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日本的航天发动机技术,日本的航天

2024-06-04  本文已影响 111人 

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作为曾经命运交织的两个国家,大部分人都喜欢拿中国和日本比较。

全球航天玩家本身就少,如果非要强硬的分类的话:

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美国,俄罗斯,中国,日本,欧盟属于第一梯队,印度,巴西等其他国家属于第二梯队。

各国在轨卫星运行数量(2020年4月1日数据)

作为第一名的是美国,拥有2012颗卫星,这里必须要解释一下,这其中包括了Spacex的发射的星链的540颗低轨道小卫星。如果不计算低轨道的小卫星美国只有1500颗卫星,跟俄罗斯差不多。

其次,不能单纯的从数据的多少上面,简单的评估谁的实力强或者弱,这不客观。这里只是在表述一个观点——全球航天领域的玩家很少。

既然要说到日本的航天科技到底如何?

我们就要宏观的来说一下,日本的各项实力,然后综合评估一下日本的各项实力。

日本目前拥有的导航系统,各类遥感卫星各国卫星导航卫星数量

目前在建设的四大导航系统是美国的GPS,俄罗斯的格洛纳斯,欧盟的伽利略,中国的北斗导航。

在这四个导航系统之外,区域导航系统只有日本,印度建设了区域导航系统。

导航系统

导航系统的建设,并不单单是发几十颗卫星就完成了,整个导航系统的建设,包括卫星,通讯系统,地面基站。中国因为一些大家明确知道的原因,得不到包括澳大利亚,北美等国家的地面基站的支持,专门开发出了星间链路作为传输方式。

日本的区域性导航系统,2018年建成并投入运行。总计有7颗卫星。

日本之所以选择区域导航系统,原因在于:

(1)日本拥有美国的GPS卫星系统,作为美国驻军的日本,本身不可能,也做不到脱离美国。因此放着已经做好的GPS不用,转而自己建设一个全球导航系统,在经济上面不合适。

(2)全球导航系统需要庞大的市场做基础。日本如果做全球导航系统,海外市场同GPS的冲突会非常大。并且主要市场集中地,只有东南亚。

日本的火箭技术:现役H-2B,及在研制的H3系列日本H-2型火箭,一直以来被不少人追捧。

日本的火箭技术要追溯到1969年,日本的H系列火箭是从N系列火箭发展而来的。1969年,日美签署了技术转让协议,由美国麦道公司向日本转让DELTA(德尔塔)火箭的组件和包括设计,生产及发射操作在内的全套技术。在这个技术日本研制出了自己的N-1系列火箭。

主要研发部门是:日本宇宙开发实业团负责,主承包商三菱重工公司。

N-1火箭成功后,带来的问题是N-1火箭推力太小,低轨道运载能力只有1200KG,静地轨道(同步卫星轨道)130kg的运载能力。

日本的N、H系列运载火箭

因此日本又在N-1的技术上研发了N-2,N-2火箭第二级采用了美国航空喷气公司的AJ10-118F发动机。这个发动机确实提升了运载能力,低轨道运载能力:2000KG,静低轨道运载能力350kg。比N-1提升了一本。但是这个火箭并没有解决日本的火箭的核心矛盾。自己的技术运载能力不行。

日本已退役的火箭

因此,日本为了做到大负载商业卫星的发射,开始研发自己的大运载火箭。1979年开始论证H-1型运载火箭,1980年方案被批准,1981年正式研制。研制的企业包括三菱重工,石川岛播磨重工,日产汽车,川崎重工,和日本电器公司。

H-1型火箭的2级火箭,这一次是使用的日本自己研制的LE-5液氢/液氧发动机,这个发动机确实是日本火箭领域,直接走到前列的标志之一。(或者说起步最合适)

这个发动机给H-2系列火箭的氢氧发动机LE-7打下了基础。H-1累计只发射了9次,9次都成功了,然后就直接退役,开始研制更大推力的H-2系列。

日本H系列火箭

从左到右分别为H-2A-202、H-2A-202、H-2A-2022、H-2A-2022、H-2A-2024、H-2A-2024、H-2A-2024、H-2A-204、H-2A-212、H-2B、H-2B、H-2B.

日本火箭参数

日本H-2型火箭的特点是:前两级火箭都采用了氢氧发动机,同时捆绑了固体推进剂。这给H-2火箭大推力带来的保证。H-2火箭全长50m,芯级直径4米,起飞质量264吨。起飞推力1963千牛。运载能力为250公里/30度倾斜角圆轨道10吨,静地转移轨道4吨,静地轨道2吨,800公里太阳同步轨道4.3吨,月球轨道2.8吨(嫦娥五号8.2吨),金星轨道2吨,火星轨道1.7-2.2吨,水星轨道0.7吨,木星轨道0.4吨。

实话实说,H-2火箭确实是大推力火箭领域,除了美国,苏联之外,第三类火箭。

这点不得不承认。

直至今天,日本H-2系列火箭,仍然是主要的运载火箭,日本探测小行星“龙宫”,用的隼鸟号探测器,就是用H-2A火箭发射的。

日本太空探测的方式和发展日本本身处于美日同盟领域中,因此日本享有美国国籍空间站,以及俄罗斯牵头的空间站联合建设的权利。

国际空间站

日本建设的部分及仪器

因此,我们经常能够看到新闻,日本的宇航员进入国际空间站。

日本航天科技总体来说,属于国际一线水平,并且实力强劲。

日本的航天科技水平在全球范围内都是领先的存在,日本拥有独立发射卫星和货运飞船的能力。日本是在我国之前全球第四个独立发射人造卫星的国家,并且拥有2个大型航天发射中心。日本拥有多款性能先进的运载火箭,其中包括和我国长征2和长征5同级别的大型运载火箭,实力非常强大。

航天发射中心日本拥有两个航天发射中心,鹿儿岛航天中心和种子岛航天中心。鹿儿岛航天中心隶属于日本宇宙科学研究所,是日本探空火箭和科学卫星运载火箭的发射场。种子岛航天中心隶属于日本宇宙开发事业团,是日本应用卫星发射中心。

鹿儿岛航天中心

日本鹿儿岛航天中心1962年开始兴建,1963年投入使用。1965年鹿儿岛航天中心已拥有发射卡帕和兰姆达固体燃料探空火箭的全套设施。1970年用L4S-5火箭把日本的第一颗24公斤重的大隅号卫星送入地球轨道。

缪火箭发射场是鹿儿岛航天中心最大的发射场,面积25000平方米。拥有缪火箭服务塔、总装车间、发射控制掩体、卫星测试车间、动平衡测试车间以及推进剂贮存库。缪火箭服务塔架为36米高的10层钢制结构,总重350吨。整个服务塔架可沿直径为10米的圆形轨道回转。

种子岛航天中心

种子岛航天中心位于种子岛的东南端,在鹿儿岛航天中心以南约100公里处,航天中心的总面积约为8.65平方公里。种子岛航天中心主要由竹崎发射场、大崎发射场以及吉信综合发射场组成。

竹崎发射场

竹崎发射场于1966年开始营建,1968年投入使用,占地面积约0.79平方公里,位于北纬30°22′20″, 东经130°57′55″,主要用来发射小型卫星。

大崎发射场

大崎发射场于1969年开始营建,1980年全部建成,占地面积约7.6平方公里,位于北纬30°23′38″,东经130°58′22″。该发射场设施齐全,主要用来发射大型液体火箭,如N火箭和H-1火箭。

吉信发射场

吉信发射场于1985年开始兴建,1986年底勤务塔基础工程基本结束,1988年建成发射控制中心和LE-7发动机点火试验设施,是为适应H-2新型运载火箭的发射而兴建的。吉信发射场是目前世界上最大的和最现代化的发射场之一,它可与库鲁的阿里安4发射场以及卡纳维拉尔角的大力神3发射场相媲美。

测控跟踪站筑波跟踪中心站是日本卫星跟踪与控制网的中心站,而且是日本运载火箭与卫星的总试验中心。它与胜浦、冲绳、增田以及内之浦的跟踪与数据测量站联网工作。日本的宇宙开发事业团还有2个靶场跟踪站,一个是设在小笠原群岛父岛的固定跟踪站,另一个是在马绍尔群岛的夸贾林岛或圣诞岛的移动跟踪站。

运载火箭日本共有L系列、M系列、N系列、H系列、J系列运载火箭,其中L系列仅L-4S是运载火箭,并在1970年2月11日成功地发射了日本第一颗人造卫星大隅号。

L系列

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L-4S-5火箭成功发射了日本第一颗人造卫星大隅号,使日本成为世界上第4个成功发射人造地球卫星的国家。L-4S-5火箭为四级,箭长16.5米,最大直径约1.4米。

M系列

M系列火箭基于L-4S火箭,第一代M系列火箭是M-4S火箭,它比L-4S试验火箭的运载能力提高了3倍。该箭为四级固体火箭,全长23.6米,直径1.41米,总重43.5吨,可将75千克的有效载荷送上近地椭圆轨道。第二代以后M系列火箭改为三级,型号分别为M-3C、M-3H、M-3S等。

N系列

N系列火箭是日本引进美国的雷神-德尔塔火箭技术后研制成功的系列火箭。这一系列包括两个型号,N-1火箭和N-2火箭。N-1火箭有三级,总长为32.6米,最大直径2.44米,起飞重量90吨,近地轨道的有效载荷重1.2吨,地球同步转移轨道的有效载荷重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715千克。

H系列

H系列火箭H-1型和H-2型两个型号。H-1是一种三级常规燃料火箭,全长40.3米,直径2.4米,总重达140吨,可把1吨重的卫星送入地球同步转移轨道。H-2是一种两级液氢液氧燃料火箭,全长50米,直径4米,总重260吨,可把约9吨的有效载荷送上近地轨道,把2吨的有效载荷送上地球同步轨道,H-2火箭是日本目前最大的运载火箭。

日本现在最大的火箭是H-2B,是H-2火箭的改进型号,由日本三菱重工业公司制造,是使用液氧和液氢为推进剂的二级式火箭,全长56.6米,芯级最大直径5.2米。第一级火箭搭载有两台LE-7A液体发动机,同时装备了4个固体火箭推进器,起飞质量 551吨,GTO运载能力约8吨,LEO运载能力16.5吨,首飞时间2009年。

J系列

J系列火箭有J-1火箭,它是在H-2火箭和M-3S火箭的基础上发展起来的三级固体燃料火箭,主要是用于发射小型卫星,能将约1吨重的有效载荷送入近地轨道,火箭全长33.1米,直径1.8米。

卫星定位系统日本的准天顶卫星系统(QZSS)是以4颗卫星作为美国GPS的补充以及相关的加强工作,这是一个以GPS作为基础的信号增强的区域导航定位系统。

按照日本的说法这四颗卫星能够帮助日本定位精度达到厘米级左右,如果将其用在制导方面,对日本来说精确打击能力是一个巨大的提升。

日本的第二步计划当中要组成一个由七颗卫星组成的准天顶卫星系统,所谓的七颗卫星系统将是一个独立的全新的导航定位系统,在这个系统的帮助下对日本本土进行精确定位已经完全没有任何问题,甚至还可以将其延伸到亚洲部分地区。

可以看出日本实际上是走曲线发展独立导航定位系统的道路,准备先进行大量的技术储备,以备后期建立独立的卫星导航定位系统,以达到完善产业链的目的。

航天成就日本早于中国2个月在1970年的2月11日将大隅号卫星发射升空,成为了亚洲第一个发射人造卫星的国家。

1992年日本航天员毛利卫参加了美国奋进号航天飞机的飞行任务,成为了日本第一位登上太空的宇航员。

1998年日本又发射了希望号火星探测器,成为了全球第三个发射火星探测器的国家。

2019年隼鸟2号探测器两次着陆小行星,并成功采样返回地球,是人类历史上首个从小行星取样的探测器,创造了人类历史上的多个第一。

2020年7月,日本使用其自主研发的H2A运载火箭,将阿联酋的希望号火星探测器成功送入环火轨道。

2009年至今,日本的H2B运载火箭已经成功将8艘无人飞船送到了太空,给国际空间站运送补给。

小编观点其实我们可以发现日本的航天科技水平非常之高,各方面都不差,尤其是在运载火箭领域,可以说和我国并驾齐驱。要知道日本的航天事业起步非常的早,几乎和我国同时开始,而且比我国还先成功发射人造卫星。

大家还需要注意的一点是日本虽然没有发展弹道导弹,但是运载火箭和弹道导弹就一个区别,一个携带弹头,一个携带卫星。应该说日本是具有相当的弹道导弹的技术储备,这一点需要我们时刻警惕日本的动向。

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