扶桑の太空雄心(上)

2016-07-14 16:35:26 航空世界 2016年3期

蒿旭

日本航天科技发展历经冷战和冷战后两个不同时期,其发展轨迹也异于美国、苏俄和中国航天事业从军事部门起步的传统做法。尽管如此,随着日本从一个军事发展受到严格限制的“半主权国家”向所谓“正常国家”迈进,在相应地经历了航天事业从民间到官方,从科学、民事领域向安全(军事)领域扩展的演变之后,日本目前已跻身世界航天强国之列。不断调整的航天研究体制、一波三折的技术探索、时隐时现的美国因素犹如“三驾马车”始终是影响日本航天事业发展的基本因素,而且必将继续对未来日本航天事业发展产生巨大影响。

冷战时期,受1947年《和平宪法》和1969年日本“宇宙开发仅限于和平目的”的国会决议制约,日本长期遵循“和平利用航天原则”,其航天事业发展不仅起步于民间,而且是作为一项民事事业而开展的。冷战结束后,随着日本“正常国家”口号的提出和践行,日本开始突破航天“非军事化”的禁忌,致力于发展独立的侦察卫星系统。日本是如何成长为一个航天强国的?体制、技术和美国因素分别发挥了什么作用?彼此关系如何?未来又会如何发展?本文拟就此展开分析。

冷战时期,受1947年《和平宪法》和1969年日本“宇宙开发仅限于和平目的”的国会决议制约,日本长期遵循“和平利用航天原则”,其航天事业发展不仅起步于民间,而且是作为一项民事事业而开展的。冷战结束后,随着日本“正常国家”口号的提出和践行,日本开始突破航天“非军事化”的禁忌,致力于发展独立的侦察卫星系统。日本是如何成长为一个航天强国的?体制、技术和美国因素分别发挥了什么作用?彼此关系如何?未来又会如何发展?本文拟就此展开分析。

不断演变的航天研究体制

作为一个军事发展受到严格限制的“半主权国家”,日本的航天探索是作为一项民事事业起步的:受国家民事部门的财政资助、完全与军事部门无关、主要由民事人员——大部分来自学术机构——从事研发。也正因为此,日本早期的航天探索在很长时期里缺乏政府监管和集中规划。

1955年堪称日本航天探索元年,当年东京大学航空技术研究班成功发射日本第一枚小型火箭,同年航天开发经费正式编入日本政府财政预算(当年为1742万日元)。从1955年到2008年日本基本奠定宇宙开发战略总部(SHSP)负责航天战略与政策制定、宇宙航空研究开发机构(JAXA)负责实施的制度格局,日本航天研究体制半个多世纪的演变至少历经3次大的调整。

20世纪50年代~60年代是日本航天研究体制的草创期,日本首相府、科学技术厅牵头草创最初的航天研究体制。1955年7月,岸信介(安倍的外公)内阁在首相府内设置了航空技术研究所,而1956年5月成立的科学技术厅在日本早期的航天建章立制过程中发挥了更具主导性的作用。1959年7月,科学技术厅成立了航天科学振兴筹备委员会。同年8月,后者发表了日本第一个航天开发规划——《当前宇宙科学技术开发规划》。1960年7月,总理府设置宇宙开发审议会;1962年4月,科学技术厅增设航空宇宙科;1963年4月,航空宇宙科设置宇宙开发室。同时,原隶属总理府的航空技术研究所改名为航空宇宙技术研究所(NAL),转归科学技术厅管理,主要研究发动机技术。1964年4月,东京大学在航空技术研究班的基础上成立宇宙航空研究所,1981年更名为宇宙科学研究所(ISAS)。1964年7月,科学技术厅成立宇宙开发推进总部,1969年改称日本宇宙开发事业团(NASDA)。至1969年,宇宙航空研究所、航空宇宙技术研究所、日本宇宙开发事业团等主要功能性航天研究机构基本奠定。ISAS与NASDA一起,受1968年6月成立的宇宙开发委员会(前宇宙开发审议会)的领导,共同成为日本航天活动的核心机构。隶属于科学技术厅的NASDA作为一个公共公司(其雇员并非国家公务员),同时还接受交通省、邮电省的指令和资助,主要负责应用技术卫星及其运载火箭,主要为应用工程服务。而隶属于文部省的ISAS作为一个大学研究机构负责科学卫星及其运载火箭的研制,则保持了一定的学术性质。可以说,从20世纪60年代末到21世纪初,日本保持了由内阁两省厅(文部省、科学技术厅)分别领导航天研究开发的格局。

不过,这种分立格局在实践中导致了航天科学探索应用与航天技术研发相互脱节,严重制约了日本航天发展。为克服这一弊端,日本于21世纪初进行了航天研究体制改革——此为日本航天发展史上第2次重大体制调整。具体内容包括:文部省与科学技术厅于2001年合并为文部科学省,宇宙科学研究所、航空宇宙技术研究所、宇宙开发事业团于2003年合并成立宇宙航空研究开发机构(JAXA)。

此次体制改革的最大成果是JAXA的成立。JAXA主要由4个本部、5个小组构成,拥有1700多名员工,每年财政经费约24.8亿美元,占全日本航天开发资金总额的70%。JAXA主要设施包括:2个卫星发射基地,种子岛宇宙中心和内之浦宇宙空间观测所;3个重要的航天研发中心,种子岛宇宙中心(主要负责卫星的组合、测试、发射和测控)、筑波宇宙中心(主要承担卫星制造及宇航员训练等)、角田宇宙中心(主要负责火箭发动机的设计);另外还设有调布航空宇宙中心、相模原营地、能代多目的实验场、大树航空宇宙实验场,以及负责卫星电波跟踪与测控的琦玉县地球观测中心和一个移动跟踪站(根据不同的任务可设在马绍尔群岛的夸贾林岛或圣诞岛,圣诞岛下靶场跟踪站只用于地球同步轨道卫星的跟踪任务)。不过,合并后的JAXA仍保有浓重的ISAS、NASDA、和NAL的影子。

此次航天研究体制改革的另一重要成果是内阁府新设综合科学技术会议及所属宇宙开发利用专门调查会,后者接替原宇宙开发委员会的工作,而宇宙开发委员会调整为审议评估宇宙开发事业团的项目。同时,这次改革虽然结束了各自为政、分散管理的局面,但仍采取一种内阁办公厅制定政策、以文部科学省为主,多省厅、多部门共同管理的体制。

日本第2次航天研究体制改革虽卓有成效,但仍未尽如人意。因此,日本于2008年进行了第3次航天研究体制改革。此次改革的标志性成果是日本推出了其史上第一部《宇宙基本法》,确认了日本对于和平利用开发航天的原则是“非侵略”,解除了先前“非军事”的限制,打破了日本在军事利用航天领域近40年的立法限制,并将进一步扩大日本防卫省的权力范围。据《宇宙基本法》第四章规定,日本成立了首相任总部长、内阁官房长官和宇宙开发大臣任副部长、政府部门所有省厅大臣组成的“宇宙开发战略总部”。

宇宙开发战略总部下设事务局和专业审查委员会,是日本航天开发战略政策制定的总司令部。2009年,宇宙开发战略总部发布了《宇宙基本计划》。《宇宙基本法》和《宇宙基本计划》的出台,标志着日本国家航天战略的正式形成,并将过去以研究开发为主导政策导向转为重视安全保障、产业振兴等领域的航天活动。安全保障成为日本航天开发的首要目的,其经费占到航天开发总预算的50%。至此,日本在真正意义上形成了以宇宙开发战略总部决策、文部科学省管理、JAXA具体实施的国家对航天探索的统一领导格局。

一波三折的航天技术探索

日本的航天发展起步于民间,确切地讲始于1955年3月12日,由被称为“日本火箭之父”的系川英夫领导的东京大学生产技术研究所航空技术研究班成功水平发射一枚长23厘米、直径1.8厘米、重202克名为“铅笔”的小型火箭。朝鲜战争爆发后,被禁止了7年之久的日本被允许重新生产航空飞机。系川及其团队在通产省和文部省的资助下开始研究设计航空火箭,希望通过发展火箭式飞机实现日本对世界航空技术的赶超。不过,为配合日本参与国际地球物理年的活动,系川旋即改变了发展航空火箭的初衷,转而致力于研发“K系列”航天火箭,并取得重大技术突破。经过多次试验,1958年符合IGY高空物理观察标准的K-6火箭(发射到达高度为60千米)研制成功,凭借这一成就,日本得以成为国际宇宙航行联合会的会员。简言之,虽然日本航天火箭开发基本上从零开始,但以国际地球物理年为契机,日本只花了短短的4年,就与美国、苏联、英国并列成为最先拥有独立发射探空火箭能力的4个国家。

在1969~1994年的25年里,日本航天探索成就斐然,已经跻身世界航天技术和航天科学一流大国之列。作为日本航天探索的摇篮和航天科学项目的主要机构,ISAS一直以发展固体运载火箭和中小规模的科学卫星为主,成功研发“K系列”“L系列”“M系列”等多型号小型固体火箭,在国际固体火箭领域一直占据重要的一席之地。利用L-4S-5火箭,ISAS于1970年2月11日,把“大隅”号卫星成功送入预定轨道;使日本成为世界上继美国、前苏联和英国后第四个实现了卫星上天梦想的国家。同样,M系列火箭也功勋卓著。利用M-3S-2系列火箭,日本成功把“桥梁”号、“彗星”号、“银河”号和“曙光”号等科学观测卫星送入预定轨道,并创造了多个世界纪录。更重要的是,在日本宇宙开发委员会于20世纪90年代初解除ISAS开发火箭直径不得大于1.4米的禁令以后,ISAS开始着手研发大型M-V固体火箭技术。

成立于1969年的NASDA的主要任务是研发远程遥感卫星、通信卫星和气象观测卫星,研发相应发射火箭,建设用于生产、测试及追踪这些卫星的设施等。1977年,日本成为第3个成功发射地球同步轨道卫星的国家。1981年初,NASDA开始研制H-1系列运载火箭。1986年,H-1二级火箭首次搭载测地卫星“紫阳花”和无线卫星“富士”2颗卫星成功发射。H-1火箭全长40米,直径2.44米,总重达140吨,可把1吨重的卫星送入地球同步转移轨道。H-1第二级LE-5发动机使用液氢液氧推进剂,实现世界上首次再点火技术。

5年多里,H-1共发射9次,把12颗不同作用的卫星全部成功送入预定轨道。1992年,H-1-9火箭完成最后一次发射。独立自主开发火箭一直是日本追求成为航天大国的努力目标,火箭的国产化率从N-1的53%提高到H-1的98%。尽管H-1火箭具有发射能力强、安全系数高的特点,但由于它含有美国技术,日本在国际发射市场和卫星市场的竞争中仍然受到限制。

为满足日本航天工业的需要,增强日本在航天上的国际竞争力,日本自1984年开始研制全国产化的H-2运载火箭,经过10年的艰苦努力,H-2终于于1994年发射成功。H-2运载火箭是日本完全独自开发和生产的、世界上首枚两级都使用液氢液氧燃料的液体火箭。它全长50米、直径4米、总重260吨,近地轨道有效载荷10吨、地球静止轨道有效载荷2吨、同步转移轨道有效载荷4吨。其规模和技术与当时欧洲的“阿丽亚娜-3”、美国的“大力神-3”、俄罗斯的“质子-M”并驾齐驱。它的投入使用,使日本火箭的运载能力又提高到一个新的水平。