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H3運載火箭

H3運載火箭（日語：H3ロケット／エイチ・スリー・ロケット，簡稱H3），是日本的一次性使用運載系統。H3火箭的芯級由兩級組成，芯一級和芯二級採用液氫和液氧組合的低溫液體火箭推進劑和液體火箭發動機，可單獨芯級運用或使用綁紮式固體火箭助推器組成二級半運載火箭運用[2]，由日本種子島宇宙中心發射。三菱重工業株式會社和宇宙航空研究開發機構（JAXA）負責H3的設計，製造和操作。

H3 運載火箭
H3運載火箭的模型
用途一次性中型運載火箭
製造者三菱重工業
製造國家 日本
單次發射費用五千萬美元（H3-303S構型）[1]
外型及質量參數
高度63米（207英尺）[2]
直徑5.27米（17.3英尺）[2]
質量574,000公斤（1,265,000磅）（H3-24L 構型）[3]
節數2
酬載量
至SSO有效載荷
質量4,000公斤（8,800磅）以上
（H3-30S/L）[2]
至GTO
（∆Ｖ=1,500 m/s）有效載荷
質量6,500公斤（14,300磅）以上
（H3-24S/L）[2]
至ISS有效載荷
質量16,000公斤（35,000磅）
（H3-24W）
至LEO有效載荷
質量16,500公斤（36,400磅）
（H3-24W）
發射歷史
現況服役中
發射場種子島宇宙中心
總發射次數3
成功次數2
失敗次數1
首次發射2023年3月7日
輔助火箭
輔助火箭數0, 2 或 4個
引擎SRB-3
單引擎推力2,158 kN（485,000 lbf） [4]
比衝量283.6 s（2.781 km/s）
推進時間105 秒
燃料固體
一級
引擎2或3台LE-9（日語：LE-9）
單引擎推力2,942或4,413 kN（661,000或992,000 lbf） [4]
比衝量425 s（4.17 km/s）
燃料LH2 / LOX
二級
引擎1台LE-5B-3[4]
單引擎推力137 kN（31,000 lbf）
比衝量448 s（4.39 km/s）
燃料LH2 / LOX

截至2015年7月的性能參數為，最低運力將不超過4,000公斤（8,800磅）的有效載荷送入太陽同步軌道（SSO），價格約為50億日元，最高運力是將超過6,500公斤（14,300磅）的載荷送入地球同步轉移軌道（GTO）。H3-24構型的運力將達到月球轉移軌道（TLI）運送超過6,000公斤（13,000磅）的有效載荷，向地球同步轉移軌道（GTO）運送8,800公斤（19,400磅）的有效載荷（ΔV=1,830米/秒）。

概要

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與H-IIA/B運載火箭相比，H3運載火箭將同時降低發射成本，提高地球靜止軌道的發射能力，改善發射過程中的安全性，並增加每年的發射次數，從而確保日本在空間發展方面的獨立性，並使運載火箭在商業訂單方面具有國際競爭力。H-II火箭的開發將於2014年開始，總開發成本約為1,900億日元。與H-IIA/B不同的是，H-IIA/B是H-II火箭的改進版，而H3火箭是基於新的設計理念，是H-II以來第一個新開發的大型液體燃料火箭。[2][5][6]

為了大幅降低發射成本，日本首次由一家私營公司（三菱重工）從飛行器的設計和開發階段開始發揮主導作用。三菱重工還將繼續確保未來的商業發射訂單，從開發階段就不斷地接受發射訂單，因此將不斷地在生產線上進行火箭的生產，而不是像過去那樣，在收到發射訂單後才開始運載火箭的生產，從而導致成本的降低。通過將整個火箭系統儘可能地模塊化，並在整個過程中開發新的技術，包括在第一級使用新開發的發動機，來減少零部件的數量，並通過使用民用消費級的零部件來進一步降低成本。通過這些措施，最低配置的發射成本將降至約50億日元，是H-IIA的一半。此外，發射場的維護工作時間將比H-IIA減半，每年可能的發射次數將增加到6次。[2][5]

JAXA的項目經理岡田匡史（Masashi Okada）將以這種方式開發火箭系統描述為「商業開發」，而不是完全的「技術開發」，從開發階段開始，通過運營後的商業訂單，使這枚火箭具有了極強的業務連續性。[5]

H3火箭正式名稱的由來：它是由重型液氫液氧燃料火箭發展而來，故保留字母「H」（氫元素的化學符號[7]）以標識其淵源；H3火箭的設計概念與H-IIA/B火箭相比有根本性的修改，因此不應稱為H-IIC；為避免與H-II火箭混淆，以及為了媒體和社會大眾能區分二者，故使用「H3」的名稱。JAXA在決定正式名稱之前一直使用「新核心運載火箭」[8]，在大眾媒體上稱為「下一代核心運載火箭」[9]。大眾媒體也使用了「下一代核心火箭」[10] 和「下一代主火箭」的名稱。

研製開發

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H3運載火箭於2013年5月17日獲得日本政府授權研製開發。[11] H3運載火箭正由JAXA和三菱重工（MHI）聯合開發，用於發射各種商業衛星。與H-IIA相比，H3的設計採用了更便宜的發動機，因此新製造的H3運載火箭的發射準備周期更短，安全係數和發射成本及效益也更高。JAXA和三菱重工負責初步設計、地面設施的建設準備、H3新技術的開發和製造。設計的主要重點是降低成本，計劃將用戶的發射成本控制在5,000-6,500萬美元之間。[6]

發射記錄

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2023年2月17日進行首次發射時因火箭助推器沒有點火成功中止發射，[12] 據分析是由於助推器未能收到發射信號而點火失敗。H3的首次發射時間被推遲到2023年3月份。[13][14]

2023年3月7日9時37分H-3(22S)運載火箭在種子島航天發射場進行第二次發射嘗試，成功點火起飛，火箭一級飛行正常，並與二級成功分離。但第二級點火異常，隨後由JAXA發送自毀信號。發射失敗原因是由於二級發動機的供電系統出現過電流現象，導致發動機電力供應中斷。

2024年2月17日0時22分H-3(22S)運載火箭試驗機2號機成功升空，但當時考量到失敗風險，所以僅搭載與大地3號重量相近的兩枚超小型衛星及1枚模型衛星，來測試H3火性能。[15]

2024年7月1日12時06分H-3(22S)運載火箭在種子島航天發射場發射地球觀測衛星「大地4號」，並發射成功。是H3第二次成功發射，也是首度成功發射大型衛星。[16]

No. 型號 起飛時間（UTC） 載荷 軌道 備註
試驗機1號機 H3-22S 2023年3月7日 先進陸域觀測衛星ALOS-3「大地3號（日語：だいち3号）」 太陽同步軌道 失敗
試驗機2號機 H3-22S 2024年2月17日 VEP-4
CE-SAT-1E
TIRSAT 		太陽同步軌道 成功
H3火箭3號機 （F3） H3-22S 2024年7月1日 先進陸域觀測衛星ALOS-4「大地4號（日語：先進レーダ衛星）」 太陽同步軌道 成功
H3火箭4號機 （F4） H3-22S 2024年11月4日 DSN-3 太陽同步軌道 成功
成功率：75%

構成和性能參數

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主要性能參數

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主要性能參數[17]
級數(Stage) 第1級 固體火箭助推器 第2級 衛星整流罩 （S型/L型）
全長 TBA 14.6 m TBA 10.4 m/16.4 m[18]
直徑 5.2 m 2.5 m 5.2 m 5.2 m
質量 242 302 29 TBA
使用的發動機 LE-9（日語：LE-9） SRB-3（日語：SRB-3） LE-5B-3（日語：LE-5B） －
推進劑質量 217 t 133.6 t（2具）
267.2 t（4具） 		23 t －
推進劑 液氧
液氫
(LOX/LH2) 		複合固體推進劑 液氧
液氫
(LOX/LH2) 		－
推力[註 1] 2,942 kN（300 tf）（2台發動機）
4,413 kN（450 tf）（3台發動機） 		約4,395 kN（約440 tf）（2具）
約8,630 kN（約880 tf）（4具） 		約137 kN（約14 tf） －
比衝量 425 sec 283.6 sec 448 sec －
有効燃焼時間 205/307 sec 105 sec 740 sec －
姿態控制方式 TBA TBA TBA －
主要搭載
電子設備 		TBA TBA TBA －

配置和箭體識別名稱

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H3火箭一級構型配置區別主要體現在發動機和固體火箭助推器的數量上有所差異，它們的數量取決於有效載荷的重量和發射軌道，目前共有三種組合構型：三個一級發動機＋無助推器、兩個一級發動機＋兩個助推器和兩個一級發動機＋四個助推器。[19]火箭的二級對三種構型都是通用的，每種構型分別對應一大一小兩種整流罩。火箭的識別名稱是「H3」，後面是連字符，其中一個數字是一級發動機的數量，第二個數字是助推器的數量，第三個字母是整流罩的尺寸（S和L代表大和小）。 例如，'H3-24L'包括兩個一級發動機，四個助推器和一個尺寸為L的整流罩。 因此，有六種類型：'H3-30S'和'H3-30L'，'H3-22S'和'H3-22L'，'H3-24S'和'H3-24L'。[19]HTV-X發射器也被稱為H3-24W。[20]

需要指出的是，截至2016年，在最初制定H3運載火箭識別名稱體系時，還計劃設置「H3-32」構型，[21][22]但在判斷「H3-22」構型的性能高於預期，通過調整入軌軌道等因素可以滿足H3-32的需求時，取消了這一計劃。[19]此外，在第二階段，計劃使用新開發的膨脹排放循環發動機 LE-11 發動機，其推力為 28tf，是 LE-5B 的兩倍，[23]但第一階段的 LE-9具有挑戰性。[24]除了被推遲以專注於新的開發外，它還被認為有兩個 LE-5B 發動機。[25]2013年前後，當液氫發動機被選為一級發動機時，[26]考慮了有兩個第一級發動機和沒有助推器的最小配置，以及有6至8個比H-IIA/B的SRB-A小的助推器，[27]可以與艾普斯龍運載火箭的二級共用的最大配置，但由於活用迄今為止培養的技術、經驗、裝備等理由，並未採用。

註腳

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  1. ^ 1級和2級是真空推力，固體火箭助推器平均推力。

參見

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參考文獻

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  1. ^ Clark, Stephen. Japan’s MHI wins deal to launch satellite for Inmarsat. Spaceflight Now. 2017-09-19 [2017-09-20]. （原始內容存檔於2020-11-12）. 
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  3. ^ h3 Launch Vehicle. JAXA. [2020-03-14]. （原始內容存檔於2022-01-20）. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 H3 Launch Vehicle Brochure (PDF). [2016-09-20]. （原始內容存檔 (PDF)於2017-02-11）. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 新型基幹ロケット「H3」の挑戦 (2) 「安い、上手い、速い」ロケットを目指して | マイナビニュース. web.archive.org. 2017-09-28 [2022-12-02]. 原始內容存檔於2017-09-28. 
  6. ^ 6.0 6.1 新型基幹ロケット「H3」の挑戦 (1) H-IIAロケットを使い続けられない5つの理由 | マイナビニュース. web.archive.org. 2017-09-12 [2022-12-02]. 原始內容存檔於2017-09-12. 
  7. ^ ロケットの名前はどのようにして決まるのですか？. ファン!ファン!JAXA!. [2022-12-02]. （原始內容存檔於2022-12-02） （日語）. 
  8. ^ JAXA | 新型基幹ロケットの開発及び打上げ輸送サービス事業の実施事業者の選定結果について. JAXA | 宇宙航空研究開発機構. [2022-12-02]. （原始內容存檔於2022-12-02） （日語）. 
  9. ^ JAXA | H3ロケットの試験機1号機の打上げについて. JAXA | 宇宙航空研究開発機構. [2022-12-02]. （原始內容存檔於2022-12-02） （日語）. 
  10. ^ 下一枚核心运载火箭H3将于2010财年发射 - JAXA总裁. web.archive.org. 2015-07-02 [2022-12-02]. 原始內容存檔於2015-07-02. 
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  12. ^ 日本新型火箭“H3”1号机未能发射升空. 日本經濟新聞中文網. 日本經濟新聞. [2023-02-21]. （原始內容存檔於2023-03-20）. 
  13. ^ 「H3」打ち上げ中止 何が起こった?今後は? JAXA開発責任者会見. 日本放送協會. 2023-02-17 [2023-02-18]. （原始內容存檔於2023-02-17） （日語）. 
  14. ^ H3ロケット、打ち上げ0.4秒前にトラブル　3月までに再トライへ. 朝日新聞. 2023-02-17 [2023-02-18]. （原始內容存檔於2023-02-17） （日語）. 
  15. ^ H3ロケット試験機2号機の打上げ結果について. 宇宙航空研究開発機構. 2024-02-17 [2024-02-17]. （原始內容存檔於2024-03-18） （日語）. 
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