日本早期运载火箭简史——固体火箭篇

日本早期运载火箭简史——固体火箭篇

最初的小型探空火箭

1955年,东京大学工学博士糸川英夫(Itokawa Hideo)在东京大学生产技术研究所,开发了一枚微型火箭“铅笔”。

“铅笔”全长23厘米,重190g,使用固体燃料,于1955年4月12日在东京国分寺发射。

同年8月,秋田火箭测试中心在秋田县道川海滩成立,“铅笔”火箭及其后续型号“婴儿”在此发射。

1956年后,糸川英夫和他的同事们在秋田道川海岸研发测试更大的探空火箭“卡帕”系列(kappa)。

1956年,单级固体火箭K-1进行了七次发射,K-1全长2.7m,直径13cm,推力1吨,达到了5千米的高度。

1957年,K-2和K-3火箭总共进行了四次发射,这两型火箭为二级结构,长4.9m,重170kg,直径22cm,达到了22km的高度。

1957年后,以达到50km的平流层为目标的的更大的K-4和K-5火箭相继多次发射失败,这两型火箭推力达到了10吨级。

1958年9月,K-6火箭第三次发射成功达到了50km的平流层,火箭总重255kg。

1960年,K-8火箭发射成功,达到了180km,达到了卡门线的高度,火箭重量达到1.5吨。

1962年,鹿儿岛内之浦航天发射场建立,探空火箭的发射转移至此。

目标:入轨

1964年,火箭研发团队从东大生产技术研究所独立出来,成立了宇宙航空研究所,Institute of Space and Astronautical Science (ISAS)。K系列探空火箭最终演化为能入轨的L系列火箭,但同时ISAS也开始研发专门为发射卫星设计的Mu系列火箭。

L系列开始的L-2和L-3火箭仅为亚轨道火箭,L-2重6.3吨,L-3重7吨,可达到1000km的太空。

探空火箭和L系列火箭

最终能够入轨的L-4S火箭,全程长16.5m,直径0.735m,总重9.4吨,为四级固体火箭,捆绑两个固体助推器。

火箭一级推力30吨,助推器推力9.5吨,除去四级重量最终LEO运力26kg,四级重量15kg,最终载荷大隅号卫星重9.4kg。四级发动机和卫星不可分离,四级的推力用于把轨道远点提升到5000km。

卫星和第四级
下部球状即为四级固体发动机

L-4S在1966至1969年间发射了四次,均以失败告终。1966年的两次失败原因是二三级分离异常和四级点火失败,1967和1969的失败原因是三级点火出现问题。

1970年,L-4S-5成功发射,载荷微型卫星大隅号进入339*5138的轨道,这也是L-4S的最后一次发射,后续卫星发射任务转为Mu系列火箭承担。

Mu系列

作为单独开发的火箭,Mu系列载荷更大。自1970年M-3S首飞后,M系列衍生了多个型号。

  • LEO运力180kg M-4S 重43.6t 1970首飞 发射4次
  • LEO运力195kg M-3C 重41.6t 1974首飞 发射4次
  • LEO运力300kg M-3H 重48.7t 1977首飞 发射3次
  • LEO运力300kg M-3S 重48.7t 1980首飞 发射4次
  • LEO运力770kg M-3SII重61t 1985首飞 发射4次
  • GTO运力1250kg M-V 重140t 1997首飞 发射6次

M-V较为特殊,是专门为GTO任务设计的固体火箭,LEO运载能力1.8吨,专门安装了一个固体第四级用于把载荷轨道从LEO提升到GTO,构型和其他M系列不同,在此不细讲述。M-V的300吨推力固体一级和H-2系列火箭的固体助推有很大联系。

M-V

从M-4S到M-3S一级都捆绑了八台SB310助推器,每台推力9.5吨。根据型号不同,芯级推力从76吨到110吨不等。

捆绑八台助推器

M-3SII助推器改为两台30吨推力的SB735大助推器。后来SB735助推器也被用在H-2火箭的一次任务中。

M-3SII
H2的小助推

Mu系列火箭承担了日本早期的宇宙探索任务。但1970年成立的宇宙开发事业团(National Space Development Agency of Japan)NASDA在80年代发射成功的大运载能力N/H系列液体火箭使得Mu系列小型固体火箭失去了使用价值。而且最后的M-V作为固体火箭本身较低的比冲和较高的价格也使其在GTO商业市场没有优势,何况1.2吨的GTO还是太小了,国际市场普遍的大型GEO卫星都在3-5吨左右,可以说M-V就没有接到过GTO商业发射的订单。M-V的第二次次发射任务为希望号火星探测器,但最终火星制动失败。M-V还有一次任务为隼鸟号小行星探测器,成功从小行星取样返回。

希望号火星探测器

2003年,ISAS和NASDA合并为JAXA,Mu系列固体火箭几乎不再发射。

2018年,同样是探空火箭改造而来的SS-520火箭成功发射,它是世界上运力最小的火箭,总重2.6吨,LEO运载能力4kg,可以说是几十年前L系列火箭的精神续作了。SS-520火箭隶属于日本教育科学部(Japanese Ministry of education and Science),不归JAXA管辖。

JAXA官方现在仍在运用的固体火箭是艾普斯龙(Epsilon)火箭,第一级由H-2火箭固体助推器改进而来,LEO运力1.2-1.5吨,主打SSO任务。

编辑于 07-24

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