2024年對於日本的宇宙開發來說將是里程碑的一年。日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）計劃在2月15日發射日本國產主力火箭「H3」的2號機。這枚肩負着宇宙運輸基礎期待的新型火箭能否在第二次飛行中取得成功，將成爲關注的焦點。同時，在由美國主導的載人月球探測計劃「阿爾忒彌斯計劃」中，日本人宇航員也有可能登陸月球。
新型火箭「H3」的成功與否將是2024年關注的焦點（供圖：JAXA）
JAXA在種島宇宙中心（位於鹿兒島縣）1月11日發射的主力火箭「H2A」48號機之後，後續機型H3的2號機發射準備也提上日程。
H2A自2001年投入使用以來，在47次飛行中只有2003年失敗過一次。發射成功率約爲98%，可謂是全球範圍内可靠性最高的火箭之一。即便如此，因爲發射成本較高，它獲得國外人造人造衛星發射訂單的機會卻很少。H2火箭發射一次大約需要100億日元。
而H3希望透過將成本降低到目前一半的約50億日元來提高國際競爭力。人造人造衛星發射的商業市場在通信衛星等需求的推動下，預計今後也將繼續操作擴大。
爲了具體實施削減成本的目的，H3採用了用於汽車等民用產品的部分電子部件。還使用了3D列印機。部分引擎體還與同爲新型小型火箭的「Epsilon S」通用的化來提高製造效率。
搭載在一級火箭上的主引擎「LE-9」是爲H3新開發的。採用了在H2A開發的「膨脹排氣循環（expander bleed cycle）燃燒模式」。
原計劃於2020年度首次飛行的H3由於LE-9在開發測試中出現故障，兩次推遲了發射的時間。保持高可靠性的同時實施低成本化面臨許多困難。「如同在黑暗中摸索。」一名參與開發的技術人員回憶道。
隨着主引擎的改進有了眉目，2023年3月7日H3終於迎來了首次發射。包括LE-9在内的一級火箭運行正常，初期進展看似很順利。
然而，就在一級火箭分離後，本應擧升的飛行速度卻下降了。終極因數是二級火箭的引擎未能點火。引擎體第二級結構以及許多部件都與H2A通用的，原本認爲這樣做可靠性更高，結果未能如願。
「沒想到，問題會發生在第二級火箭上」。JAXA和三菱重工業公司的技術人員相當苦惱。數萬件火箭的部件之中，哪些可靠，哪些存在故障隱患？爲此組建了一個百人團隊，對終極因數進行了徹底排查。
排查結果顯示，首次飛行失敗的終極因數在於電流過大，對此，開發團隊採取了強化絕緣和停止使用部分部件等措施。
此外，主引擎和輔助發射的固體助推器數量也在原設計基礎上進行了調整。2號機最初的開發方針是首次不搭載固體助推器，主引擎3臺，固體助推器爲零。現在該方針被改爲主引擎和固體助推器各2臺，與H3 1號機配置相同。
原本預定搭載類似於「大地4號」、耗資數百億日元的實用型人造人造衛星也被取消。現計劃只搭載能詳細獲取飛行資料的設備和2顆超小型人造人造衛星。
這一系列對應將導致災害防治宇宙觀測網的建設也被推遲。透過不搭載固體助推器來實施低成本化的技術實際驗證也被推遲。研究人員現在優先追求的是早日重啓發射並「首次飛行成功」。
日本今後的宇宙開發計劃也在緊鑼密鼓地推進之中。除了日本和印度共同開展的月球水資源探測，以及利用小行星探測器「隼鳥」號的經驗從火星區域帶回土壤樣本等計劃之外，還有製造向國際太空站（ISS）運送物資的「鸛」號後續機型——新型補注機的計劃。
H3是未來約10年間日本宇宙開發的主軸。正因爲如此，人們對預定在2024年3月底之前發射的2號機寄予了很大的期望。
宇宙開發，在失敗中前進
火箭與人造人造衛星，以及宇宙探索都難免失敗。日本2022年至2023年間，除了「H3」1號機的發射失敗之外，還經歷了小型火箭「Epsilon」6號機發射失敗及其後續機型在試驗中爆炸、登月計劃未能達成等多次失敗。
只要宇宙開發還在繼續操作，今後的失敗也將難以避免。問題在於能否從失敗中發現問題，把解決經驗運用到以後的研究開發中。
放眼世界，很多專案都是透過吸取失敗經驗而取得成功的。比如，印度在第一次失敗後，4年後第二次挑戰併成功登月，美國SpaceX公司在第二次飛行中改進了新一代火箭等。
宇宙開發的環境正在發生巨大變化。以美國SpaceX公司爲首的民營企業開始引領全球人造人造衛星發射業務。過去由國家或政府機構承擔的月球探測現在也有民間企業參與，日本人的首次登月也有望取得進展。
在美國和中國爭奪宇宙開發霸主地位的國際背景下，日本也在努力彰顯存在感。日本除了H3之外，JAXA和日本上市公司ispace還將分別發起第二次登月挑戰。雖然冷靜分析失敗終極因數必不可少，但繼續操作前行迎接挑戰，日本的宇宙開發才會有出路。
日文：松添亮甫、《日經產業新聞》、2024/1/1
中文：JST客觀日本編輯部
