日本的航天科技如何
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:
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
日本航天也挺强,虽没独自进行过载人航天,但是也成功发射月球探测器,还发射“隼鸟号”研究小行星,国际空间站的建设也有日本一份。
日本战后非常重视科学技术,靠着战前的技术,加上人们的努力,迅速成为发达国家,在医疗、航天、汽车制造等行业,都具有一定的优势。航天工程是一项综合的大型工厂,只有在工业化较为完整的国家才能实现。日本的产业面广、技术也不赖,因此有能力独立发射卫星、探测器。早在1963年就建成了鹿儿岛航天中心,拥有几个发射场。
日本除了载人航天,其他方面保持与国际的合作,但也有自己的尝试。日本目前的火箭载重比不上长征5号,但运载几吨的飞船还不是问题;他们还与美国合作,用航天飞机发射了希望号太空试验舱,与国际空间站对接,在轨运行。希望号太空实验舱总重十几吨,比我国的天宫二号试验舱还大一些,但却是依靠美国发射的,也没太多好说的了。
该空间站试验舱已经在轨运行了几年,用于在轨研究太空微重力、医药、生物、生物技术和通讯等方面的技术,主要依靠欧美国家运送宇航员;在天体探索方面,日本陆续发射了隼鸟号、隼鸟二号飞临小行星,隼鸟二号最终可能降落在小行星上采样返回地球。月球探索方面,他们发射了月亮女神号,搭载了14个探测器和2个微型卫星,探测月球地物特征等。
日本自己载人航天还没发展起来,但是却已经有宇航员在国际空间站总在轨时间接近1年。我国目前还没有承担过如此长时间在轨任务的宇航员,总共进行过1个多月的太空任务。可以说日本航天也有自己的优势,但发展前景可能不如我国。
日本的航天科技目前处于第二梯队,目前日本能够发射几乎所有种类的卫星,但是由于日本是战败国且航天规划不系统,无体系,其综合水平弱于美俄中,火箭方面日本缺乏像长征5号以及质子那样的大型运载火箭,卫星发射方面日本的发射总量仅仅是中国的一半,并且差距逐步拉大,日本确实在航天方面有领先的地方,但是正如日本的很多产业一样,存在着个别方面强大,整体短板的情况
日本航天领域是局部亮点,整体需要联合美国的资本,放眼世界算是中上水准了。
航天领域牵扯的东西太多了,材料、机械加工制造以及天体物理学还有就是遥感测控技术等等。
- 日本第一枚探空火箭
日本是1955年发射了探空火箭,这是日本首次开展太空探索活动。1970年实现了利用兰达-45型探空火箭,实现了人造地球卫星发射,并将将大隅号试验卫星送入了轨道。
- 兰达-45火箭
该卫星最终可实现远地点5100公里距离,近地点339公里。成为了第四个拥有发射人造地球卫星的国家。
- 日本大隅号卫星
由于日本是基于美国帮助,而在机加工和材料科学领域有一定优势,2001年发射了H-2A型运载火箭,其近地轨道(LEO)可实现15吨运载能力,地球同步轨道(GTO)可实现6吨运载能力,采用液氢液氧为动力的火箭发动机,两台助推器则是固体燃料推进。
H-2A型运载火箭
其在2009年就发射了可实现近地轨道(LEO)19吨运载能力,地球同步轨道(GTO)8吨运载能力的H-2B型氢氧运载火箭,上述提到的运载火箭都是由日本JAXA(日本宇宙航空研究开发本部)指定性能指标并领导三菱重工以及日本ATK硫基橡胶公司负责研发生产,与我国长征-5型运载能力上相差无几。但是H-2B采用两级发动机设计而我国长征-5型则是一级半。
- H-2B型运载火箭
另外日本还在研究H-3型液氢液氧运载火箭,但是该型火箭只是实现了火箭发动机试车工作并未有任何实质发射。
除此之外日本在固体运载火箭也有一席之地,目前主要是艾普斯龙型运载火箭,该型火箭可以将1.2吨载荷物送入地球近地轨道,该型火箭采用三级固体燃料推进,长约;24.4米 直径;2.6米。可通过笔记本电脑检测火箭状态,紧急情况下,27-37秒内就可完成发射。外观颇为像一枚和平卫士MX型洲际弹道导弹,该火箭2013年9月完成了首次发射工作。
- 艾普斯龙型运载火箭
目前来看日本可发射各种20吨以内的人造卫星航天器,以及在美国帮助下借助NASA的深空探测系统来实现隼鸟型小行星探测器发射和回收,并带回样本。可以发射准天顶这类军用卫星,放眼亚洲和全世界也是能排上位置的,总的来说日本航天和火箭性能是出于中上游的。
- 隼鸟号