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日本Epsilon固体运载火箭详解  

2013-09-03 20:39:20|  分类: 百科知识 |  标签: |举报 |字号 订阅

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Epsilon固体运载火箭是日本自2007年开始研制的新一代固体运载火箭,相比上一代M-V火箭高达1800千克的地球低轨道运载能力,Epsilon火箭约1200千克的的运力反而降低了不少,但这并不意味着Epsilon火箭水平更低。Epsilon火箭根据更早的评估报告选定了运力范围,研发过程中综合了日本近些年来固体运载火箭技术上的新进展,在技术和性能上都相当出色,是国际新一代固体运载火箭的代表作之一。

Epsilon火箭全长24.4米,直径2.5米,火箭总质量约91吨。和M-V火箭一样,Epsilon火箭也是一种三级全固体运载火箭。Epsilon火箭具备将1200千克的载荷送入250千米X500千米高度地球低轨道的运载能力,500千米高度地球地轨道的运载能力为700千米,而500千米高度太阳同步轨道的运载能力约为450千克。Epsilon火箭大量使用自动检测技术,除了减少了火箭检测的工作量并减少了工作人员的数量,从组装到发射的准备周期也从M-V火箭的42天缩短到7天,发射时的控制人员也减少到数人,衛星最終アクセスから打上げまで 也从M-V火箭的9个小时缩短到3个小时。从发射准备时间看,Epsilon火箭不仅纵向上远远超越了日本自己的M-V火箭,而且横向上超过了美国的飞马座(Pegasus)、金牛座(Taurus)和米诺陶(Minotaur)等固体火箭,也比欧洲的织女星(Vega)大型固体火箭略胜一筹。虽然日本在最大固体运载火箭的排行上输给了欧洲空间局的织女星火箭,但自动化和先进程度则有过之而无不及。Epsilon火箭还可以选配一个小型的液体PBS系统,大大提高了卫星的入轨精度,根据分析使用液体推进系统后,Epsilon火箭的入轨精度将从三级纯固体火箭的500±150千米提高到500±20千米。

透视日本新型火箭 实则洲际固体战略导弹

固体火箭军事用途意义明显,日本研制固体火箭起步很早。图为Epsilon火箭。

Epsilon火箭的一个重要特点是低廉的研制和发射成本,据日本共同社报道,Epsilon火箭的研制费用约为205亿日元(约合人民币12.85亿元),首发发射费用仅有53亿日元,按计划未来将进一步降低到38亿日元甚至30亿日元以下。即使不考虑通货膨胀等因素,Epsilon火箭单位载荷的发射价格也比M-V火箭降低不少,综合考虑Epsilon火箭比M-V火箭成本降低了1/3。为了实现较低的研制成本,Epsilon火箭并没有研制专用的固体火箭发动机,而是使用H-IIA火箭和M-V火箭的固体火箭发动机技术“拼凑”而成。Epsilon火箭的第一级由H-IIA火箭使用的SRB-A固体助推器发展而来,它不仅共用了SRB-A固体火箭发动机,而且电子设备等诸多子系统同样是通用的,考虑到H-IIA火箭已经进行过22次发射,而H-IIB火箭也有4次发射,Epsilon火箭继承SRB-A助推器的设计,不仅提高了火箭第一级的可靠性,而且降低了研制成本和试验费用。Epsilon火箭的第二级和第三级,完全继承了M-V火箭的第二级和第三级,有M-V火箭的7次成功发射做基础,这样的做法同样降低了Epsilon火箭的研发成本并提高了可靠性。除了继承成熟技术的三级固体发动机,日本宇宙航空研究开发机构还为Epsilon火箭研制了小型液体推进段,作为Epsilon火箭的选配部分,由于小型液体火箭发动机研制难度低,它的研发费用花销不大。

尽管大量继承使用了成熟固体发动机系统,但Epsilon火箭的发动机技术水平还是相当出色的。日本宇宙航空研究开发机构公布的资料显示,标准的三级型Epsilon火箭起飞质量91吨,其中第一级质量74.7吨,固体发动机包括约66吨的固体推进剂,推进剂装药质量比达到了0.911。虽然和H-IIA共用SRB-A的技术和成熟部件,但Epsilon火箭的第一级还是做了不小的优化,其真空平均推力降低到1580千牛,燃烧时间达到了约120秒,至于真空比冲提高到283.6秒。Epsilon火箭的第二级箭体总质量约11.6吨,其中包括约10.8吨的固体推进剂,其装药质量比约为0.923,第二级M-34C固体发动机真空平均推力达到了377.2千牛,燃烧时间约104.7秒,为高空优化后的发动机真空比冲更是高达299.9秒。Epsilon火箭的第三级箭体质量约3吨,第三级使用的KM-V2b固体发动机固体推进剂质量约2.5吨,装药质量比约为0.917,真空平均推力81.3千牛,工作时间91.1秒,真空比冲进一步提高到301.7秒。从发动机装药质量比和真空比冲等指标看,日本固体火箭发动机技术属于世界领先水平,日本宇宙航空研究开发机构更是好不掩饰的宣布“世界最高水準の固体推進技術”。Epsilon火箭早期方案的二三级是全新研制的,而现在继承了M-V火箭技术,从日本固体火箭技术水平和Epsilon火箭的发展过程看,日本没有为Epsilon火箭研制推力、燃烧时间和比冲指标更合适的固体火箭发动机,更多是出于省钱考虑。

日本以提高入轨精度为名在Epsilon火箭上增加了一个小型液体第四级,基本完成了重型洲际导弹液体末助推级的技术验证。

M-V火箭很多指标满足洲际导弹需求,但由于发射准备时间过长,它不太适合改头换面作为固体洲际导弹,而Epsilon火箭大大简化了地面发射流程和发射设施,缩短了发射准备时间,距离实用化的固体洲际导弹又近了一步。对比美国MX洲际导弹,我们可以发现Epsilon火箭为了尽可能继承H-IIA和M-V火箭的技术,三级固体发动机的质量、推力和燃烧时间的设计并非最合理的设计,不过日本拥有相当成熟的固体火箭发动机技术,通过改变发动机药柱的浇铸形状的措施,调节推力和燃烧时间等参数可以说是举手之劳。更值得警惕的是,日本以提高入轨精度为名在Epsilon火箭上增加了一个小型液体第四级,基本完成了重型洲际导弹液体末助推级的技术验证,虽然Epsilon火箭本身无法直接作为固体洲际导弹,但日本通过一步步的试探,目前已经完全掌握了固体洲际导弹的所有技术。

虽然Epsilon火箭本身无法直接作为固体洲际导弹,但日本通过一步步的试探,目前已经完全掌握了固体洲际导弹的所有技术。如果换算为10000千米射程的洲际导弹的话,其投掷能力和美国MX重型洲际弹道导弹相当接近。

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