訊息：淺議：一條道跑到黑的日本大火箭

前兩天，日本最新型運載火箭H3迎來首場發射秀，但在發射臺噴冷卻水烘托完氣氛，主發動機冒出紅光之后，就沒有然后了。日本歷史上最粗壯大火箭的首次發射就這樣以—“發了，又好像沒發”的方式結束了，就好像每個月還完花唄的工資。

從后來JAXA公布的消息來看，發射中止的原因是主發動機點火后火箭的控制系統檢測到了一級火箭的故障信號，因此沒有向助推器發出點火信號，所以可以視為是一次因為提前預判到了失敗而沒有造成失敗的發射。被日本國內寄予厚望的H3火箭，在被推遲了兩年多之后以這樣的方式迎來首秀，對于JAXA上下來說，多少有些意難平，也難怪項目經理岡田會淚灑新聞發布會現場。

這位經理，你真的不是TOYOTA 李嗎？

(資料圖片僅供參考)

在發射直播眾多的評論里面，有一條日本網友的評論顯得格外人間清醒：“在太空開發中，你從失敗中學到的東西比從成功中學到的更多，所以我希望你積極向上。”從上世紀70年代開啟本國的宇宙開發計劃以來，日本的火箭就走上了一條大目標無比堅定，但小心思不斷搖擺的道路。本著看熱鬧不嫌事大的吃瓜原則，這一期小編就來跟各位群眾扯一扯日本大火箭的發展歷程。

這位網友，我勸你善良

日本是藍星上能用本國火箭發射本國衛星的玩家俱樂部里面的第四個成員，但也是唯一一個進入這個俱樂部后仍然不具備可持續的太空發射能力的國家，因為日本發射首顆衛星“大隅”號的L火箭是一種小型的全固體燃料火箭，完全就沒法在此基礎上發展大推力運載火箭。成功發射本國第一顆衛星帶來的航天熱，讓日本朝野上下對于發展航天工業技術，帶動本國科技發展、提升國家的國際地位這一戰略達成了共識。為了能夠盡快掌握大推力液體火箭技術，日本再次發動了自己“拿來主義”的傳統藝能，通過《日美航天交流協議》從美國照搬“德爾塔”火箭的相關技術，來發展本國的首型液體燃料運載火箭，這就是N系列火箭。而全固體多級火箭方案日本人也沒有放棄，在L火箭基礎上發展成了后來的M系列火箭。

在由首相辦公室直接管轄的空間活動委員會領導下，日本宇宙開發事業團（NASDA）負責航天運載產業化的發展，要在逐步掌握液體火箭技術基礎上，建立起完全自主的大推力運載火箭研制和生產體系，并以小步快跑的形式逐步提升運載能力；日本宇宙科學研究所繼續發展全固體燃料的多級小火箭，支持本國科研單位的太空科學研究需求。雖然在2003年這兩個組織合并成了現在的日本宇宙航空研究開發機構（JAXA），但日本運載火箭的發展戰略卻依然如故的發展至今，保持了絕對的穩定性，這也是日本火箭運載能力不斷穩步提升的基礎。

N1，N2，H1，H2，H2A，H2B，H3，日本火箭一路長大

N1火箭幾乎是在日本首顆衛星發射成功后就開始了研制，這是一種三級構型的運載火箭，一二級火箭使用液體燃料、三級火箭使用固體燃料，地球同步轉移軌道運載能力為250公斤。除了第二級的火箭發動機由日本自研之外，一級和三級都以許可證形式用美國圖紙在日本生產，這樣操作可以保證日本在技術風險可控的情況下，快速掌握火箭研制技術，鋪開產業格局，積累研制經驗，獲得衛星發射能力。N1火箭在1975年首飛即獲得成功，證明了日本航天發展規劃的可行性。N2可以視為是N1的加長放大版，進一步提升國產化率的基礎上，運載能力也有了提升，N2的國產化率達到了60%，地球同步轉移軌道運載能力達到700公斤。但N系列火箭注定只是日本追求火箭技術自主道路上的過客，N1和N2火箭加一起一共只飛了15發，時間跨度卻從1975年持續到了1987年，差不多一年只有一飛，倒不是日本人不想多飛，而是美國人發的生產許可證只有那么多，用完就沒了，所以日本對于提升火箭技術的國產化率特別在意，迫切想要早日實現“火箭自由”。

具備了研發液體燃料火箭基本能力之后，走哪條技術發展路線就成為了擺在日本航天界面前的首要問題。在當時，這個問題對于日本人來根本就不是問題，日本推進技術委員會幾乎一邊倒的選擇了高性能低溫推進系統，換個說法就是液氫液氧推進劑火箭發動機作為首選動力。從齊奧爾科夫斯基發表理想火箭公式起，液氫就被認為是最理想的星際航行燃料，對于志在宇宙開發的日本來說，發展液氫燃料的火箭發動機當然最對自己胃口。另外還有關鍵的一點，美國在阿波羅計劃之后，對于火箭發動機技術的研制已經轉向了氫氧發動機，與美國研發步調保持一致，也更利于本國后續火箭技術的發展。所以從N2火箭開始研制起，日本毅然決然的放棄了已經積累了一定研制經驗的液氧煤油發動機，轉而去研制技術風險更大，更加燒錢的氫氧發動機，只有如此才能彰顯日本在航天領域的雄心，也只有如此才能彰顯日本重回大國行列的雄心。

1981年，H1火箭的研制正式上馬，仍然采用“小步快跑，繼承中發展”的迭代研發模式，在前面幾代液體火箭發動機的研制中，日本幾乎都是在試飛本代火箭的同時就立刻開始下一代火箭的研發，體現了超強的計劃性。H1火箭芯級的直徑仍與N系列火箭一樣保持為2.4米，最大的區別就是二級換成了自研的LE-5氫氧發動機，這是一種中等室壓、燃氣發生器循環的氫氧發動機，技術指標雖然中規中矩，但卻是日本航天工業開始點滿氫氧發動機科技樹的起點之作。H1火箭的三級更換了更大推力的固體火箭發動機，制導和控制系統也有了很大的升級，全箭國產化率進一步提升到84%，同步轉移軌道運載能力進一步提升到1噸的量級。1986年8月13日，H1火箭首秀成功，完成了日本航天史上首次一箭雙星發射，大大提振了整個日本航天工業的信心。

從外形上來看，H1就是N2的加長版，也許叫做N3更合適

H1火箭從1986年一直飛到了1991年，但原計劃要在1992年接棒的H2火箭卻因為LE-7氫氧發動機的難產而一直拖延到1994年才迎來首飛，這型氫氧發動機采用了分級燃燒循環方案，采用相同設計方案的只有當時還在服役的航天飛機的主發動機，堪稱可以直接對標當時世界上最先進水平，推力水平也要高于歐空局同時代同類產品。H2火箭采用二級構型，一級使用LE-7發動機搭配固體助推器，二級保持LE-5不變，芯級直徑增加到4米，運力再次實現翻倍，國產化率為100%，是日本真正的“國貨之光”。為了實現全部國造，日本在H2火箭研發上燒掉了25億美元。這可是上世紀80年代的25億美元，這個錢有多值錢呢，這么說吧，1985年，我國的外匯儲備是26.44億美元。如此不計成本的燒錢，按照日本當時公布的目標就是：最大可靠性和最小發射成本。

但是理想與現實之間的鴻溝終于還是過大了。實際情況是日本國內的航天市場根本就支撐不起H2這個運力的運載火箭的發射任務，即使H2能滿足的發射任務需求再多樣化，支持一箭多星的湊單，國內發射任務也差不多還是一年一發的發射量。既然國內支持不了，那只能嘗試去國際市場接單，但由于氫氧發動機昂貴的使用和發射成本以及追求全國產化的執念作祟，H2的單次發射成本高達1.5億美元，這個發射費用比當時歐美的平均發射費用高50%，是俄羅斯發射費用的2倍。如此高的發射費用加上個位數的發射樣本，讓原計劃要去國際發射市場競爭的H2只能成為看客。好巧不巧，1998年和1999年，H2火箭在5次成功發射記錄后，迎來了兩連敗，發射成功率一下從100%降到了71%，這下連高可靠性的“人設”也打破了，變成了“最低可靠性和最高發射成本”。

痛定思痛下，日本政府叫停了H2的后續生產任務，轉而發展其改進型H2A火箭，H2A不再執念于國產化，轉而追求降本增效，在保持H2大方案不變的前提條件下，一邊繼續點氫氧發動機的科技樹，一邊改進設計。H2A的零件數減少了20%，很多組件直接采購歐美成熟產品或者從航天級降級為民用級，通過高自動化減少人力成本，縮短準備和發射周期，從火箭進場到發射整個準備周期縮短為20天，使發射成本終于降到了與歐美國家相當的水平。氫氧發動機方面，H2A的一級發動機LE-7A在原方案基礎上進行了大幅改進，焊縫從98處減少為8處，使可靠性和重量指標都得到了優化，二級發動機LE-5B也從噴管部分膨脹循環升級到了燃燒室部分膨脹循環，在保持比沖不變的情況下，推力有所提升。H2A還引入了模塊化搭配理念，可以根據發射任務需求，靈活搭配不同數量的大、小固體助推器和液體助推器，也可以增加第三級。H2A從2001年首飛開始至今已完成了40多次發射任務，終于在發射成本與可靠性上達成了一個比較好的平衡，成為了日本航天的金字名片，還發展出了重型的H2B火箭。

2021年10月26日，在種子島發射中心，H2A火箭將本國的“準天頂”衛星發射升空

H3作為H2系列火箭的續作，更像是H2B的放大版，芯級直徑達到5米，一步跨入了大型火箭行列。一級氫氧發動機升級為了推力更大的LE-9，采用與LE-5B相同的膨脹循環技術，是史上推力最大的膨脹循環氫氧發動機，首開世界范圍一級主發動機使用這種循環的先河，在氫氧發動機領域，日本算是把能點的技能點都點滿了。因為LE-9的研制問題，H3的首飛從2020年一路拖延到了2023年年初，這次的發射中止將再次使首秀后延。雖然單項技術指標看起來都在一線水準，但H3的綜合運力并不突出，其地球同步轉移軌道運載能力在6噸上下，只與我國上一代的長3B相當。堅定的一條路跑到黑的日本運載火箭，似乎把路越走越窄了。

扒完了日本大推力運載火箭50多年的發展歷程，我們可以看出，日本火箭遭遇的發展困境更多的來自于體質與決策的原始性缺陷，小步快跑的迭代發展模式固然值得借鑒，但死守氫氧發動機一條道跑到黑的技術發展路徑，是與日本本國太空發射市場的規模以及全球太空發射市場的發展趨勢相背離的，這才是造成如今日本火箭技術越先進，運輸能力越差，市場越小的根本原因。路走錯了不要緊，及時回到正途為時未晚，但到目前為止仍然沒有看到日本火箭技術轉向的任何跡象。

有道是條條大路通羅馬，萬一也能走通呢？

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