次p带的载荷

在第二级发动机再点火后,又实施了模拟卫星分离试验,分离的是VEP-4模拟载荷。

现在看来,H-3火箭多次跳票主要是两方面因素,一是发动机不过关;二是火箭电子系统可靠性不行。

由于日本航天部门步子比较大,第一级主发动机的LE-9膨胀循环氢氧发动机先后经历了叶片开裂、燃烧室内壁叶片开裂、叶片疲劳等等一系列问题。

原计划该型发动机的二号机在2020年应该进行10试验,结果只进行了5次,在这5次中有3次因为试验异常提前终止。

(日本氢氧火箭发动机发展图谱,LE-9是最新型号)

(试车失败的记录)

等一级主发动机涉险过关后,H-3并没有迎来曙光,反而是各级子系统开始作妖。

在第一次首发中,由于主发动机电源系统故障,飞控软件停止计时未向火箭推进器发出点火信号。

在第二次首发中,由于二级发动机LE-5供电系统出现过电流现象,导致发动机电力供应中断,造成二级点火异常而坠海。

(p的二级火箭)

(失败时,痛哭的日本航天人员)

经过一年的归零,今年H-3迎来成功。如此波折,这发「亚洲第二」的火箭到底是什么水平呢?

在一众氢氧发动机里,H-3火箭一级主发动机在推力和比冲上的指标都不错。特别是推力一口气干到了150吨。

它应用了开式膨胀技术,让本应该进入燃烧室的气态燃料排放掉了。

这种方式使得涡轮泵燃烧室的压力差更大,从而获取了流速更快的燃料,使得涡轮泵压力增加,海平面推力也就得到了提高。

开式膨胀发动机基本原理

二、羸弱的日本航天发射市场

虽然日本在火箭发动机上指标定的比较高,也能看出来日本航天的野心。但是这次发射还是暴露了两个很大问题:

一方面,H-3火箭太贵了,跟日本军工产品一样,非常贵。

现有的H-2火箭一发要100亿日元,日本研制H-3火箭定位就是商业发射,想把一发的成本降到50亿日元,并且也在PPT上增加了可重复使用的设计。

但是目前p的设计经费已经达到了19亿美元,连可重复使用的边都没摸到,想实现PPT的话,研制费用至少还要涨一半,那折算下来,p的发射费用肯定会超标,根本不可能达到降低成本的目标。

另一方面,日本自身火箭发射的市场需求很小。

在日本人眼里,H-3火箭除了替代H-2系列火箭外,还肩负着出海抢订单的任务。但自己技术不给力,加上美国猎鹰9系列火箭的成功,H-3出海的计划是没什么指望了,它只要不落海就好了。

受制于自身航天需求,H-3只签了一家合作公司,平常没有什么商业载荷可以发射。以2022年为例,日本只有2次航天发射活动。

以2022年为例,日本只有2次航天发射活动

近些年,世界各国的航天活动开始增多。除了一些老牌航天国家外,印度、韩国、伊朗等国家也频频有所动作。

作为太空俱乐部的「老人」,日本航天还是颇有雄心,努力地在扮演美国航天羽翼下有所作为的角色。

探月、探火、探小行星,氢氧机、大推力氢氧机、可重复使用火箭,日本在今天的太空牌桌上算是很努力的了。

(p达到PPT的设计目标还有很长的路)

但是,每年个位数的发射数量,还不到中美的零头,难以支撑日本那些看起来很好的计划。

虽然p火箭成功发射后,日本媒体高呼这是「技术皇冠上的明珠」, 但是「有箭无星」,这也是日本航天将长期面临的尴尬。

好久没见人说皇冠、明珠这类词了

好久没看到媒体说「皇冠明珠」这个词了,不妨来看看日本这个「明珠」到底是什么成色。

事先声明,咱也不是要跟日本人比,这里只是借助一下长征火箭的数据,让大家直观感受一下日本火箭到底达到了啥样的水平。

日本p箭体长63米,直径达5.2米,起飞重量574吨,其近地轨道运力LEO:16.5吨,地球同步转移轨道(GTO)的运载能力为7.9吨,2024年成功首飞。

我国长征五号高度为56.97米,直径为5米,起飞质量约869吨,近地轨道运载能力是25吨,地球同步转移轨道(GTO)14吨的运载能力,2016年成功首飞。

我国的长征七号是我国的新一代中型运载火箭,全长60.1米,火箭总重量约573吨,其近地轨道运载(LEO)能力在13.5吨到14吨以上,地球同步转移轨道运载能力不低于7吨,2016年成功首飞。

(H-3火箭家族)

在晚了6年后,p火箭的运载能力略高于长征7号火箭,远不如长征5号火箭。

更不用说,中国推力更大的长征10号、长征9号正在路上。等日本折腾明白p火箭,中国的航天火箭将是另一番景象。

三、投机取巧式的日本航天战略

从1970年首次迈向太空,日本航天就不停上演着「惊悚小说」式的研制特色。

1990年1月24日,日本利用M-3SII运载火箭向月球发射了「飞天」号探测器。「飞天」探测器发射时,在倒计时只剩下18秒的时候,为一枚捆绑式助推器的喷管万向节提供驱动的液压泵失灵了。

1998年7月3日,日本首颗火星探测器「希望」号发射升空。升空后一直故障不断,先是推进器阀门出故障,再是电路损坏致使其主发动机停止工作。

(隼鸟一号和二号小行星探测,是日本航天的高光)

2003年5月9日,日本首颗小行星探测器「隼鸟」号升空。先后经历了3台姿控发动机两台故障、燃料泄漏、失去联络、太阳能电池输出过低、离子引擎故障等等故障,一路看的人心惊肉跳。

2010年5月21日,日本「拂晓」号金星探测器发射,却因为主引擎阀门故障与金星擦肩而过,未能进入环绕金星轨道。

如果说俄罗斯是考古式航天,那么日本就是贞子式航天,主打一个惊悚,不出点意外都不算成功。

在航天事业上,日本航天才是那个布朗运动的真正行家,印度航天都要甘拜下风。

(2023年日本H-3火箭发射大地3号侦察卫星-模拟图)

按说探索航天就是一个不断试错的过程,日本航天却总能在意想不到的地方出错。例如H-3火箭2023年首次亮相,人们都以为LE-9发动机可能会出问题,结果却是成熟的LE-5发动机出了问题。

总想用最小的成本博取最大的利益,投机取巧式的做事风格,在日本航天方面体现的淋漓尽致。

只是太空是残酷而公平的,没有珍珠港可以偷袭。出了问题,也不是鞠个躬就可以让全世界买单的。

(早先日本多次用H-2火箭发射军事侦察卫星)

另外,日本嘴上说着是商业火箭,实际上却是司马昭之心。p在去年的发射中,却搭载了一枚光学对地观测卫星「大地3号」。

这是一颗颇有军事价值的观测卫星。虽然把卫星打到海里去了,但是日本航天的军事属性,早就是路人皆知的事实。

在本身航天发射需求很少的情况下,日本一直在谋求大推力火箭,其实就是希望在航天领域做一个「大国」,让航天成为日本寻求「国家正常化」的一个工具罢了。