向H3火箭学习：兼顾灵活性、高可靠性和大幅降低成本的方法和竞争力
向H3火箭学习：兼顾灵活性、高可靠性和大幅降低成本的方法和竞争力
2024年2月17日，H3火箭测试机2号机从JAXA种子岛宇宙中心发射升空，按计划飞行并成功将2颗小型副卫星送入轨道。近年来，全球多家企业开始涉足航天事业，H3火箭在日本的航天事业发展中受到了高度期待和关注。
本文对H3火箭的概要、机身构成及其形态以及发射能力等进行介绍。此外，还对H3火箭如何在国际航天业务的需求变化和竞争加剧的背景下实现了灵活性、高可靠性和低廉成本，以及村田制作所（以下简称“村田”）的电子元件为削减成本做出了怎样的贡献进行解说。
在近年来的国际竞争中，除航天领域之外，在多种产品制造和商业领域也经常面临类似的问题。在H3火箭上是如何克服这些难题的呢？在他们一直不变的工作态度、思维方式和举措当中，或许有一些要素能为本站读者的业务提供一些启示或发现。
1. 什么是H3火箭？
H3火箭飞行示意图©JAXA
首先，我们将对H3火箭的概要、机身构成和形态，以及发射能力示例等进行解说。
H3火箭的概要
“H3火箭（H3 Launch Vehicle）”是由三菱重工业株式会社（以下简称为三菱重工）和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）联合1开发的下一代火箭。H3火箭的全长约为63m2，长度接近足球场的宽度（64m），直径约为5.2m，在液氧/液氢火箭当中属于大型火箭。
虽然过去使用的H-IIA火箭具有高可靠性的特点，但它在发射能力和成本等方面存在问题。
因此，H3火箭的目标是成为一款集灵活性、高可靠性和低廉成本三个要素于一体的“易用火箭”，以解决这些问题。由此在保持日本航天运输工具独立性的同时，并通过强化日本在商业卫星发射市场的国际竞争力来维持和强化日本的工业基础。
*1 三菱重工于2014年被JAXA选为负责H3火箭的开发和发射运输服务的主要承包商，并负责管理该火箭的机身开发。
*2 约63m的全长是整流罩为L（长）时的长度。整流罩是位于H3火箭顶部的部件，用于容纳要发射的人造卫星等。此外，如果整流罩为S（短），则总长度为约57m。
H3火箭的构成、形态和发射能力
H3火箭由具有共通的机身设计的以下部位构成机身形态。
- 第1级主发动机“LE-9”的数量（2或3个）
- 固体火箭助推器“SRB-3”的数量（0、2或4个）
- 整流罩的尺寸（L：长、S：短）
H3火箭的一大特点是：通过重新组合这些部件，它可以灵活应对多种尺寸和质量的卫星发射任务。
左起：第1级主发动机LE-9©MHI、固体火箭助推器SRB-3、整流罩©JAXA
H3火箭的机身形态是通过上述组合来表现的。
例如，“H3-30S”表示3个LE-9、0个SRB-3（未配备）和整流罩S（短）。最小形态H3-30S能够将4吨或更重的质量发射到太阳同步轨道（500km×500km）。
此外，对于发射到静止轨道或发射更大的卫星，设想使用比H3-22L、H-IIA具有更高的发射能力、能够发射质量为6吨级的大型静止卫星或一次发射多颗小型卫星的“H3-24L”。
通过这种方式，H3火箭能够以理想的形态和成本将从小型到大型的多种卫星灵活地发射到多种轨道。
2. 需要的国际竞争力―H3火箭开发的背景
下面对以高灵活性、高可靠性、低廉成本为目标的H3火箭开发的背景——国际火箭发射价格竞争加剧、需求变化等国际性竞争进行部分解说。
火箭发射中的价格竞争加剧
H-IIA火箭47号机©JAXA
目前，世界上需要的是更具成本竞争力的廉价火箭。
成本低于H-II火箭的H-IIA火箭也正在进入商业发射市场，已收到来自日本国内外民营卫星公司等的订单。
但是，自2010年代以来，随着美国和欧洲等地的企业进军航天业务，具有成本低、灵活性高等特点的新型火箭在全球纷纷出现，日本的传统火箭已陷入了困境。
近年来，美国的大企业计划凭借目标成本比传统火箭降低近一半的火箭进军商业发射。此外，各国的风险投资企业也正在积极研发新型中小型火箭，可以说是小型卫星发射市场的潜在竞争对手。
卫星发射需求变化及成本问题
近年来，除了对更大卫星的需求外，同时发射数十颗小型卫星的需求也不断增加，产生了对能够以更低的成本发射更大质量和尺寸的卫星的需求。
通信能力的提高和电气推进带来了卫星寿命增加，导致静止卫星的尺寸和质量比传统卫星增加，有时会发射7至8吨的静止卫星（H-IIA火箭向静止转移轨道发射的发射能力可达到大约6吨）。
特别是在通信和广播卫星中，为了提高性能，需要具有更大整流罩的火箭来发射配备的天线比以往更大的卫星。此外，预计未来对支持“卫星星座”的专用配备结构（分配器）的需求将会增加，在“卫星星座”中，一次性发射多个小型卫星并编队运用。