解讀日本新宇宙計劃：偵察衛星可監視全球

林文杰

2015年伊始，日本宇宙開發戰略本部的新版《宇宙基本計劃》綱要引發了人們對日本未來10年航天發展動態的關注，綱要基本確定了日本強化宇宙安全的路線，提出了開拓國際商業航空航天市場的總方針。同時圍繞著日本空天安全建立戰略規劃，將國防安全與航天產業發展相結合，把保障太空安全上升到戰略高度。日本在該計劃中也強調在美日合作的框架下開展航天活動的必要性，除了發射人造衛星、載人航天和太空垃圾防范這些民用工程外，還希望與美國共享偵察情報，通過日本自身的實力組建偵察衛星監視網、“準天頂”導航衛星、中繼通信衛星、導彈預警衛星等，提升日本對空間、海洋的態勢感知能力。在運載火箭方面，日本也將在2015年提高Epsilon新型固體燃料火箭的運載能力，2020年發射H-ⅡA/B火箭的后續型號，夯實3 000～5 000千米級洲際彈道導彈的發展潛力。

日本近幾年的航天計劃之所以引發如此大的關注，關鍵的原因是日本于2008年成立了宇宙開發戰略本部，并實施了宇宙基本法。該機構由日本首相擔任部長，目的是加強對太空開發的管理，改變以往日本航天、深空任務由文部科學省主導的局面，形成由日本首相直接管理、內閣大臣負責具體事務的行政體系，戰略高度明顯提升。日本政府認為宇宙開發戰略本部有兩個工作方向，第一個是提高國民生活品質，讓太空產業為民服務；第二是從軌道高度確保日本國家安全，這一點被外界質疑為日本于過去五年逐漸在法規和體系上進入太空軍事化的發展道路。一旦日本進入戰爭狀態，該部門就可以在首相領導下全力為軍事化服務，即便在和平時期也能夠方便地利用民用渠道“曲線”發展軍用產品。

《宇宙基本計劃》征求意見稿在前沿部分深入分析了日本的太空政策，日本認為當代的空間權力結構已經從美蘇主導的兩極世界向多極化方向轉變。隨著空間內技術的擴散，一些新興的“航天苗子”開始出現，比如歐盟、中國、印度、巴西等，重新洗牌后日本能夠憑借高新科技方面的實力占據一定的空間地位。多極化格局使得日本更加重視太空政策的制定和實施，再次提出了將利用宇宙納入國家安全戰略進行考量，以美日太空合作的新時代為契機，強化空間政策并提升技術前進的步伐。同時日本也希望發展太空產業，讓科學技術與商業航天發展形成有機循環。

日本為今后10年的空間發展確定了三個主要目標，首當其沖要數確保日本的空天安全與創建外層空間發展的穩定環境。日本認為空間碎片是軌道任務發展的主要障礙，2011年日本宇航員古川聰在執行國際空間站任務期間遭遇軌道垃圾，兩者距離不到250米，這些時速達到2.7萬千米的碎片能夠對在軌航天器產生巨大的潛在威脅。對此，日本的目標是提高自身對軌道垃圾的監控力度，在促進建立《國際外層空間活動規范》的同時與盟友共享軌道物體信息，避免空間碎片的碰撞，甚至獲得清除軌道物體的能力，該技術具有發展成天基監視網與反衛星武器的潛力。

強化日本的軌道安全還需要部署一系列衛星群，日本計劃在今后10年內完成由7顆衛星組成的“準天頂導航系統”，并部署X波段國防衛星通信網，確保日本自衛隊通信的高度保密性。同時進一步發展先進光學偵察衛星、先進雷達成像偵察衛星、早期導彈預警衛星、中繼通信衛星，形成龐大的軍用衛星星座，總數可能在18～20顆左右，大幅度提升日本在軌軍用衛星的數量和質量。日本為了實現新的空間規劃，特別加強了與美國的合作，希望在日美同盟框架下深化航天技術的應用，最明顯之處就是2015～2020年間4顆“準天頂”導航衛星需要與美國GPS系統配合才能實現區域導航，如果日本要獨立實現區域信號覆蓋，就要把衛星數量補至7顆，這個時間點就要推遲到2025年。除美國外，日本還希望與歐洲、澳大利亞、東盟等具有高戰略利益與共享價值的地區與國家進行多層次的合作，為日本的空天安全添磚加瓦。

日本的第二個目標是利用空間資源解決民生問題，并建立相關產業。日本作為一個多火山地震島國，加之自然資源的稀缺，使得其格外重視資源的分配與利用。去年5月，日本先進陸地觀測衛星“衛星”2號對環太平洋火山地震帶進行研究；12月，“向日葵8號”新型氣象衛星傳回第一張地球彩色照片。日本在氣候環境、糧食問題、資源探測、地震海嘯、火山噴發、臺風等全球性問題或大規模自然災害領域的調查已經有所建樹，未來10年還將繼續推進。值得一提的是，在中國汶川地震時，日本陸地觀測衛星通過《空間和重大災害國際憲章》機制向我國提供衛星遙感圖片，可以清楚分辨出地震后形成的堰塞湖情況。不可否認，日本在災害預防與響應上有其可取之處。

第三個目標是加強與航天工業有關的基礎設施建設，擴大日本航天工業的國際競爭力。日本作為國際空間站的重要合作方，已經為空間站提供了“希望”號實驗艙，并擁有上行運載能力為6噸的HTV貨運飛船，日本已經具備一定實力的空間站制造、運營與維護的經驗。在今后10年，日本除了完善鹿兒島和種子島航天發射場后，還將繼續發展H-ⅡA/B火箭的改進型號，爭取國外發射訂單。值得關注的是，日本在2013年成功試射了Epsilon火箭，使用了新型固體燃料，在未來10年發展規劃中已經明確提出要繼續對該火箭進行研發，勝任關鍵時刻的應急發射需要。鑒于Epsilon火箭具備改裝成固體洲際彈道導彈的潛力，且日本的固體火箭發動機技術已經進入世界第一梯隊，因此其在未來10年內完全有能力將該火箭發展成中程彈道導彈。

在日本宇宙基本法實施后，宇宙安全進一步上升到國家戰略高度，各類情報偵察衛星成為日本強化空間權力地位的重要舉措。日本的情報衛星研發可追溯到上個世紀90年代初期，雖然日本曾經在不同時間、不同場合強調過和平利用航天技術，但隨著朝鮮以及東亞地區軍事活動能力的增強，日本開始提出發展軌道偵察技術。1996年，防衛廳開始醞釀研發偵察衛星，并對朝鮮、俄羅斯和中國的敏感目標進行偵察，并試圖建立覆蓋通信、偵察、導航的衛星星座。1998年，朝鮮從舞水端里基地成功發射一枚“大浦洞”1彈道導彈，這是1993年朝鮮向日本海方向發射1 300千米射程“勞動”1彈道導彈的之后又一次嘗試。

日本小淵內閣借助朝鮮中程彈道導彈技術擴散并對日本本土構成威脅的名義決定發展偵察衛星，并命名為“多用途情報收集衛星”，這也是日本天基偵察體系的前身。2003年3月，日本使用H-ⅡA火箭將兩顆偵察衛星送入軌道，分別命名為“光學一號”和“雷達一號”。從命名上就很容易看出兩顆偵察衛星的用途，一顆是光學成像偵察衛星，分辨率可達到1米，另一顆為合成孔徑雷達成像偵察衛星，分辨率在1～3米，軌道高度在400～ 600千米，設計壽命5年。根據日本的設想，如果在軌部署4顆偵察衛星（光學成像與雷達成像各兩顆）就能夠對地球上任何一處高價值偵察目標進行監視，而且光學成像能夠與雷達成像平臺形成互補，全天候監視東亞似乎不成問題。

2003年11月29日，這一天小泉首相的心情肯定糟糕透了，日本投入20億美元重金打造的天基偵察網出師未捷身先殘，H-ⅡA火箭搭載兩顆偵察衛星在升空不久慣性傳感器出現故障，13分鐘后星箭俱毀。更致命的是這兩顆偵察衛星還沒有備份星，于是原計劃由4顆偵察衛星構成的天基偵察網變成了獨眼天網，偵察能力打了個對折。直到2006年，日本從年度財政中再撥了5.28億美元將兩顆偵察衛星送入軌道，補網后終于實現了4顆偵察衛星在軌運行的情報系統，每天可以對世界上任何一個地點拍攝一次。這一年朝鮮在7月連續發射7枚彈道導彈和運載火箭，其中包括1枚“大浦洞”2、4枚“勞動”系列彈道導彈和2枚“飛毛腿”導彈，方向全朝向日本海。2009年3月，朝鮮再次發射“銀河”2型火箭，有趣的是此時日本剛剛組建起的天基偵察網隨著“雷達一號”的失效出現了偵察漏洞。

到目前為止，日本偵察衛星已經發展到“雷達四號”和“光學五號”試驗星，2013年初發射的“雷達四號”分辨率達到1米，“光學四號”分辨率已達到0.6米級的水平。“光學五號”試驗星可能超過0.4米級，單顆衛星的偵察實力居于世界前列。如果我們對照不同可見光圖像判讀標準，0.3～0.4米級的分辨率就能夠對機場設施、導彈陣地、水面艦艇、水面航行狀態或港口停泊狀態的核潛艇進行較為詳細的描述和解析。事實上，日本的偵察衛星對地觀測能力已經超越中國，2014年8月發射的“高分二號”分辨率在1米左右，是我國分辨率最高的光學成像衛星。日本的領先地位得益于其自身成熟的成像技術和與美國等發達國家的合作，日本在1970年代之后就引入美法對地觀測衛星的高分辨率衛片，通過建設遙感衛星地面站強化對圖像情報的獲取和解讀。還租用了分辨率達0.6米級的“快鳥”系列衛星，情報管理與分析能力也能夠及時到位。

此外，日本的民用對地觀測衛星技術的快速進步也為軍用偵察衛星研制提供了便利，民為軍所用一直是日本打擦邊球的傳統手法。日本在1992年發射了“地球資源衛星1號”驗證光學遙感和合成孔徑雷達偵察技術，之后連續發射了先進地球觀測衛星、先進陸地觀測衛星系列、熱帶降雨測量衛星等，發展出較為成熟的對地觀測體系。日本雖然具有極強的光學成像偵察技術，但與美國相比仍然落后很多，美國1963年發射的KH-6二代偵察衛星分辨率已經達到0.6米級，KH-12達到0.1米級，超過法國“太陽神”系列的0.5米級、以色列“地平線”9號等。美國以

“長曲棍球”為代表的軍用高分辨率雷達成像衛星，分辨率達0.3米級，超過德國、意大利、以色列、日本的同類衛星。

“準天頂”導航是《宇宙基本計劃》中需要完成的重大項目，這是日本提出的區域導航系統，旨在強化并增強GPS信號，具有區域導航、定位、通信的功能，提高日本本土信號接收的質量，比較適合日本的國情。根據《宇宙基本計劃》中的描述，下一個五年內將完成3顆導航星的發射，與2010年9月發射的“指路”號形成4顆導航體系。2013年，日本已經從三菱電機公司訂購了三顆導航星，價值5.26億美元，運行在三條與赤道平面夾角為45°的軌道上。從日本本土上看，任何時候都有一顆導航星位于天頂，這也是準天頂系統命名的由來。在下一個10年規劃中，日本也計劃在4顆導航星的基礎上增加3顆靜止軌道導航星，拓展成一個可獨立運行的區域導航系統。

“準天頂”導航系統是日本發展的軍民兩用衛星項目，在民用領域能夠增強日本本土的定位精度。畢竟用戶在獲得更高的測量仰角后導航授時精度至少可提高一半以上，可為公共交通和經濟發展提供保障與服務，這對日本民眾而言是個民生工程。“準天頂”既然是個導航系統，也可以用于軍事通途，除了提高日本作戰部隊、艦艇的定位精度外，也可以為制導武器提供連續且實時的導航信號。更重要的是，一旦“準天頂”7顆衛星部署到位后，可擺脫對GPS系統的依賴，即便美國降低了GPS系統的定位精度也不會影響到日本自衛隊對精確導航定位的需求，這對戰爭主動權的把握是非常關鍵的。

《宇宙基本計劃》中還有一個值得關注的地方，這就是日本的火箭發展規劃。目前日本主要使用H-ⅡA/B火箭完成各類軌道任務，該型火箭使用LE-7A和LE-5B發動機，H-ⅡA近地軌道運載能力（LEO）能夠達到10噸以上，H-ⅡB則是A型的擴大版，LEO運載能力達到19噸，能夠將16噸的HTV貨運飛船送往空間站。在下一個10年內，日本將研發一款新型H-Ⅲ火箭并全面取代H-ⅡA/B，這一計劃已經在2014財年中獲得部分資金支持，力爭在2020年升空。H-Ⅲ火箭使用更先進的LE-X發動機，擁有多種構型，能夠滿足地球同步軌道6.5噸、近地軌道20噸的運載需求，這暗示日本在液氫/液氧發動機方面不僅技術成熟，而且也處于世界領先水平。

H-Ⅲ火箭除了滿足日本的航天發射需求外，還要擁有極強的國際競爭力，發射單價可能控制5 000萬美元左右，比H-ⅡA/B火箭9 000萬美元左右的報價要便宜許多。同時，日本還在固體運載火箭上取得突破，事實上日本的固體運載火箭技術已經具備相當高的水準，從1980年代開始就使用當時美蘇固體洲際彈道導彈上普遍列裝的HTPB推進劑，還有美國彈道導彈上使用的延伸噴管技術。高強度合金鋼、鈦合金以及碳碳復合材料等性能也屬于世界領先水平。由于固體運載火箭與彈道導彈之間的技術鴻溝并不大，兩者之間的過渡對日本而言根本不存在技術上的問題。

2013年9月，日本宇宙航空研究開發機構研發的Epsilon火箭成功升空，火箭為三級固體運載火箭，總質量大約在91噸，能夠將1.2噸的載荷送入軌道。日本在固體運載火箭的研發上起步較早，并獲得了美國的技術輸出，早期的M-V型固體運載火箭LEO運載能力已經達到1.8噸，具備發展成中遠程彈道導彈的潛力，但該火箭超大的起飛重量和昂貴發射單價讓日本萌生了研制新型固體運載火箭想法。2006年M-V型火箭退役后，日本就開始著手研發Epsilon火箭，運用了日本先進且成熟的固體火箭技術降低成本，第一級使用H-Ⅱ火箭的SRB-A助推器，第二級、第三級與M-V型火箭相同，甚至該火箭上設置了末端助推級用于驗證固體洲際彈道導彈的相關技術。

日本在固體火箭發動機技術上處于世界領先地位，Epsilon火箭的研發對于日本而言并沒有花費太多的精力，更多的技術攻關體現在如何降低火箭的復雜性上。通過模塊化設計極大簡化了火箭的維護程序，并將發射準備時間縮短到一周，宇宙航空研究開發機構甚至號稱能夠將發射單價降低到3 700萬美元，可執行小型衛星的發射任務。日本大力推動固體運載火箭的研發不僅考慮到商業發射需求，也試圖從中獲得固體洲際彈道導彈的技術驗證機會，《宇宙基本計劃》中對H-ⅡA/B和Epsilon火箭項目進展的篇幅只有一句話帶過，但其意義是非常深遠的。如果日本下決心發展洲際彈道導彈，憑借其成熟的火箭技術完全能夠在短時間內生產出射程在3 000～5 000千米級別的彈道導彈，而這個射程也足以威懾到俄羅斯遠東、中國中東部、朝鮮半島全境的目標。