2013年9月14日，日本新一代固體運載火箭“艾普西隆”發(fā)射升空。這是2001年H-2A火箭發(fā)射后，日本時隔12年研發(fā)出的新型火箭。“艾普西隆”火箭首次采用人工智能技術(shù)，能自動檢查并監(jiān)視自身的運行情況，從而大幅降低了發(fā)射成本。該火箭發(fā)射成功，對日本乃至世界航天運載技術(shù)都具有十分重要的意義。正如火箭研發(fā)小組負責人森田泰弘教授所說，有理由相信“該火箭將掀起一場技術(shù)革命”，極大地影響世界航天運輸。

“艾普西隆”火箭躍躍欲試

8月27日下午，在鹿兒島內(nèi)之浦宇宙空間觀測所等待發(fā)射的火箭“艾普西隆”1號機，因發(fā)現(xiàn)異常在發(fā)射前19秒時自動停止倒計時，27日的發(fā)射計劃已被取消。日本宇宙航空研

究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）事后調(diào)查稱，在發(fā)射前19秒系統(tǒng)感知火箭姿態(tài)異常，發(fā)射程序自動停止，發(fā)射被迫取消。JAXA進一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這可能是一次烏龍，因為通過其他方法已確認火箭姿態(tài)并沒有偏離，可能是管制電腦程序或者線路異常導致的“誤報”。由于調(diào)查故障原因需要時間，且臺風的接近可能對內(nèi)之浦宇宙空間觀測所發(fā)射場的作業(yè)造成影響，JAX放棄了在8月再次發(fā)射的設(shè)想。

“艾普西隆”火箭已經(jīng)歷2次延遲。今年6月，運載火箭箭體的拖車發(fā)生故障，導致箭體搬入工作延遲；進入8月后，火箭和地上設(shè)備的連接配線發(fā)生問題，原計劃22日發(fā)射的火箭被延遲到27日進行發(fā)射。

“艾普西隆”火箭的研制是基于H-2A、H-2B、M-V火箭的已有部件和技術(shù)，與日本已退役的M-V固體火箭相比，它具備快速執(zhí)行發(fā)射任務(wù)和降低發(fā)射成本的特點：“艾普西隆”火箭從第一級起豎到完成發(fā)射操作的周期為7天，而M-V火箭相應(yīng)的周期為42天；研發(fā)費用約為205億日元（約合人民幣12.85億元），對新型火箭研發(fā)而言屬于低價。

“艾普西隆”火箭是三級固體燃料火箭，使用現(xiàn)有的H-2A固體火箭助推器作為第一級段，M-V運載火箭上面級升級改造后作為它的第二級段和第三級段，從而大幅削減了火箭的開發(fā)費用和制造成本。“艾普西隆”火箭包括基本型和擴展型兩種構(gòu)型，基本型為三級固體火箭，全長24米，直徑2.6米，質(zhì)量91噸，可以將1200千克的有效載荷送入250千米×500千米的低地球軌道；擴展型在基本型的基礎(chǔ)上增加了一個小型液體推進系統(tǒng)，全長24米，直徑2.6米，質(zhì)量稍大于基本型，可以將700千克有效載荷送入500千米近地圓軌道、將450千克有效載荷送入500千米太陽同步軌道。

基本型“艾普西隆”火箭的第一級采用SRB-A固體火箭發(fā)動機，真空推力2271千牛，工作時間116秒，發(fā)動機采用端羥基聚丁二烯固體推進劑，裝藥量66.3噸。第二級采用基于M-V火箭三子級M-34發(fā)動機基礎(chǔ)上研制的M-34C固體火箭發(fā)動機，真空推力371.5千牛，工作時間105秒，發(fā)動機采用端羥基聚丁二烯推進劑，裝藥量10.8噸。第三級采用KM-V2b固體發(fā)動機，真空推力99.8千牛，工作時間90秒，裝藥量2.5噸。擴展型火箭加裝的液體推進系統(tǒng)旨在提高入軌載荷的質(zhì)量和入軌精度，攜帶的液體推進劑質(zhì)量為100千克。

人工智能火箭技術(shù)先進

憑借縮短發(fā)射準備時間、移動發(fā)射控制、改進發(fā)動機機體制造流程等多項創(chuàng)新，“艾普西隆”火箭將極大地降低成本。2013年首次發(fā)射的成本約為4560萬美元，比M-V火箭的9000萬美元減少一半。由于“艾普西隆”火箭低地球軌道衛(wèi)星運載能力為M-V火箭的2/3，綜合考慮后，“艾普西隆”火箭性價比較M-V火箭提高25%。

“艾普西隆”火箭降低發(fā)射成本的措施是實施高效的發(fā)射操作，采用具備人工智能的電子設(shè)備系統(tǒng)，這類系統(tǒng)設(shè)計具有高度智能，使運載火箭可以自動執(zhí)行檢測，并通過高速網(wǎng)絡(luò)與地面支持設(shè)備連接在一起。“艾普西隆”火箭具有的自查能力，可使其在發(fā)生問題時找到故障原因，并可在一定情況下進行自我修復。例如，火箭可通過電流控制推進器的方向控制整個火箭的方向，還可防止電涌干擾或修正電涌以確?；鸺粫x航線。由于具備自動檢測能力，“艾普西隆”火箭可使用一臺臺式計算機（實際上還有兩臺計算機作為備份）實現(xiàn)火箭的發(fā)射控制，這就是所謂的移動發(fā)射控制。

與傳統(tǒng)火箭相比，采用人工智能技術(shù)后，發(fā)射準備時間大幅度減少。過去的M-V火箭需要很多設(shè)備進行發(fā)射前的地面檢查，需要大量時間與人力，而且許多元件需要在發(fā)射中心一個接一個地手工裝配，從第一級火箭安置在發(fā)射臺到實際發(fā)射需要約2個月的時間。而“艾普西隆”火箭將自動進行檢查，極大地減少工作量和人力，研究人員還簡化了火箭的裝配工作，以便能夠?qū)捉b配好的火箭運往發(fā)射中心，這就使得火箭在第一級段安置在發(fā)射臺后1周內(nèi)就可實現(xiàn)發(fā)射。從發(fā)射準備時間看，“艾普西隆”火箭不僅縱向上遠遠超越日本的M-V火箭，而且橫向上超過美國的“飛馬座”、“金牛座”和“米諾陶”等固體火箭，也比歐洲的

“織女星”大型固體火箭略勝一籌。雖然日本在最大固體運載火箭的排行上輸給了歐洲空間局的“織女星”火箭，但其自動化和先進程度則有過之而無不及。

研究人員還致力于為推進劑貯箱（即發(fā)動機機體）減重。M-V火箭發(fā)動機機體使用輕質(zhì)堅韌的碳纖維制成，使其成為同類火箭中最輕的一型?，F(xiàn)在研究人員將一種更輕的發(fā)動機機體用于“艾普西隆”火箭，并研究如何優(yōu)化制造流程，使其更加廉價、簡化。研究人員使用更加堅韌的碳纖維，制造出了更輕、更堅固的發(fā)動機機體，從而實現(xiàn)以較低價格獲得較高性能的結(jié)構(gòu)。

此次發(fā)射的火箭是基本型，日本計劃在2017年前完成對第二階段擴展型火箭的研發(fā)，主要包括推進劑、液體燃料發(fā)動機，以及進一步簡化地面系統(tǒng)這三個方面。最終，日本希望將“艾普西隆”火箭建成一種能每周發(fā)射的系統(tǒng)，如果真的實現(xiàn)這一目標，那必將引發(fā)世界航天運載技術(shù)的革命。

由于“艾普西隆”火箭首次發(fā)射的時間緊迫，因而選用了與M-V火箭相同的、可靠的推進劑。日本計劃在第二階段研發(fā)新型固體燃料，并已針對新燃料開展了多項研究，其中之一就是研究從根本上改變固體火箭燃料的生產(chǎn)方法。傳統(tǒng)固體火箭推進劑需要加入大量混合劑形成凝膠態(tài)，然后灌注至發(fā)動機機體加熱塑型。新型燃料與此不同，這種燃料能夠多次被加熱融化，可在室溫下重新變硬，需要時可以重新被融化。鑒于以上特點，新型燃料的最大益處是推進劑只需少量的混合劑，可以進行連續(xù)小量生產(chǎn)，還能像巧克力塊那樣貯存。因為適應(yīng)性很好，當推進劑數(shù)量足夠時，就可以融化并加注到運載火箭中，不但可以提高效率，還有益于降低成本。

采用液體燃料的火箭發(fā)射之后仍然能夠在停止發(fā)動機時控制推力，而固體燃料火箭的發(fā)動機一旦點燃就無法中途停止。日本計劃在“艾普西隆”火箭第二階段研發(fā)中，在火箭的第三級段安裝用于姿態(tài)控制的小型液體燃料發(fā)動機，這能夠?qū)崿F(xiàn)軌道進入精度與液體燃料火箭相似。

在研發(fā)第一階段中實現(xiàn)了用一臺臺式計算機替代人數(shù)眾多的發(fā)射控制大廳，這是簡化火箭發(fā)射系統(tǒng)的第一步。在第二階段，也就是2017年左右，研究人員希望火箭能夠自動監(jiān)視并判斷自身的飛行安全，這樣就可以撤去跟蹤火箭和向火箭發(fā)送指令的雷達，還能進一步簡化地面設(shè)備。

世界一流的運載火箭技術(shù)

日本是繼美國與蘇聯(lián)后世界上第三個具備自主衛(wèi)星發(fā)射能力的國家，已先后研制了L、J、M、N、H等5個系列12種型號大小配套的運載火箭。其中M-5三級固體運載火箭是世

界上最大的全固體運載火箭，H-2A和H-2B火箭的技術(shù)處于世界先進水平。2009年日本成功發(fā)射其性能最先進的H-2B火箭，使日本具備16. 5噸低地球軌道和8噸地球同步轉(zhuǎn)移軌道的發(fā)射能力，具備了完成載人飛船發(fā)射的潛在能力。在可重復運載器方面，日本通過一系列飛行器飛行試驗對軌道再入、高超聲速飛行和自動著陸技術(shù)等進行了先期研究與關(guān)鍵技術(shù)的演示驗證，并在發(fā)展頗有軍事應(yīng)用潛力、可重復使用的“希望”號航天飛機項目。

L系列火箭是日本最早期的火箭，其中僅L-4S火箭是多級固體運載火箭。自1964年5月開始，L-4S火箭進行了數(shù)次飛行試驗，直到1970年2月11日成功發(fā)射了日本第一顆人造衛(wèi)星“大隅”號，為日本航天事業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

J系列火箭包括J-1火箭等，它是在H-2和M-3S火箭的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的三級固體燃料火箭，主要用于發(fā)射小型衛(wèi)星，能將約1噸重的有效載荷送入近地軌道。

M系列火箭的第一代是M-4S火箭，它比L-4S試驗火箭的運載能力提高了3倍，為四級固體火箭，可將75千克的有效載荷送上近地橢圓軌道。第二代以后的M系列火箭改為三

級，型號分別為M-3C、M-3H、M-3S等。M-V火箭是M系列火箭的第五代，其上面級升級改造后成為“艾普西隆”火箭的第二級段和第三級段。M-V是一種三級型固體運載火箭，退役前是世界上最大的固體運載火箭。M-V與其先前型號一樣，主要用于向近地軌道發(fā)射小型科學衛(wèi)星。由于它具有較大的運載能力，因此還可用于向月球發(fā)射有效載荷或發(fā)射星際有效載荷。

N系列是日本引進美國的“德爾塔”火箭技術(shù)后研制成功的火箭，包括N-1和N-2兩個型號。N-1火箭有三級，起飛重量90噸，近地軌道的有效載荷1.2噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道的有效載荷260千克。N-2火箭總長35.4米，起飛重量136噸，近地軌道有效載荷為2噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道的有效載荷為680～715千克。

H系列是目前日本主要的運載火箭，現(xiàn)役為H-2A和H-2B火箭。H-2A系列由標準型和增強型組成，包括H2A202、H2A2022、H2A2024（三種均為標準型）和H2A204（增強型），主要區(qū)別是助推火箭的數(shù)量和捆綁方式。該火箭最大起飛重量為445噸，主體長度為53米，直徑為4米，地球低軌道運載能力為10～15噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力為4～7.5噸。H-2B火箭是使用液氧和液氫為推進劑的二級式火箭，發(fā)射重量為551噸，主體全長56米，直徑5.2米，地球同步轉(zhuǎn)移軌道最大發(fā)射能力約8噸，空間站轉(zhuǎn)運飛行器軌道的最大發(fā)射能力達16.5噸。H-2B火箭于2009年9月成功發(fā)射10噸級的HTV無人貨運飛船，并順利將4.5噸貨物運抵國際空間站。

彈道導彈發(fā)展?jié)摿α钊藫鷳n

20多年來，日本利用12種運載火箭發(fā)射了50多顆不同軌道的衛(wèi)星，頻繁的發(fā)射使日本在火箭發(fā)動機（包括發(fā)動機的推進、材料、噴管技術(shù)）以及火箭的控制、發(fā)射技術(shù)等各個方面，都積累了豐富的經(jīng)驗并達到世界一流水平。盡管日本受法律限制，不能將運載火箭進行任何攻擊性嘗試，但是日本將其運載火箭技術(shù)改裝成近、中、遠程及洲際彈道導彈已不是時間、技術(shù)上的問題，只是國家戰(zhàn)略方向上的問題。

日本可利用T R-1 A固體火箭改裝成近程導彈。TR-1A火箭直徑1.13米，全重10.3噸，裝7噸HTPB復合推進劑，可把630～750千克的實驗室艙射到265千米高度，并使它落到數(shù)千米外的海面上。如果把它的實驗艙換成700千克重的彈頭，這個火箭就立刻成為射程超過750千米、可裝載在越野汽車上發(fā)射的機動近程導彈。

日本研制的H -2 型火箭助推器直徑1.8米，裝59噸HTPB復合推進劑，海平面推力158噸，工作時間93秒，如果將其發(fā)動機殼體換成碳纖維復合材料以減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，那么僅僅用一個助推器作單級固體火箭，就足以使2噸重彈頭達到2500千米以上的射程。

如果將M-3S2（芯級）火箭的第三級和衛(wèi)星換成彈頭，它就成為一個重約47噸、長約24米的兩級遠程導彈。其射程能力與蘇聯(lián)SS-20導彈相當，從日本可攻擊遠至馬六甲海峽的整個東南亞地區(qū)的目標。

日本擁有與美國的MX導彈、俄羅斯的SS-24導彈運載能力處于同一水平的M-5型固體運載火箭。該火箭將第一、二級發(fā)動機改換成纖維復合材料殼體，應(yīng)用由光導纖維構(gòu)成的激光陀螺制導控制系統(tǒng)，可構(gòu)成日本發(fā)展彈道導彈彈頭再入技術(shù)的基礎(chǔ)，運載能力可能超過4噸，是名副其實的世界最大的三級固體導彈。日本的“艾普西隆”運載火箭發(fā)射準備時間短，維護發(fā)射人員少，更增強了它作為洲際導彈的可能，從某種意義上說，“艾普西隆”火箭換上彈頭，就是一種相當不錯的重型固體洲際導彈。

發(fā)展彈道導彈不僅需要研制發(fā)動機，也需要高性能的制導系統(tǒng)，還要解決末段再入防熱等問題。日本H-2火箭研制過程中不僅攻克了先進的分級燃燒循環(huán)氫氧發(fā)動機和大推力的SRB固體助推器的難關(guān)，而且突破了先進的捷聯(lián)式慣導技術(shù)。2010年日本“隼鳥”號小行星取樣返回探測器，以12.2千米/秒的速度再入大氣層，進一步驗證了日本的再入返回和防熱技術(shù)；同年HTV-3飛船記錄再入大氣層的溫度等一系列數(shù)據(jù)，為進一步發(fā)展再入飛行器積累了數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。

日本已經(jīng)通過航天活動尤其是運載火箭的研制使用，積累了雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)和工業(yè)能力，現(xiàn)在缺乏的只是彈道導彈的研制經(jīng)驗。畢竟對于一個復雜的工程來說，即使各分系統(tǒng)水平再高，但在沒有任何經(jīng)驗的條件下，隱藏在細節(jié)中的問題會帶來數(shù)不清的麻煩，整個系統(tǒng)的整合和測試仍然需要時間，更不要說一步到位做出一個高水平的系統(tǒng)。不過解決整合經(jīng)驗的問題后，日本充分發(fā)揮工業(yè)能力制造彈道導彈的潛力是非?？捎^的。

目前制約日本研制彈道導彈的技術(shù)因素已不復存在，政治因素也正在土崩瓦解中，加上美國西太平洋軍事形勢的需要，考慮到日本政治氛圍的整體右傾，雖然最新公布的《防衛(wèi)計劃大綱》中期報告刪去了發(fā)展彈道導彈的內(nèi)容，但是日本發(fā)展彈道導彈的可能性在不斷增大。

總的說來，日本發(fā)展大型遠程固體彈道導彈和洲際導彈在技術(shù)上并沒有多大困難，盡管由于沒有實際研究過彈道導彈而仍然缺乏經(jīng)驗，但從日本固體運載火箭尤其是“艾普西隆”火箭的研制看，日本具備雄厚的固體火箭工業(yè)基礎(chǔ)，他們研制固體洲際導彈的潛力和能力，值得高度警惕。