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日本航天发射场现状与发展

创作时间:

作者:

@小白创作中心

日本航天发射场现状与发展

引用

来源

http://www.360doc.com/content/24/1022/16/65679503_1137350550.shtml

航天发射场是各国用来发射航天器的特定区域，通常由测试区、发射区、发射指挥控制中心、综合测量设施、各勤务保障设施和一些管理服务部门组成。场区内则设有整套的试验设施和设备，用来装配、贮存、检测和发射航天器，测量飞行轨道，发送控制指令，接收和处理遥测信息。

日本是世界上为数不多拥有国内专属航天发射场的国家。其首个航天发射场为内之浦航天中心（USC），于1962年设立；最大的发射场则为吉信发射场，位于种子岛航天中心（Tanegashima Space Center）。本文梳理了种子岛航天中心和内之浦航天中心的修建背景、基础设施建设、选址因素，总结了这两大航天中心的使用现状及未来发展计划，从而进一步探究日本航天事业的发展趋势。

种子岛航天中心

历史发展

种子岛航天中心（图1）是日本最大的宇航研究中心和航天发射中心，位于九州岛向南115km的种子岛上，现隶属于日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）管理。种子岛航天中心的主要任务包括人造卫星的组合、测试、发射和测控。日本政府于1968年确定种子岛东南部为火箭发射中心的初步选址。1969年10月，正式设立种子岛航天中心。

图1 种子岛航天中心外观

2010年以前，JAXA和种子岛周边海域各县渔业合作社缔结协议，定于每年1月1日－2月28日、7月22日－9月30日，以及5月、11月，全年共190天内可发射卫星，这一协议成为日本卫星发射事业发展的一大枷锁。2011年4月开始，种子岛航天中心开始施行可全年发射的世界标准。至此，种子岛航天中心开始走向稳定的发射周期。

基础设施建设

种子岛航天中心基础设施条件良好，包括3个发射场，即:竹崎发射场、大崎发射场和吉信发射场。

竹崎发射场于1968年正式投入使用，占地约0.79km2，主要发射小型火箭。大崎发射场则于1980年正式投入使用，占地约7.6km2，专为发射大型液体火箭而建，代表火箭型号包括N-1、N-2、H-1火箭。而吉信发射场则是日本最大、最具有现代化设施的发射场。它可与库鲁发射场以及卡纳维拉尔角发射场相媲美。该发射场共耗资33亿美元，主承包商是三菱重工业公司（Mitsubishi Heavy Industries），共分为4个工作场区：固体发动机贮存及检验区、卫星准备与总装区、运载火箭装配楼区，以及发射台及服务塔区。

除了火箭发射场外，种子岛航天中心还具备相应的大型火箭发动机试车台，用于试验液氧液氢发动机LE-7。该试车台靠近发射设施，旨在尽可能节省火箭发射成本，在发射和测试时可共用氢氧推进剂的存贮设施。

选址因素

各国在确定航天发射中心的选址时，不仅会考虑得天独厚的纬度、气候和海域等自然因素，还会考虑必不可少的人文环境，例如现代化工业基础、城市化人口辐射范围，以及发射背后的环境代价等。

火箭的发射基地一般都要选择在低纬度地区，因为火箭升空需要借助地球自转带来的惯性来摆脱地心引力，所以纬度越低可利用的惯性就越大。日本的种子岛位于鹿儿岛县以南，不仅纬度较低，而且岛屿面积足够大，能够保障运载火箭的顺利发射。此外，种子岛距离日本本土不远，交通便利，可以降低JAXA总部和工业中心的后勤压力。就国土安全来说，种子岛自古至今均为日本最南部的合法领土，无任何领土争议。因此，日本政府将种子岛视为航天中心的首选之地。

就人文条件而言，种子岛的现代化工业基础非常雄厚，能够为航天火箭的发射提供一切所必需的服务保障。早在几百年前世界资本便对种子岛趋之若鹜，它后来也成为火药武器传遍全日本的发源地。而后，周边国家都纷纷来此进行军贸交易，种子岛的经济、交通和人口逐渐发展壮大。直到20世纪下半叶，日本政府选择在种子岛修建火箭发射基地，借助种子岛曾经的工业基础，新的航天发射中心很快便顺利投入使用。同时该岛人口不足5万，且一半都集中在西之表市，因此非常有利于规避因发射失利而带来的人员财产伤亡等危害。

使用现状及未来发展

日本绝大多数火箭的发射地点均为种子岛航天中心。其中，竹崎发射场用于发射LS-C、JCR等初期试验火箭以及H-2系列的测试火箭TR-2。大崎发射场用于发射N-1、N-2、H-1火箭；1975年9月，第一枚H-1火箭从这里起飞，将83kg的“菊花”（Kiku）卫星送入轨道。吉信发射场则主要用于发射日本新一代H-2火箭，并配备了LE-7发动机点火试验设施，包括测控中心、动力站、液氧、液氢以及高压气体库等。1994年2月首枚H-2火箭发射成功，H-3火箭也在种子岛航天中心进行了多番发射。

种子岛航天中心不仅为日本本国的运载火箭提供发射服务，还走向了航天火箭国际市场，推动了日本商业航天的发展。2012年1月19日，韩国成功在日本种子岛航天中心发射了多用途实用卫星阿里郎-3（Kompsat-3），这是日本首次为外国卫星进行商业发射。2021年12月23日，H-2A火箭成功将英国国际移动卫星公司（Inmarsat）的第六代通信卫星Inmarsat-6（海事）系列首颗卫星送入太空。2023年9月7日，H-2A火箭搭载“小型月球探测着陆器”（SLIM）和“X射线天文卫星”（XRISM）成功入轨。

最近，日本的H-2发射系统已经开始用于支持对“国际空间站”（ISS）的货物补给任务。种子岛航天中心已被用于发射具有各种轨道制度的主要有效载荷，包括低地球轨道（LEO）、地球静止轨道（GEO）等任务。为了进一步加快H-3火箭的升空进程，JAXA和三菱重工业公司开始全面升级种子岛航天中心的地面测试装置，组建了地面技术审查委员会，对H-3火箭的全套地面设施进行多轮故障排查。同时，JAXA还计划为种子岛航天中心添置更加现代化的数据同步共享装置，以便将所有的测试数据及时收录并得出分析结果。

内之浦航天中心

历史发展

内之浦航天中心（图2），又名内之浦宇宙空间观测所，曾经隶属于日本空间和宇航科学研究院（ISAS），现与种子岛航天中心同样为JAXA的下属机构，主要用于发射固体燃料探空火箭和卫星运载火箭。它位于日本九州鹿儿岛辖区下大隅半岛东部海岸的丘陵地带，在九州岛的南部。

图2 内之浦航天中心外观

1962年2月，日本航空航天研究所在鹿儿岛县的内之浦附近选中一个多山丘而人口稀少的地区作场址，并开始兴建。1963年12月落成，当时为宇宙科学研究所下属的鹿儿岛宇宙空间观测所。1965年，该航天中心增设了用于发射“卡帕”（Kappa）和“兰姆达”（Lambda）固体燃料探空火箭的全套设施。2003年经JAXA整编后，鹿儿岛宇宙空间观测正式更名为“内之浦航天中心”，共设有四个发射台，用于发射“卡帕”和“兰姆达”系列运载火箭、大型火箭、M-V火箭和临时试飞试验等。

就设立时间而言，内之浦航天中心比种子岛航天中心早了6年；就所属单位而言，二者均为JAXA的下属机构，且距离很近。相比之下，种子岛航天中心的发展比较顺利，规划清晰；而内之浦航天中心经历了整编后，调整了发展方向。

基础设施建设

内之浦航天中心主要用于发射固体燃料运载火箭及卫星运载火箭，设有两个发射场，即“缪”（Mu）火箭发射场和探空火箭发射场（KS中心）。其中，“缪”火箭发射场包括火箭服务塔、总装车间、发射控制掩体（离发射台约80m）、卫星测试车间、动平衡测试车间以及推进剂贮存库；而探空火箭发射场则仅为观测火箭的点火发射平台。

内之浦航天中心占地面积为0.71km2，除火箭发射场外，还下设了遥感勘测设施、火箭与卫星指挥所和光学观测站。其火箭发射台均采用斜向发射台（而非一般常见的直立发射台），可以令发射中的故障火箭直接入海，将损伤降至最低。

虽然就占地面积和应用范围而言，种子岛航天中心是日本火箭发射的首选，但就火箭发射场安全性而言，内之浦航天中心有自己独特的作用。尤其是作为应急使用时，可以给日本火箭提供充足的备选方案。

选址因素

尽管与种子岛航天中心相比，内之浦航天中心纬度略高，占地面积较小，但相对于日本本土的其他大部分领土而言，发射条件仍然较为理想。该航天中心是世界上罕见的山地发射台，充分考虑了火箭发射的安全因素，将发射失利的火箭影响降至最低。当完成一些火箭研发测试后，由于火箭可靠性不断提高，加之斜向火箭发射台不利于设置烟道，随之产生的摩擦力、喷射反作用力与振动都非常容易对火箭的卫星载荷造成伤害，因此将固体火箭“艾普斯龙”（Epsilon）的发射台改回直立型。

同时，为了不影响当地的渔业发展，日本政府将内之浦航天中心每年的发射活动限制在两个月的时间内。与种子岛航天中心相比，内之浦航天中心的发射能力大大受限。

使用现状及未来发展

内之浦航天中心主要用于发射科学探测型火箭，以及相对小型的固体燃料火箭（如“艾普斯龙”）。1970年2月11日，兰姆达4S-5（Lambda 4S-5）火箭在此地将日本的第一颗“大隅”（Ohsumi）技术卫星（质量24kg）送入了近地点337km、远地点5141km轨道。就科学卫星的发射率而言，内之浦航天中心几乎每年都会完成一次发射。宇宙科学研究所也在此地陆续发射了科学探测卫星、宇宙X探测机等，其中包括探索哈雷卫星的“先驱者”（Pioneer）、“彗星”（Suisei），以及后来首次达成小行星样本采集返回任务的“隼鸟”（Hayabusa）。自1962年成立以来，从内之浦航天中心已经发射了400多枚火箭，30多颗人造卫星和探测器。

自2018年起，内之浦航天中心开始用来发射改进后的SS-520探测火箭，这是迄今为止将载荷送入轨道的最小载体。尤其是在2019年1月18日和2021年11月9日分别完成了“一箭七星”和“一箭九星”的发射任务。但2022年10月12日的发射却以失败而告终。

为了提高在轨卫星数据的接收速度，内之浦航天中心的数据控制中心计划提高配套通信光缆的运行效率，同时搭建更多的数据控制室，并与日本东京大学、九州大学等卫星设计团队共同维护卫星轨道。此外，为了降低固体火箭发射的失败概率，内之浦航天中心计划修建全新的火箭发射台及相应的火箭发射应急响应装置，并暂时关闭了原有的6号发射台。