日本“一箭多星”发射现状及典型实例分析



日本“一箭多星”发射现状及典型实例分析

Case Study of Japan’s Multi-payload Launch

王存恩（北京空间科技信息研究所）

采用“一箭多星”发射不仅可充分利用火箭的发射能力，减少不必要的浪费，还可按照所需搭载卫星的质量或体积合理地分担发射费用，这为中、小型卫星乃至立方体卫星开启了好、快、省的发射之路。

当今，全球航天强国和大国（或地区），如美国、俄罗斯、欧洲、中国、印度、日本等都掌握并在有效地利用“一箭多星”发射技术。日本于2009年完成了“一箭八星”发射，引起了广泛关注。2014年，H-2A火箭又进行了“一箭八星”发射。

1　日本“一箭多星”发射情况

日本的“一箭多星”发射起步较晚，20世纪80年代中后期至2000年前主要是演练和验证“一箭多星”发射技术。1986年8月12日，日本首次利用H-1火箭进行了“一箭三星”发射，发射质量为685kg的“紫阳花试验测地有效载荷”（EGS）（近地点1483km、远地点1497km）时，成功搭载发射了质量为50kg的业余无线电爱好者卫星-1（JAS-1）和“磁轴承飞轮实验装置”（MABES）。

2002年起至今，日本主要利用H-2A火箭进行“一箭双星”和“一箭多星”发射。其中，2002年9月10日，日本利用H-2A火箭成功进行了“一箭双星”发射，将质量为1800kg的“下一代空间试验回收系统”（USERS）送入近地点504km、远地点519km，倾角30.4°的近圆轨道，随后将质量为2800kg的“跟踪与数据中继卫星”（TDRS）送入地球同步转移轨道（GTO）； 2002年12月14日，日本首次成功进行了“一箭四星”发射，该次发射的主载荷为质量约3700kg的日本先进地球观测卫星-2 （ADEOS-2），同时搭载发射了质量58kg的澳大利亚“联合卫星”（FEDSAT）和日本千叶工业大学研制的2颗50千克级小卫星；2009年1月，日本首次使用H-2A火箭实现了“一箭八星”发射，引起广泛关注。

未来，日本执行“一箭多星”发射的火箭还将包括目前正在验证中的H-3火箭和已于2013年投入使用的“艾普斯龙”（Epsilon）火箭。

2　日本“一箭八星”发射实例分析

2014年2月27日，日本使用H-2A 202（标准型）运载火箭执行了其第二次“一箭八星”发射，成功将日美联合研制的 “全球降雨观测”（GPM）卫星和7颗微纳卫星送入预定轨道，卫星总质量约3578kg。

日本H-2A火箭以“一箭八星”方式发射“全球降雨观测”卫星等8颗卫星

H-2A 202运载火箭

执行此次“一箭八星”发射的是日本H-2A 202（标准型）运载火箭，该型火箭又称H-2A F23，是二级液体火箭，捆绑固体火箭助推器，低地球轨道（LEO）和地球同步转移轨道（GTO）运载能力分别为10t和3.8t。该型火箭全长53m，直径4m，总质量289t。H-2A 202火箭将8颗卫星分列两层，底层安放7颗搭载发射的微纳卫星，上层安放主卫星“全球降雨观测”卫星。

H-2A 202运载火箭及其执行“全球降雨观测”卫星等8星发射时的组态

H-2A 202各级火箭性能和参数

筑波大学、大阪府立大学、多摩美术大学和鹿儿岛大学研制的卫星都属于立方体卫星，发射前搭载在日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的标准释放和分离机构（J-POD）上，在预定的轨道上发射（释放）。

主卫星及其他搭载卫星

此次发射的8颗卫星分别为，质量约3500kg的主卫星“全球降雨观测”卫星和日本信州大学、香川大学等机构研制的7颗微纳卫星。

8颗卫星情况一览表

续表

火箭飞行计划

以2014年2月27日使用H-2A 202火箭执行“一箭八星”发射为例，介绍其发射程序。卫星配置在整流罩内，必须经过一系列的严格检查，当确认稳妥无误后才允许进行燃料加注；调整即将发射的火箭本体的俯仰面的方位角，使之向前呈94.5°角，按设定的飞行计划，发动机点火，搭载“全球降雨观测”卫星和7颗副卫星的火箭朝太平洋方向飞去。

利用“全球降雨观测”卫星进行降雨观测的示意图

按照计划，发射9 4 9 s，火箭首先释放主卫星“全球降雨观测”卫星，随后，7颗质量在1.3～30kg的微纳卫星相继释放，7颗微纳卫星质量共计约78kg。

发射实施地点和投入使用的跟踪站

本次发射实施地点为日本种子岛航天中心，该中心位于日本鹿儿岛县熊毛郡南种子岛町大字茎永。投入使用的跟踪站包括日本境内的小笠原跟踪站（位于东京都小笠原村父岛字桑之木山）和内之浦空间观测站（位于鹿儿岛县肝属郡肝付町南方），以及美国的关岛跟踪站。

3　日本“一箭多星”发射的主要特点

日本的“一箭多星”发射采用的是在卫星和火箭整流罩间配置“一箭多星”发射装置，将卫星串联安装在多星发射装置上，凭借火箭提供的推力将多颗卫星分别送入各自预定的轨道；对于质量小于10kg、体积小于10cm的纳卫星和皮卫星，则采取发射前就将其搭载在日本宇宙航空研究开发机构研发的标准释放与分离机构上，在预定的轨道上完成这些卫星的释放。

H-2A 202火箭执行“一箭多星”发射飞行程序

2002-2014年，日本利用H-2A火箭共执行13次“一箭双星”或“一箭多星”发射，其中除1次因火箭故障未能将卫星送入预定轨道外，均获成功，其成功率为92.3%。

日本运载火箭因性能、知名度等原因，以发射国内卫星为主，但其利用“一箭多星”搭载发射的机会发射国外卫星，为拓展国际发射服务市场奠定了一定的基础。日本曾于2002年12月利用发射“先进地球观测卫星”（ADEOS）的机会，为澳大利亚搭载并成功地发射了“联合卫星”。后又于2012年5月利用发射全球环境变化观测任务-水-1 （GCOM-W-1）卫星的机会，为韩国搭载发射了韩国多用途卫星-3（KOMPSAT-3）。

4　结语

日本目前主要使用H-2 A火箭执行“一箭多星”发射任务，H-2A火箭近期的“一箭多星”发射任务中也含有发射外国卫星的计划，如，日本计划在2017年发射其第二颗温室气体观测卫星时，搭载发射阿联酋先进科学技术研究所（ELAST）的全色分辨率为0.7m的遥感卫星—迪拜卫星-3 （DubaiSat-3，现已更名为KhalifaSat）。

依据日本新《宇宙基本计划》，H-3火箭将于2020年进行首飞，之后将逐步成为日本的骨干火箭，以其为主，“艾普斯龙”火箭为辅，这两型火箭将逐渐增加承担包括“一箭多星”发射任务在内的国外卫星发射任务，不断拓展全球航天发射服务市场，扩大日本航天产业在国际市场上的占有率，达到其产业振兴的目的。

日本种子岛航天中心