日本“一箭多星”發射現狀及典型實例分析

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日本“一箭多星”發射現狀及典型實例分析

Case Study of Japan’s Multi-payload Launch

王存恩（北京空間科技信息研究所）

采用“一箭多星”發射不僅可充分利用火箭的發射能力，減少不必要的浪費，還可按照所需搭載衛星的質量或體積合理地分擔發射費用，這為中、小型衛星乃至立方體衛星開啟了好、快、省的發射之路。

當今，全球航天強國和大國（或地區），如美國、俄羅斯、歐洲、中國、印度、日本等都掌握并在有效地利用“一箭多星”發射技術。日本于2009年完成了“一箭八星”發射，引起了廣泛關注。2014年，H-2A火箭又進行了“一箭八星”發射。

1　日本“一箭多星”發射情況

日本的“一箭多星”發射起步較晚，20世紀80年代中后期至2000年前主要是演練和驗證“一箭多星”發射技術。1986年8月12日，日本首次利用H-1火箭進行了“一箭三星”發射，發射質量為685kg的“紫陽花試驗測地有效載荷”（EGS）（近地點1483km、遠地點1497km）時，成功搭載發射了質量為50kg的業余無線電愛好者衛星-1（JAS-1）和“磁軸承飛輪實驗裝置”（MABES）。

2002年起至今，日本主要利用H-2A火箭進行“一箭雙星”和“一箭多星”發射。其中，2002年9月10日，日本利用H-2A火箭成功進行了“一箭雙星”發射，將質量為1800kg的“下一代空間試驗回收系統”（USERS）送入近地點504km、遠地點519km，傾角30.4°的近圓軌道，隨后將質量為2800kg的“跟蹤與數據中繼衛星”（TDRS）送入地球同步轉移軌道（GTO）； 2002年12月14日，日本首次成功進行了“一箭四星”發射，該次發射的主載荷為質量約3700kg的日本先進地球觀測衛星-2 （ADEOS-2），同時搭載發射了質量58kg的澳大利亞“聯合衛星”（FEDSAT）和日本千葉工業大學研制的2顆50千克級小衛星；2009年1月，日本首次使用H-2A火箭實現了“一箭八星”發射，引起廣泛關注。

未來，日本執行“一箭多星”發射的火箭還將包括目前正在驗證中的H-3火箭和已于2013年投入使用的“艾普斯龍”（Epsilon）火箭。

2　日本“一箭八星”發射實例分析

2014年2月27日，日本使用H-2A 202（標準型）運載火箭執行了其第二次“一箭八星”發射，成功將日美聯合研制的 “全球降雨觀測”（GPM）衛星和7顆微納衛星送入預定軌道，衛星總質量約3578kg。

日本H-2A火箭以“一箭八星”方式發射“全球降雨觀測”衛星等8顆衛星

H-2A 202運載火箭

執行此次“一箭八星”發射的是日本H-2A 202（標準型）運載火箭，該型火箭又稱H-2A F23，是二級液體火箭，捆綁固體火箭助推器，低地球軌道（LEO）和地球同步轉移軌道（GTO）運載能力分別為10t和3.8t。該型火箭全長53m，直徑4m，總質量289t。H-2A 202火箭將8顆衛星分列兩層，底層安放7顆搭載發射的微納衛星，上層安放主衛星“全球降雨觀測”衛星。

H-2A 202運載火箭及其執行“全球降雨觀測”衛星等8星發射時的組態

H-2A 202各級火箭性能和參數

筑波大學、大阪府立大學、多摩美術大學和鹿兒島大學研制的衛星都屬于立方體衛星，發射前搭載在日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的標準釋放和分離機構（J-POD）上，在預定的軌道上發射（釋放）。

主衛星及其他搭載衛星

此次發射的8顆衛星分別為，質量約3500kg的主衛星“全球降雨觀測”衛星和日本信州大學、香川大學等機構研制的7顆微納衛星。

8顆衛星情況一覽表

續表

火箭飛行計劃

以2014年2月27日使用H-2A 202火箭執行“一箭八星”發射為例，介紹其發射程序。衛星配置在整流罩內，必須經過一系列的嚴格檢查，當確認穩妥無誤后才允許進行燃料加注；調整即將發射的火箭本體的俯仰面的方位角，使之向前呈94.5°角，按設定的飛行計劃，發動機點火，搭載“全球降雨觀測”衛星和7顆副衛星的火箭朝太平洋方向飛去。

利用“全球降雨觀測”衛星進行降雨觀測的示意圖

按照計劃，發射9 4 9 s，火箭首先釋放主衛星“全球降雨觀測”衛星，隨后，7顆質量在1.3～30kg的微納衛星相繼釋放，7顆微納衛星質量共計約78kg。

發射實施地點和投入使用的跟蹤站

本次發射實施地點為日本種子島航天中心，該中心位于日本鹿兒島縣熊毛郡南種子島町大字莖永。投入使用的跟蹤站包括日本境內的小笠原跟蹤站（位于東京都小笠原村父島字桑之木山）和內之浦空間觀測站（位于鹿兒島縣肝屬郡肝付町南方），以及美國的關島跟蹤站。

3　日本“一箭多星”發射的主要特點

日本的“一箭多星”發射采用的是在衛星和火箭整流罩間配置“一箭多星”發射裝置，將衛星串聯安裝在多星發射裝置上，憑借火箭提供的推力將多顆衛星分別送入各自預定的軌道；對于質量小于10kg、體積小于10cm的納衛星和皮衛星，則采取發射前就將其搭載在日本宇宙航空研究開發機構研發的標準釋放與分離機構上，在預定的軌道上完成這些衛星的釋放。

H-2A 202火箭執行“一箭多星”發射飛行程序

2002-2014年，日本利用H-2A火箭共執行13次“一箭雙星”或“一箭多星”發射，其中除1次因火箭故障未能將衛星送入預定軌道外，均獲成功，其成功率為92.3%。

日本運載火箭因性能、知名度等原因，以發射國內衛星為主，但其利用“一箭多星”搭載發射的機會發射國外衛星，為拓展國際發射服務市場奠定了一定的基礎。日本曾于2002年12月利用發射“先進地球觀測衛星”（ADEOS）的機會，為澳大利亞搭載并成功地發射了“聯合衛星”。后又于2012年5月利用發射全球環境變化觀測任務-水-1 （GCOM-W-1）衛星的機會，為韓國搭載發射了韓國多用途衛星-3（KOMPSAT-3）。

4　結語

日本目前主要使用H-2 A火箭執行“一箭多星”發射任務，H-2A火箭近期的“一箭多星”發射任務中也含有發射外國衛星的計劃，如，日本計劃在2017年發射其第二顆溫室氣體觀測衛星時，搭載發射阿聯酋先進科學技術研究所（ELAST）的全色分辨率為0.7m的遙感衛星—迪拜衛星-3 （DubaiSat-3，現已更名為KhalifaSat）。

依據日本新《宇宙基本計劃》，H-3火箭將于2020年進行首飛，之后將逐步成為日本的骨干火箭，以其為主，“艾普斯龍”火箭為輔，這兩型火箭將逐漸增加承擔包括“一箭多星”發射任務在內的國外衛星發射任務，不斷拓展全球航天發射服務市場，擴大日本航天產業在國際市場上的占有率，達到其產業振興的目的。

日本種子島航天中心