浅析日本新型固体燃料火箭——“埃普西隆S”

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前 言
2024年11月26日，当地时间8时30分左右，日本宇宙航空研究开发机构在鹿儿岛县种子岛宇宙中心进行“埃普西隆S”火箭第二级发动机燃烧试验。试验开始后不久发生燃烧异常，现场冒出大量白色烟雾和橙色火光，引发火灾。此次爆炸使得“埃普西隆S”的发射计划再次受挫，也给日本的航天工业带来了更大的挑战。

一、日本“埃普西隆”火箭的诞生

随着各国小型卫星市场的不断壮大，日本为满足这一需求，研发了“埃普西隆”火箭。“埃普西隆”火箭以较低的成本满足小型卫星的发射需求，并且在发射准备效率方面表现出色。在此基础上，日本又推出了改良版“埃普西隆S”。



“埃普西隆”运载火箭试飞借鉴了H-IIA和MV现有的火箭技术，以便以低成本、短时间研制

“埃普西隆S”是小型固体燃料火箭“埃普西隆”的改良版，为发射小型卫星而研发。其全长约27米，使用固体燃料，分三节发动机。太阳同步轨道发射能力超过600千克，近地轨道发射能力超1.4吨，卫星发射高度可达700公里左右。

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)与IHI航空航天公司合作开发了“埃普西隆”型火箭。该火箭通过人工智能技术实现机身检查自动化，利用两台电脑就可以进行管控，只需8个人即可成功发射火箭。原来耗费一个多月的火箭发射准备工作缩短至一周时间，这使得大幅增加发射次数成为可能。人们期待这成为日本在国际卫星发射市场取胜的王牌。

然而，“埃普西隆S”的发展并非一帆风顺。2023年7月，“埃普西隆S”火箭第二级发动机在秋田县能代火箭试验场进行燃烧试验时发生爆炸。调查显示，此次爆炸是火箭内部点火装置的金属部件发生部分熔融，损伤了外壳与推进剂之间的隔热材料，造成发动机外壳温度在点火后超过安全范围所致。2024年11月26日，“埃普西隆S”在进行发动机燃烧试验时再次发生爆炸并引发火灾。这两次爆炸事件使得“埃普西隆S”的发射计划受挫，并对日本宇宙开发造成影响。

尽管面临诸多挑战，日本仍希望“埃普西隆S”能和新一代主力运载火箭H3一起开拓国际商业卫星发射市场。研发“埃普西隆”火箭可使日本运载火箭家族发展为一个完整系列。例如日本已有的H2A火箭有5种配置，能发射大型和中型航天器，但用它发射小卫星就大材小用了。假如“埃普西隆S”在实用中能证明其低成本及可靠性，它就有望在国际商用小卫星发射市场上挣得更多份额。

二、技术特点与优势

“埃普西隆S”作为日本宇航机构研制的主力火箭，其独特的设计在于全长约27米的身形，采用固体燃料，并分为三节发动机。这样的设计使得火箭在结构上更加紧凑，同时固体燃料的运用也为其带来了一定的优势。



“埃普西隆S”火箭结构图，与H3火箭的技术和零件通用

在发射能力方面，“埃普西隆S”表现出色。太阳同步轨道发射能力超过600千克，这意味着它能够将较重的卫星准确地送入太阳同步轨道，为地球观测、通信等领域的卫星提供了可靠的发射选择。近地轨道发射能力更是超过1.4吨，显示出其强大的运载能力。而卫星发射高度可达700公里左右，为各类卫星的运行提供了合适的轨道高度。


Epsilon 运载火箭可以根据一系列的发射需求进行定制，从其基本外形到使用可选外形的多发射，以及各种其他配置



JAXA开发的多卫星安装系统安装在后助推级顶部，最顶端安装一颗200公斤级卫星，大约中点处以120度为增量安装三颗超小型60公斤级卫星。底部有两个立方体卫星释放装置，立方体卫星安装在其中。在将卫星释放到轨道时，火箭轨道和方向经过校准，以便卫星在释放时可以相继分离，而不会与火箭相撞

具有发射准备时间短、机动灵活等优点

“埃普西隆S”的发射准备时间短，这得益于其先进的设计和技术。相比其他类型的火箭，它能够在较短的时间内完成各项准备工作，迅速进入发射状态。同时，其机动灵活的特点也使得它可以在不同的发射场地进行发射，适应各种复杂的发射环境。

强大的发射能力和高度的灵活性，成为众多卫星发射任务的首选之一

“埃普西隆S”强大的发射能力和高度的灵活性使其在众多卫星发射任务中脱颖而出。其超过600千克的太阳同步轨道发射能力和超1.4吨的近地轨道发射能力，能够满足不同类型卫星的发射需求。而其在发射高度上可达700公里左右，为卫星的运行提供了更广阔的空间。此外，其灵活的发射方式和较短的准备时间，也使得它成为众多卫星发射任务的首选之一。在当前的航天发射市场中，“埃普西隆S”的推出无疑为行业带来了新的活力和选择。未来，随着技术的不断进步和应用的不断拓展，“埃普西隆S”有望在航天领域发挥更加重要的作用。

三、“埃普西隆S”火箭事故

2023年7月14日上午，在秋田县能代火箭试验场，日本新型固体燃料小型火箭“埃普西隆S”在燃烧试验过程中突然爆炸。此次爆炸是火箭内部点火装置的金属部件发生部分熔融，损伤了外壳与推进剂之间的隔热材料，造成发动机外壳温度在点火后超过安全范围所致。

2023年12月12日，日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)公布了“埃普西隆S”火箭第二级发动机在燃烧试验中发生爆炸事故的起因。原因在于点火装置的部件受热熔化，最终导致压力容器内发生异常燃烧的状态。除此之外官方还表示，日本宇宙航空研究开发机构今后将采取对策提高部件耐热性，并再次进行燃烧试验。

2024年11月26日，当地时间8时30分左右，日本宇宙航空研究开发机构在鹿儿岛县种子岛宇宙中心进行“埃普西隆S”火箭第二级发动机燃烧试验。试验开始后不久发生燃烧异常，现场冒出大量白色烟雾和橙色火光，引发火灾。此次爆炸使得“埃普西隆S”的发射计划再次受挫，也给日本的航天工业带来了更大的挑战。日本宇宙航空研究开发机构目前正在对此次事故的原因进行深入调查。


日本共同社发布的这张照片显示，2024年11月26日，日本种子岛西南部的种子岛宇宙中心发生火灾，当时正在研发的EpsilonS火箭正在发动机燃烧测试中发生火灾
四、结尾
尽管“埃普西隆S”火箭在发展过程中遭遇多次挫折，但日本仍计划继续改进该火箭，解决爆炸所暴露的问题，争取早日实现成功发射。日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)将采取一系列技术改进措施，包括提高部件的耐热性、改进隔热材料、优化推进剂燃烧过程以及加强质量管控等。这些措施旨在确保火箭在未来的发射中更加安全可靠。
同时，日本还在积极推进新型H3火箭的研发和发射工作。H3火箭作为新一代主力火箭，具有更高的性能和更强的运载能力。在2024年11月，H3火箭已实现多次成功飞行，为日本在航天领域赢得了声誉。日本希望通过H3火箭进一步提升在国际航天领域的竞争力。
此外，日本还在探索可重复使用火箭技术。日本宇宙航空研究开发机构将与近30家日本企业和机构合作，共同研制可重复使用的火箭，以降低发射成本。预计在2030年前实现可重复使用火箭首飞，这将使日本的发射成本降至目前水平的四分之一以下，增加海外卫星发射订单，提升在商业航天市场的竞争力。
未来，日本希望通过不断的技术创新和突破，在国际航天领域占据更重要的地位。无论是改进“埃普西隆S”火箭，还是推进H3火箭的发展以及探索可重复使用火箭技术，都是日本为实现这一目标所做出的努力。

主要参考资料

1、Epsilon|Rockets|JAXA.2、New Japanese rocket engine explodes during testing for 2nd time in 16 months.3、Outline of the Epsilon S Launch Vehicle.IHI.

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