经典型号H-2A谢幕，日本火箭路在何方

　　日本主力火箭H-2A近日完成了最后一次发射，将GOSAT-GW卫星送入预定轨道。支撑日本航天事业20余年的H-2A火箭完成谢幕演出，并将接力棒交给继任者。随着国际发射市场迅速变化，日本火箭未来前景如何呢?

　　谢幕飞行前伫立在发射塔架的 H-2A 火箭。

　　现役仅两型号

　　H-2A火箭于2001年首飞，至今已服役24年，承担了日本从近地轨道到深空、民用与军用的主要发射任务，50次发射仅失败一次，成功率98%，达到世界领先水平。不过，H-2A火箭发射成本高、准备周期长，在国际市场缺乏竞争力，仅获得两次国外商业卫星发射订单。

　　H-2A火箭退役后，日本现役火箭仅余两个型号——H-3火箭和艾普斯龙火箭。H-3火箭被定位为面向未来20年的主力火箭，将接替H-2A，为大型卫星和深空探测任务服务，还将承担为美国门户月球轨道站提供补给的重任。

　　H-3火箭直径5.27米，以模块化构型和氢氧发动机芯级为核心，通过配置不同数量一子级发动机与助推器，可覆盖从低轨到深空的全任务谱系，地球同步转移轨道最大运力7.9吨，跻身全球第一梯队。该型火箭于2023年首飞，至今已执行5次任务，其中4次成功。

　　艾普斯龙是小型火箭，充分继承了日本固体火箭的工业成果，第一级采用H-2A火箭的SRB-A固体发动机，第二、三子级采用日本M-5固体火箭的第三、四级，电子设备等分系统也都是通用型，在提高可靠性的同时，降低了研发费用和制造成本。

　　“艾普斯龙”也被定位为日本主力火箭，低轨运载能力1.2吨。改进型“艾普斯龙S”加装了液体第四级，改善了第三级固体发动机推力难以控制导致卫星入轨精度不高的问题，可将600公斤载荷送入太阳同步轨道，重点面向小卫星发射。

　　面对可重复使用火箭潮流和下一代火箭发展趋势，2021年，日本宇宙航空研究开发机构与三菱重工、名古屋大学等近30家公司和机构合作，启动新火箭的研发工作。该火箭是H-3火箭的后续机型，采用液氧甲烷发动机，可重复使用，目标是将发射成本降低到目前的1/4以下。该火箭计划在2030年前后试飞。日本宇宙航空研究开发机构也计划从2025年开始分阶段改良H-3火箭，提升其性能，到2030年后实现火箭的部分可重复使用。

　　除了国家队，近两年日本民营企业也积极投入火箭研发。太空一号公司研制的凯罗斯小火箭，采用三级固体燃料与液体上面级组合设计，近地轨道运载能力250公斤，但两次发射试验均以失败告终。日本知名汽车制造商丰田和本田也进入航天赛道，本田公司研制的可重复使用火箭，在今年6月进行了300米起飞着陆试验，距离入轨试飞还有较长时日。

　　技术亮点不少

　　H-3和艾普斯龙火箭是当前日本运载体系核心，满足各类轨道和载荷重量的发射需求，确保发射自主。这两型火箭分别延续了日本液体、固体火箭技术成果，同时兼顾灵活性、高可靠性和低价格等优势，技术能力颇具亮点。

　　H-3火箭最重要的创新之处，是芯一级的LE-9开式膨胀循环氢氧发动机，取代了H-2A/B系列火箭的LE-7A分级燃烧氢氧发动机。开式膨胀循环将流过推力室的冷却液氢加热，促使其膨胀并推动涡轮做功，随后送入废气管排出。其在显著增大推力的同时，简化结构并提升可靠性。目前，只有H-3火箭和欧洲的阿里安6火箭应用了开式膨胀循环发动机。

　　为增强市场竞争力，H-3火箭采用大量现有成熟技术和设计，降低系统复杂度，使用消费类零部件和易于量产的机体。LE-9发动机使用3D打印制造的阀门、管路及复合材料喷注器，火箭采取自动化检测与发射控制模式，比H-2A火箭节约近2/3经费，运力提升约30%。

　　H-3火箭采取模块化构型，一子级捆绑2个或4个固体助推器时，配置2台LE-9发动机;不捆绑助推器时，配置3台LE-9发动机。不同构型火箭按需求选择不同尺寸的整流罩，加上种子岛得天独厚的发射位置，H-3火箭在地球静止轨道发射市场具有优势。

　　艾普斯龙火箭在集成现有推进系统的基础上，重点在智能化、简洁性和快速发射方面进行改进提升。火箭运用人工智能技术，结合高速互联总线，实现射前检查过程的完全自主，检查结果通过网络直接传递给操作人员。

　　“艾普斯龙”在发射准备时间、火箭起竖和星箭联合测试时间等方面均达到很高水平，最少可由8名地面操作人员使用2台电脑，通过网络连接随时随地开展火箭检测和发射控制。

　　在发射能力方面，“艾普斯龙S”为地球观测、通信等领域卫星提供了合适的轨道高度。同时，该火箭发射准备时间短，可在不同发射场地工作，能够适应各种复杂环境，被日本视为竞争小卫星发射市场的王牌。

　　前景并不乐观

　　近些年来，国际发射市场形势迅速变化。一方面，深空探测、载人登月等重大任务牵引重型火箭发展;另一方面，小卫星、卫星星座、小型地球静止轨道载荷、月球探测器、在轨服务飞行器、商业飞船等任务提出了更加多样化的发射需求。日本着力打造H-3与“艾普斯龙”相结合的运载体系，在支撑本国航天事业发展的同时，也希望以更加灵活和有价格优势的发射服务，竞争国际发射市场。

　　日本大型火箭开发间隔约20年。随着全球卫星发射需求增加，技术革新也在加速，H-3火箭如果提前10年服役，可能具有光明前景。但由于研制周期过长以及缺乏技术前瞻性，其面临服役即过时的困境。

　　一方面，国际发射市场竞争格局出现了翻天覆地的变化。H-3火箭研制期间，SpaceX公司的猎鹰9火箭已投入商业运营，通过一子级回收技术，大幅降低成本，缩短准备时间，在商业发射市场逐渐占据绝对优势。H-3火箭采用保守技术路线，很难与其展开价格竞赛。

　　另一方面，随着卫星技术发展，大型静止轨道卫星能力很大一部分被低轨星座替代，市场需求萎靡，各国用户更倾向于选择本国火箭或经过充分验证的“金牌”火箭。H-3火箭在研发过程中暴露不足，而日本同类型卫星发射需求不多，之前也较少履行国外订单，还未取得国际用户信任，拓展市场份额艰难。

　　艾普斯龙火箭的进展也不顺利。2022年10月，该型火箭在第六次发射时因故障被迫自毁。2023年7月和2024年11月，艾普斯龙S火箭发动机在燃烧试验时均发生爆炸，对后续获取商业订单产生严重负面影响。

　　尽管面临诸多挑战，日本仍希望开拓国际发射市场。目前日本宣布了H-3火箭几个新的发射任务，包括计划于2028年发射阿联酋小行星任务、欧洲通信卫星组织将使用该火箭发射通信卫星。不过，日本火箭想要突出重围，仍需付出更多努力。

文章转载于：中国航天报·飞天科普周刊