林文杰
2015年伊始,日本宇宙開發(fā)戰(zhàn)略本部的新版《宇宙基本計(jì)劃》綱要引發(fā)了人們對(duì)日本未來(lái)10年航天發(fā)展動(dòng)態(tài)的關(guān)注,綱要基本確定了日本強(qiáng)化宇宙安全的路線,提出了開拓國(guó)際商業(yè)航空航天市場(chǎng)的總方針。同時(shí)圍繞著日本空天安全建立戰(zhàn)略規(guī)劃,將國(guó)防安全與航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展相結(jié)合,把保障太空安全上升到戰(zhàn)略高度。日本在該計(jì)劃中也強(qiáng)調(diào)在美日合作的框架下開展航天活動(dòng)的必要性,除了發(fā)射人造衛(wèi)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(guó)共享偵察情報(bào),通過(guò)日本自身的實(shí)力組建偵察衛(wèi)星監(jiān)視網(wǎng)、“準(zhǔn)天頂”導(dǎo)航衛(wèi)星、中繼通信衛(wèi)星、導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星等,提升日本對(duì)空間、海洋的態(tài)勢(shì)感知能力。在運(yùn)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(yùn)載能力,2020年發(fā)射H-ⅡA/B火箭的后續(xù)型號(hào),夯實(shí)3 000~5 000千米級(jí)洲際彈道導(dǎo)彈的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
日本近幾年的航天計(jì)劃之所以引發(fā)如此大的關(guān)注,關(guān)鍵的原因是日本于2008年成立了宇宙開發(fā)戰(zhàn)略本部,并實(shí)施了宇宙基本法。該機(jī)構(gòu)由日本首相擔(dān)任部長(zhǎng),目的是加強(qiáng)對(duì)太空開發(fā)的管理,改變以往日本航天、深空任務(wù)由文部科學(xué)省主導(dǎo)的局面,形成由日本首相直接管理、內(nèi)閣大臣負(fù)責(zé)具體事務(wù)的行政體系,戰(zhàn)略高度明顯提升。日本政府認(rèn)為宇宙開發(fā)戰(zhàn)略本部有兩個(gè)工作方向,第一個(gè)是提高國(guó)民生活品質(zhì),讓太空產(chǎn)業(yè)為民服務(wù);第二是從軌道高度確保日本國(guó)家安全,這一點(diǎn)被外界質(zhì)疑為日本于過(guò)去五年逐漸在法規(guī)和體系上進(jìn)入太空軍事化的發(fā)展道路。一旦日本進(jìn)入戰(zhàn)爭(zhēng)狀態(tài),該部門就可以在首相領(lǐng)導(dǎo)下全力為軍事化服務(wù),即便在和平時(shí)期也能夠方便地利用民用渠道“曲線”發(fā)展軍用產(chǎn)品。
《宇宙基本計(jì)劃》征求意見(jiàn)稿在前沿部分深入分析了日本的太空政策,日本認(rèn)為當(dāng)代的空間權(quán)力結(jié)構(gòu)已經(jīng)從美蘇主導(dǎo)的兩極世界向多極化方向轉(zhuǎn)變。隨著空間內(nèi)技術(shù)的擴(kuò)散,一些新興的“航天苗子”開始出現(xiàn),比如歐盟、中國(guó)、印度、巴西等,重新洗牌后日本能夠憑借高新科技方面的實(shí)力占據(jù)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(shí)施,再次提出了將利用宇宙納入國(guó)家安全戰(zhàn)略進(jìn)行考量,以美日太空合作的新時(shí)代為契機(jī),強(qiáng)化空間政策并提升技術(shù)前進(jìn)的步伐。同時(shí)日本也希望發(fā)展太空產(chǎn)業(yè),讓科學(xué)技術(shù)與商業(yè)航天發(fā)展形成有機(jī)循環(huán)。
日本為今后10年的空間發(fā)展確定了三個(gè)主要目標(biāo),首當(dāng)其沖要數(shù)確保日本的空天安全與創(chuàng)建外層空間發(fā)展的穩(wěn)定環(huán)境。日本認(rèn)為空間碎片是軌道任務(wù)發(fā)展的主要障礙,2011年日本宇航員古川聰在執(zhí)行國(guó)際空間站任務(wù)期間遭遇軌道垃圾,兩者距離不到250米,這些時(shí)速達(dá)到2.7萬(wàn)千米的碎片能夠?qū)υ谲壓教炱鳟a(chǎn)生巨大的潛在威脅。對(duì)此,日本的目標(biāo)是提高自身對(duì)軌道垃圾的監(jiān)控力度,在促進(jìn)建立《國(guó)際外層空間活動(dòng)規(guī)范》的同時(shí)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(shù)具有發(fā)展成天基監(jiān)視網(wǎng)與反衛(wèi)星武器的潛力。
強(qiáng)化日本的軌道安全還需要部署一系列衛(wèi)星群,日本計(jì)劃在今后10年內(nèi)完成由7顆衛(wèi)星組成的“準(zhǔn)天頂導(dǎo)航系統(tǒng)”,并部署X波段國(guó)防衛(wèi)星通信網(wǎng),確保日本自衛(wèi)隊(duì)通信的高度保密性。同時(shí)進(jìn)一步發(fā)展先進(jìn)光學(xué)偵察衛(wèi)星、先進(jìn)雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星、早期導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星、中繼通信衛(wèi)星,形成龐大的軍用衛(wèi)星星座,總數(shù)可能在18~20顆左右,大幅度提升日本在軌軍用衛(wèi)星的數(shù)量和質(zhì)量。日本為了實(shí)現(xiàn)新的空間規(guī)劃,特別加強(qiáng)了與美國(guó)的合作,希望在日美同盟框架下深化航天技術(shù)的應(yīng)用,最明顯之處就是2015~2020年間4顆“準(zhǔn)天頂”導(dǎo)航衛(wèi)星需要與美國(guó)GPS系統(tǒng)配合才能實(shí)現(xiàn)區(qū)域?qū)Ш?,如果日本要?dú)立實(shí)現(xiàn)區(qū)域信號(hào)覆蓋,就要把衛(wèi)星數(shù)量補(bǔ)至7顆,這個(gè)時(shí)間點(diǎn)就要推遲到2025年。除美國(guó)外,日本還希望與歐洲、澳大利亞、東盟等具有高戰(zhàn)略利益與共享價(jià)值的地區(qū)與國(guó)家進(jìn)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(gè)目標(biāo)是利用空間資源解決民生問(wèn)題,并建立相關(guān)產(chǎn)業(yè)。日本作為一個(gè)多火山地震島國(guó),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(jìn)陸地觀測(cè)衛(wèi)星“衛(wèi)星”2號(hào)對(duì)環(huán)太平洋火山地震帶進(jìn)行研究;12月,“向日葵8號(hào)”新型氣象衛(wèi)星傳回第一張地球彩色照片。日本在氣候環(huán)境、糧食問(wèn)題、資源探測(cè)、地震海嘯、火山噴發(fā)、臺(tái)風(fēng)等全球性問(wèn)題或大規(guī)模自然災(zāi)害領(lǐng)域的調(diào)查已經(jīng)有所建樹,未來(lái)10年還將繼續(xù)推進(jìn)。值得一提的是,在中國(guó)汶川地震時(shí),日本陸地觀測(cè)衛(wèi)星通過(guò)《空間和重大災(zāi)害國(guó)際憲章》機(jī)制向我國(guó)提供衛(wèi)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(rèn),日本在災(zāi)害預(yù)防與響應(yīng)上有其可取之處。
第三個(gè)目標(biāo)是加強(qiáng)與航天工業(yè)有關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),擴(kuò)大日本航天工業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。日本作為國(guó)際空間站的重要合作方,已經(jīng)為空間站提供了“希望”號(hào)實(shí)驗(yàn)艙,并擁有上行運(yùn)載能力為6噸的HTV貨運(yùn)飛船,日本已經(jīng)具備一定實(shí)力的空間站制造、運(yùn)營(yíng)與維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)。在今后10年,日本除了完善鹿兒島和種子島航天發(fā)射場(chǎng)后,還將繼續(xù)發(fā)展H-ⅡA/B火箭的改進(jìn)型號(hào),爭(zhēng)取國(guó)外發(fā)射訂單。值得關(guān)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(lái)10年發(fā)展規(guī)劃中已經(jīng)明確提出要繼續(xù)對(duì)該火箭進(jìn)行研發(fā),勝任關(guān)鍵時(shí)刻的應(yīng)急發(fā)射需要。鑒于Epsilon火箭具備改裝成固體洲際彈道導(dǎo)彈的潛力,且日本的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入世界第一梯隊(duì),因此其在未來(lái)10年內(nèi)完全有能力將該火箭發(fā)展成中程彈道導(dǎo)彈。
在日本宇宙基本法實(shí)施后,宇宙安全進(jìn)一步上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度,各類情報(bào)偵察衛(wèi)星成為日本強(qiáng)化空間權(quán)力地位的重要舉措。日本的情報(bào)衛(wèi)星研發(fā)可追溯到上個(gè)世紀(jì)90年代初期,雖然日本曾經(jīng)在不同時(shí)間、不同場(chǎng)合強(qiáng)調(diào)過(guò)和平利用航天技術(shù),但隨著朝鮮以及東亞地區(qū)軍事活動(dòng)能力的增強(qiáng),日本開始提出發(fā)展軌道偵察技術(shù)。1996年,防衛(wèi)廳開始醞釀研發(fā)偵察衛(wèi)星,并對(duì)朝鮮、俄羅斯和中國(guó)的敏感目標(biāo)進(jìn)行偵察,并試圖建立覆蓋通信、偵察、導(dǎo)航的衛(wèi)星星座。1998年,朝鮮從舞水端里基地成功發(fā)射一枚“大浦洞”1彈道導(dǎo)彈,這是1993年朝鮮向日本海方向發(fā)射1 300千米射程“勞動(dòng)”1彈道導(dǎo)彈的之后又一次嘗試。
日本小淵內(nèi)閣借助朝鮮中程彈道導(dǎo)彈技術(shù)擴(kuò)散并對(duì)日本本土構(gòu)成威脅的名義決定發(fā)展偵察衛(wèi)星,并命名為“多用途情報(bào)收集衛(wèi)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(wèi)星送入軌道,分別命名為“光學(xué)一號(hào)”和“雷達(dá)一號(hào)”。從命名上就很容易看出兩顆偵察衛(wèi)星的用途,一顆是光學(xué)成像偵察衛(wèi)星,分辨率可達(dá)到1米,另一顆為合成孔徑雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星,分辨率在1~3米,軌道高度在400~ 600千米,設(shè)計(jì)壽命5年。根據(jù)日本的設(shè)想,如果在軌部署4顆偵察衛(wèi)星(光學(xué)成像與雷達(dá)成像各兩顆)就能夠?qū)Φ厍蛏先魏我惶幐邇r(jià)值偵察目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視,而且光學(xué)成像能夠與雷達(dá)成像平臺(tái)形成互補(bǔ),全天候監(jiān)視東亞似乎不成問(wèn)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(wǎng)出師未捷身先殘,H-ⅡA火箭搭載兩顆偵察衛(wèi)星在升空不久慣性傳感器出現(xiàn)故障,13分鐘后星箭俱毀。更致命的是這兩顆偵察衛(wèi)星還沒(méi)有備份星,于是原計(jì)劃由4顆偵察衛(wèi)星構(gòu)成的天基偵察網(wǎng)變成了獨(dú)眼天網(wǎng),偵察能力打了個(gè)對(duì)折。直到2006年,日本從年度財(cái)政中再撥了5.28億美元將兩顆偵察衛(wèi)星送入軌道,補(bǔ)網(wǎng)后終于實(shí)現(xiàn)了4顆偵察衛(wèi)星在軌運(yùn)行的情報(bào)系統(tǒng),每天可以對(duì)世界上任何一個(gè)地點(diǎn)拍攝一次。這一年朝鮮在7月連續(xù)發(fā)射7枚彈道導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭,其中包括1枚“大浦洞”2、4枚“勞動(dòng)”系列彈道導(dǎo)彈和2枚“飛毛腿”導(dǎo)彈,方向全朝向日本海。2009年3月,朝鮮再次發(fā)射“銀河”2型火箭,有趣的是此時(shí)日本剛剛組建起的天基偵察網(wǎng)隨著“雷達(dá)一號(hào)”的失效出現(xiàn)了偵察漏洞。
到目前為止,日本偵察衛(wèi)星已經(jīng)發(fā)展到“雷達(dá)四號(hào)”和“光學(xué)五號(hào)”試驗(yàn)星,2013年初發(fā)射的“雷達(dá)四號(hào)”分辨率達(dá)到1米,“光學(xué)四號(hào)”分辨率已達(dá)到0.6米級(jí)的水平?!肮鈱W(xué)五號(hào)”試驗(yàn)星可能超過(guò)0.4米級(jí),單顆衛(wèi)星的偵察實(shí)力居于世界前列。如果我們對(duì)照不同可見(jiàn)光圖像判讀標(biāo)準(zhǔn),0.3~0.4米級(jí)的分辨率就能夠?qū)C(jī)場(chǎng)設(shè)施、導(dǎo)彈陣地、水面艦艇、水面航行狀態(tài)或港口停泊狀態(tài)的核潛艇進(jìn)行較為詳細(xì)的描述和解析。事實(shí)上,日本的偵察衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)能力已經(jīng)超越中國(guó),2014年8月發(fā)射的“高分二號(hào)”分辨率在1米左右,是我國(guó)分辨率最高的光學(xué)成像衛(wèi)星。日本的領(lǐng)先地位得益于其自身成熟的成像技術(shù)和與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的合作,日本在1970年代之后就引入美法對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的高分辨率衛(wèi)片,通過(guò)建設(shè)遙感衛(wèi)星地面站強(qiáng)化對(duì)圖像情報(bào)的獲取和解讀。還租用了分辨率達(dá)0.6米級(jí)的“快鳥”系列衛(wèi)星,情報(bào)管理與分析能力也能夠及時(shí)到位。
此外,日本的民用對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星技術(shù)的快速進(jìn)步也為軍用偵察衛(wèi)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(tǒng)手法。日本在1992年發(fā)射了“地球資源衛(wèi)星1號(hào)”驗(yàn)證光學(xué)遙感和合成孔徑雷達(dá)偵察技術(shù),之后連續(xù)發(fā)射了先進(jìn)地球觀測(cè)衛(wèi)星、先進(jìn)陸地觀測(cè)衛(wèi)星系列、熱帶降雨測(cè)量衛(wèi)星等,發(fā)展出較為成熟的對(duì)地觀測(cè)體系。日本雖然具有極強(qiáng)的光學(xué)成像偵察技術(shù),但與美國(guó)相比仍然落后很多,美國(guó)1963年發(fā)射的KH-6二代偵察衛(wèi)星分辨率已經(jīng)達(dá)到0.6米級(jí),KH-12達(dá)到0.1米級(jí),超過(guò)法國(guó)“太陽(yáng)神”系列的0.5米級(jí)、以色列“地平線”9號(hào)等。美國(guó)以
“長(zhǎng)曲棍球”為代表的軍用高分辨率雷達(dá)成像衛(wèi)星,分辨率達(dá)0.3米級(jí),超過(guò)德國(guó)、意大利、以色列、日本的同類衛(wèi)星。
“準(zhǔn)天頂”導(dǎo)航是《宇宙基本計(jì)劃》中需要完成的重大項(xiàng)目,這是日本提出的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng),旨在強(qiáng)化并增強(qiáng)GPS信號(hào),具有區(qū)域?qū)Ш健⒍ㄎ?、通信的功能,提高日本本土信?hào)接收的質(zhì)量,比較適合日本的國(guó)情。根據(jù)《宇宙基本計(jì)劃》中的描述,下一個(gè)五年內(nèi)將完成3顆導(dǎo)航星的發(fā)射,與2010年9月發(fā)射的“指路”號(hào)形成4顆導(dǎo)航體系。2013年,日本已經(jīng)從三菱電機(jī)公司訂購(gòu)了三顆導(dǎo)航星,價(jià)值5.26億美元,運(yùn)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(shí)候都有一顆導(dǎo)航星位于天頂,這也是準(zhǔn)天頂系統(tǒng)命名的由來(lái)。在下一個(gè)10年規(guī)劃中,日本也計(jì)劃在4顆導(dǎo)航星的基礎(chǔ)上增加3顆靜止軌道導(dǎo)航星,拓展成一個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。
“準(zhǔn)天頂”導(dǎo)航系統(tǒng)是日本發(fā)展的軍民兩用衛(wèi)星項(xiàng)目,在民用領(lǐng)域能夠增強(qiáng)日本本土的定位精度。畢竟用戶在獲得更高的測(cè)量仰角后導(dǎo)航授時(shí)精度至少可提高一半以上,可為公共交通和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供保障與服務(wù),這對(duì)日本民眾而言是個(gè)民生工程。“準(zhǔn)天頂”既然是個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng),也可以用于軍事通途,除了提高日本作戰(zhàn)部隊(duì)、艦艇的定位精度外,也可以為制導(dǎo)武器提供連續(xù)且實(shí)時(shí)的導(dǎo)航信號(hào)。更重要的是,一旦“準(zhǔn)天頂”7顆衛(wèi)星部署到位后,可擺脫對(duì)GPS系統(tǒng)的依賴,即便美國(guó)降低了GPS系統(tǒng)的定位精度也不會(huì)影響到日本自衛(wèi)隊(duì)對(duì)精確導(dǎo)航定位的需求,這對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)的把握是非常關(guān)鍵的。
《宇宙基本計(jì)劃》中還有一個(gè)值得關(guān)注的地方,這就是日本的火箭發(fā)展規(guī)劃。目前日本主要使用H-ⅡA/B火箭完成各類軌道任務(wù),該型火箭使用LE-7A和LE-5B發(fā)動(dòng)機(jī),H-ⅡA近地軌道運(yùn)載能力(LEO)能夠達(dá)到10噸以上,H-ⅡB則是A型的擴(kuò)大版,LEO運(yùn)載能力達(dá)到19噸,能夠?qū)?6噸的HTV貨運(yùn)飛船送往空間站。在下一個(gè)10年內(nèi),日本將研發(fā)一款新型H-Ⅲ火箭并全面取代H-ⅡA/B,這一計(jì)劃已經(jīng)在2014財(cái)年中獲得部分資金支持,力爭(zhēng)在2020年升空。H-Ⅲ火箭使用更先進(jìn)的LE-X發(fā)動(dòng)機(jī),擁有多種構(gòu)型,能夠滿足地球同步軌道6.5噸、近地軌道20噸的運(yùn)載需求,這暗示日本在液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī)方面不僅技術(shù)成熟,而且也處于世界領(lǐng)先水平。
H-Ⅲ火箭除了滿足日本的航天發(fā)射需求外,還要擁有極強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,發(fā)射單價(jià)可能控制5 000萬(wàn)美元左右,比H-ⅡA/B火箭9 000萬(wàn)美元左右的報(bào)價(jià)要便宜許多。同時(shí),日本還在固體運(yùn)載火箭上取得突破,事實(shí)上日本的固體運(yùn)載火箭技術(shù)已經(jīng)具備相當(dāng)高的水準(zhǔn),從1980年代開始就使用當(dāng)時(shí)美蘇固體洲際彈道導(dǎo)彈上普遍列裝的HTPB推進(jìn)劑,還有美國(guó)彈道導(dǎo)彈上使用的延伸噴管技術(shù)。高強(qiáng)度合金鋼、鈦合金以及碳碳復(fù)合材料等性能也屬于世界領(lǐng)先水平。由于固體運(yùn)載火箭與彈道導(dǎo)彈之間的技術(shù)鴻溝并不大,兩者之間的過(guò)渡對(duì)日本而言根本不存在技術(shù)上的問(wèn)題。
2013年9月,日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)研發(fā)的Epsilon火箭成功升空,火箭為三級(jí)固體運(yùn)載火箭,總質(zhì)量大約在91噸,能夠?qū)?.2噸的載荷送入軌道。日本在固體運(yùn)載火箭的研發(fā)上起步較早,并獲得了美國(guó)的技術(shù)輸出,早期的M-V型固體運(yùn)載火箭LEO運(yùn)載能力已經(jīng)達(dá)到1.8噸,具備發(fā)展成中遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈的潛力,但該火箭超大的起飛重量和昂貴發(fā)射單價(jià)讓日本萌生了研制新型固體運(yùn)載火箭想法。2006年M-V型火箭退役后,日本就開始著手研發(fā)Epsilon火箭,運(yùn)用了日本先進(jìn)且成熟的固體火箭技術(shù)降低成本,第一級(jí)使用H-Ⅱ火箭的SRB-A助推器,第二級(jí)、第三級(jí)與M-V型火箭相同,甚至該火箭上設(shè)置了末端助推級(jí)用于驗(yàn)證固體洲際彈道導(dǎo)彈的相關(guān)技術(shù)。
日本在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上處于世界領(lǐng)先地位,Epsilon火箭的研發(fā)對(duì)于日本而言并沒(méi)有花費(fèi)太多的精力,更多的技術(shù)攻關(guān)體現(xiàn)在如何降低火箭的復(fù)雜性上。通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)極大簡(jiǎn)化了火箭的維護(hù)程序,并將發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間縮短到一周,宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)甚至號(hào)稱能夠?qū)l(fā)射單價(jià)降低到3 700萬(wàn)美元,可執(zhí)行小型衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)。日本大力推動(dòng)固體運(yùn)載火箭的研發(fā)不僅考慮到商業(yè)發(fā)射需求,也試圖從中獲得固體洲際彈道導(dǎo)彈的技術(shù)驗(yàn)證機(jī)會(huì),《宇宙基本計(jì)劃》中對(duì)H-ⅡA/B和Epsilon火箭項(xiàng)目進(jìn)展的篇幅只有一句話帶過(guò),但其意義是非常深遠(yuǎn)的。如果日本下決心發(fā)展洲際彈道導(dǎo)彈,憑借其成熟的火箭技術(shù)完全能夠在短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出射程在3 000~5 000千米級(jí)別的彈道導(dǎo)彈,而這個(gè)射程也足以威懾到俄羅斯遠(yuǎn)東、中國(guó)中東部、朝鮮半島全境的目標(biāo)。