下一代主大型火箭“H3”

继承火箭研制技术的最后机会

── 我们已经拥有了前往太空的手段，比如H-IIA火箭。为什么现在需要研制新型火箭？

例如，随着铁路的发展和旅行时间的缩短，人们的活动范围扩大了。空间也是如此，“交通”是利用空间的一个非常重要的因素。

为了让进入太空变得比现在更容易，我们需要让我们目前使用的火箭变得更容易使用。这也将导致日本太空活动的进一步活跃。

此外，造成现在这种情况还有另一个原因。

── 那是什么东西？

我们现在使用的H-IIA火箭是2001年发射的。H-IIA火箭是1994年发射的H-II火箭的改进版。因此，火箭的概念本身就相当老套。从某些方面来说，火箭的发射能力已经与当今人造卫星的尺寸不再兼容。此外，世界各地不断出现新型且更便宜的火箭，降低了相对竞争力。如果出现这种情况，上市机会自然就会减少。随着上市机会的减少，行业基本面将逐渐走弱。如果再这样下去，日本迟早会无法制造火箭。

技术的传承也是必要的。我今年53岁了，第一枚纯国产大型火箭轰二号火箭是我参加工作后从事的第一个火箭。也就是说，知道那枚火箭研制情况的人都是比我年纪大的人。虽然H-IIA火箭引入了各种技术，虽然是一种改进，但开发一款全新的火箭所能获得的技术能力是相当可观的。

如果我们在某个时候不创造开发新火箭的机会，我们很快就会留下没有任何开发经验的人。我不停地恳求他，心想这是他最后的机会了。即使你五年后想做某件事，在你退休之前能做到的人也会越来越少。我认为现在正是时机。

[图1]2014年12月3日，搭载小行星探测器隼鸟2号的H-IIA火箭发射升空。
来源：JAXA

H3 火箭与以前的火箭有何不同？

── H3火箭与之前的H-IIA、H-IIB火箭有什么区别？

它们看起来很相似，但是当您将它们并排放置时，您会发现它们的大小不同。 H-IIA火箭总长为53m，H-IIB火箭总长为566m，而H3火箭总长约为63m。它大了一号。

概念上最大的区别是H3火箭可以在没有固体火箭助推器（SRB）的情况下飞行。 H-IIA 火箭没有 SRB 就无法飞行。

── SRB是一种附着在火箭本体外部的小型火箭。

具有两个SRB的H-IIA火箭和没有SRB的H3火箭具有几乎相同的性能。火箭第一级的发动机数量在H-IIA火箭中为一台，而在H3火箭中为三台。 H3火箭每台发动机的推力也是H-IIA火箭的14倍。

── 根据SRB的数量等，可以支持各种重量的卫星。

H3 火箭有两个和四个 SRB 版本。火箭主体的第一级也可以配备两台发动机。根据组合的不同，有多个版本。到目前为止，一些火箭是通过组装在一起制造的，即使对组件进行轻微的审查也会对设计的许多不同部分产生影响。 H3火箭的设计中，每个部件都是模块化的，因此，例如改变SRB的数量不会对主体产生太大影响。在这方面，它与传统方法有很大不同。

── SRB安装部分也发生了变化。

H-IIA 火箭使用一根像电话杆一样粗的杆子来连接 SRB。 H3火箭采用更简单的安装结构。 SRB推力较大，中间有升起火箭本体的作用，因此关节受到的作用力较大。我认为设计它需要花费很多心思，但我目前正在接受挑战。我们正在采取多种措施，缩短发射准备期。

── 缩短维护周期将降低成本。

是的。工程师前往种子岛维护火箭所需的时间和精力对成本影响很大。

── 听说制造工艺也不同。

H3火箭与以往型号的显着不同还在于，它在制造火箭时引入了流水线生产的概念。此前，火箭是按订单生产的，但有了H3火箭，即使没有订单，火箭也会以同样的速度生产。这是在任务确定后添加必要选项的图像。

[图2] H-IIA、H-IIB和H3火箭的比较。 H3 火箭将比其前身稍大一些。
来源：JAXA

新开发的引擎，其方法与以前不同

── H3火箭的第一级发动机也将是新开发的。

我们将开发一种名为 LE-9 的新型发动机，用于火箭的第一级。该发动机是 H3 火箭开发的核心。

─ 与传统发动机有什么区别？

优点是发动机结构更简单，提高了可靠性并降低了成本。成本大约是价格的一半。由于我们将安装三台发动机，因此我们需要保持较低的价格。

大型火箭基本上是涡轮泵^*1*2''，但H3火箭使用的是“膨胀器排气循环”，其结构更简单。^*3''方法。

据说世界上大约一半的火箭故障发生在发动机周围。提高可靠性非常重要。我们决定使用“膨胀机排气循环”来创造简单而可靠的东西。

── 使用膨胀机排气循环有什么缺点吗？

缺点是作为火箭性能指标之一的燃料效率降低。然而，通过平衡整个火箭系统，我们将弥补缺点。考虑到这一点，我们决定改变发动机系统，因为这将显着降低成本。

[图3] H-IIA/IIB火箭的第二级发动机（LE-5B、LE-5B-2）采用膨胀机排气循环系统。在 H3 中，第一级和第二级均由膨胀机排气循环发动机提供动力。
来源：JAXA

种子岛航天中心的改造规模很小

── 随着H3火箭的发展，种子岛宇宙中心的设施将发生一些变化。

我很高兴变化并不剧烈。一开始最困扰我的是维修装配楼^*4由于H3火箭比H-IIA火箭更大，我们认为有必要建造一座新的维护和装配大楼。制作一件新的要花很多钱。最后，我们成功地将整个火箭安装在建筑物内，这真是因祸得福。虽然建筑保持不变，但内部的维护和检查方法将发生重大修改。

─ 发射点（发射点）^*5是常规的。

是的。您可以使用用于 H-IIB 火箭发射的发射场。在发射场，可能有用于填充燃料的管道和发射过程中烟雾通过的隧道状结构。模拟的结果是，我们发现火山烟雾量在可控范围内，所以不需要重建新的。

基本的想法是尽你所能，因为这是一种浪费。真正需要更新的区域是火箭发射台周围。发射台本身以及用于将火箭从维护和装配大楼移至发射场的手推车之类的东西都将是新的。

─ 迄今为止，负责发射当天控制的发射控制大楼距离发射场非常近。看来要搬到很远的地方了。

对于 H-IIA 火箭和其他火箭，在发射当天，大约有 100 到 150 人在发射控制大楼地下室的避难所里工作。发射当天加油后，我们会清理半径3公里内的人员，所以控制楼内的人会不知所措。那样的话，即使是执行临时任务的人也需要自始至终都在场。

我认为之所以建在发射场附近，是为了在紧急情况下离火箭近一些会更好。然而，根据我目前的使用情况，我发现这并不是必须的。因此，我们决定将发射控制大楼移到外面3公里处。这使得人们可以根据需要来去。

── 这是长期操作H-IIA火箭后产生的一种思维方式。

目前已发射28枚H-IIA火箭。在此之前，火箭的主要重点是提高日本的火箭技术，每种型号最多有10枚在运行。如果我们在运行 10 枚火箭后要发射下一枚火箭，我们就必须运行前两枚火箭，然后开始开发下一枚。这次不是。 H-IIA火箭的操作经验在H3的研制中得到了很好的运用。

[图4]种子岛航天中心Yoshinobu发射台区域的鸟瞰图。该发射场将是 H-IIB 目前使用的发射场的改进版本。
来源：JAXA

需要商业任务来维持火箭工业

── 使用 H3 火箭，您还旨在降低成本。

即使在太空开发中，运输成本也非常昂贵。例如，在阿波罗计划中，据说项目总资金的70%至80%用于交通费用。

为了降低总体运输成本，在开发 H3 火箭时，我们的目标是设计能够降低种子岛航天中心维护成本的设备，并降低发射本身的成本。

我想积极致力于消费品的使用、零部件的标准化以及日本擅长的制造技术，例如研究汽车工业的优秀方面。我们还旨在通过使整体运营更加紧凑来降低成本，例如增加自动火箭检查。

然而，仅仅降低火箭的价格就会对工业基础产生影响。企业规模将会变小。当您考虑保留工程师和维护生产设备等问题时，您必须考虑如何弥补业务规模较小的问题。我们正在考虑通过商业任务来补充这一点。

─ 然而，单纯降低火箭的价格，会对工业基础产生影响。企业规模将会变小。当您考虑保留工程师和维护生产设备等问题时，您必须考虑如何弥补业务规模较小的问题。我们正在考虑通过商业任务来补充这一点。

是的。如果不保持产业规模，火箭本身就无法继续发射。政府卫星的数量是有计划的，不会突然增加，所以产业规模是由商业任务的数量决定的，这就是竞争所在。

到目前为止，每年只有两到三次发射。借助 H3，我们的目标是通过显着缩短从火箭订购到发射和火箭组装工作的时间，每年持续运营六架或更多飞机。

── 最后请简单介绍一下您未来的计划。

目前处于基本设计阶段。我想在今年年底之前以某种方式结束这种情况，并进入下一阶段。

我认为发展将在 2016 年底左右达到顶峰。大约在那个时候，测试开始于根据以前的设计实际构建东西，例如火箭发动机和 SRB 的地面燃烧测试。起初，测试将对单个部件进行，但从 2018 年左右到 2019 年，将开始对发动机和油箱结合的系统进行测试，例如组装发动机并燃烧发动机。最后，我们将在种子岛使用真实的火箭进行全面的地面测试，在那里我们将实际组装火箭，为其填充燃料并倒计时。计划于2020年推出第一辆测试车。

── 非常感谢。

[图 5] 维护种子岛航天中心等基础设施的成本以及传统政府/JAXA 发射任务的成本将减少，节省的资金将用于未来的开发投资。该公司的目标是通过商业任务来弥补销售损失。
来源：JAXA

个人资料

冈田太志（冈田正志）

JAXA H3 项目经理。 1989年，东京大学大学院工学研究科航空学部硕士课程结业。 2010年，获得庆应义塾大学研究生院系统设计与管理博士学位（系统工学）。曾在原国家宇宙开发机构（NASDA）角田火箭开发中心、种子岛航天中心（负责火箭发动机开发和测试）、H-IIA项目组等参与液体火箭开发。历任系统工程推进室主任、宇宙运输推进部企划经理，2015年被任命为H3火箭开发项目经理，至今仍在担任。

作家

冈本典明（冈本典明）

Bookbright Co, Ltd 代表科普作家/编辑。他参与科学杂志《牛顿》20多年，担任编辑和编辑主任后，于2011年底独立成立Bookbright有限公司。除了编辑和撰写科技相关文章外，目前正在出版电子书。

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