[原创]浅谈亚洲三国中日印在航天领域的优劣形势

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本文将以最近的探月热潮为契机分析亚洲三国在航天领域的优劣形势,从火箭、卫星、载人航天、仪器测控水平、国际形势等方面分析三国的优劣形势,预测未来五至十年可以达到的科技高度!

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亚洲地区领导者的地位角逐隐隐在中日印三国之间竞争已久,在经济、政治、军事、科技等领域的全本文将以最近的探月热潮为契机分析亚洲三国在航天领域的优劣形势,从火箭、卫星、载人航天、轨道控制、仪器测控水平、航天经验、国际形势等方面分析三国的优劣形势,预测未来五至十年可以达到的科技高度!


亚洲地区领导者的地位角逐隐隐在中日印三国之间竞争已久,在经济、政治、军事、科技等领域的全面竞争由来已久,最近两年由于中国高调宣布自己的探月计划,日本和印度也积极回应,纷纷拿出了自己的探月计划,日本还在前两天成功地发射了一枚探月卫星,在这场“三国逐月”的比赛中暂时领先,但谁究竟会走到最后、走得最远还难下定论,本文将从火箭、卫星、载人航天、轨道控制、仪器测控水平、航天经验、国际形势等方面分析三国的优劣形势,预测未来五至十年可以达到的科技高度!


中国:

1火箭:

中国自1956年开始展开现代火箭的研制工作。1964 年6月29日,中国自行设计研制的中程火箭试飞成功之后,即着手研制多级火箭,向空间技术进军。 经过了五年的艰苦努力,1970年4月24日“长征1号”运载火箭诞生, 首次发射“东方红 1 号”卫星成功。目前中国拥有长征1号至4号四个系列近20种型号的火箭,运载能力从300千克到25吨,轨道投放高度从近地轨道到太阳同步轨道,自1996年以来,“长征”运载火箭已经连续24次发射成功,成功率达到世界先进水平。

此外,中国还曾经推出风暴一号运载火箭,但1982年后不再使用;目前传闻为探月计划研制的长征五号中型运载火箭已研制成功,具备25吨的近地轨道运载能力和12吨的地球同步轨道运载能力,可发射20吨级长期有人照料的空间站、大型空间望远镜、返回式月球探测器、深空探测器、超重型应用卫星,推动我国空间应用产业、载人航天技术和天文科学的发展,也必将大大提高我国在国际航天发射市场上的竞争能力。

至今,“长征”运载火箭已经进行了66次发射,成功60次,发射成功率接近91%。根据有关资料统计,“长征”运载火箭的发射成功率已经接近发达国家的运载火箭。美国的“德尔它”运载火箭发射成功率约为94%,欧空局的“阿里亚娜”火箭发射成功率为93%左右,俄罗斯的“质子号”火箭发射成功率约为90%。 长征火箭以91%的发射成功率和最近的24次完美发射在火箭技术上远远领先于亚洲其他国家。



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2卫星:

中国自1970年4月24日成功研制并发射第一颗人造卫星“东方红一号”至今,已初步形成了遥感、通信广播、气象、科学探测与技术实验、地球资源和导航定位等六大卫星系列。

——返回式遥感卫星系列。这一系列包括三种不同类型的近地轨道返回式卫星,中国至今已发射和回收了17颗,分别在轨道上运行了3到15天。为使卫星安全返回地面,中国科学家攻克了变轨、防热、减速和回收等技术难关,并基本形成了返回式卫星公用平台。

——“东方红”通信广播卫星系列。此系列包括三种不同类型的静止轨道通信卫星,即“东方红二号”、“东方红二号甲”试验通信卫星和“东方红三号”通信广播卫星。中国这一系列至今共发射了10颗卫星,为通信、广播、水利、交通、教育等部门提供了各种服务。

——“风云”气象卫星系列。该系列包括“风云一号”太阳同步轨道气象卫星和“风云二号”地球静止轨道气象卫星两类,太阳同步轨道气象卫星又称极轨气象卫星。“风云一号”、“风云二号”此前已分别发射了3颗和2颗卫星,在中国天气预报和气象研究方面发挥了重要作用。

——“实践”科学探测与技术试验卫星系列。这一系列形成时间较长,包括六颗卫星,分别是:1971年3月发射的“实践一号”;1981年9月用一枚运载火箭同时发射的“实践二号”、“实践二号甲”、“实践二号乙”;1994年2月发射的“实践四号”;1999年5月发射的“实践五号”。

——“资源”地球资源卫星系列。1999年10月,中国和巴西联合研制的“资源一号”卫星发射成功,2000年9月中国自行研制的“资源二号”卫星发射成功。两颗“资源”卫星的主要技术指标均达到20世纪90年代初的国际水平,标志着中国传输型遥感卫星研制取得了突破性进展。

——“北斗”导航定位卫星系列。2000年10月和12月,中国两次成功发射“北斗”导航试验卫星,为中国“北斗”导航系统建设奠定了基础。“北斗”导航系统为全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统,主要为公路、铁路交通及海上作业等领域提供导航定位服务。

截止到2003年上半年,中国已研制并发射了51颗各类人造卫星,是除美国、俄罗斯、欧盟外地四个拥有独立导航卫星系统的国家,也是亚洲国家中卫星系统最全面的国家。不过由于中国在精密加工和精密仪器方面与日本还有一定差距,因此在卫星体积、测量精度上与日本还有一定差距,但我国在卫星控制、小动量技术上处于国际领先水平,相对于其他亚洲国家保持了至少五至十年的技术优势。


3载人航天:

中国是目前亚洲唯一一个拥有独立载人航天能力的国家,已成功发射了6艘神舟飞船,将三名宇航员成功送入太空并安全返航。

在完成载人飞行后,将进入载人航天第二步,即空间实验室工程,通过突破飞船在轨交会对接技术和航天员太空行走技术,从而完全掌握载人航天的基本技术;通过研制发射载人飞船和空间试验室,扩充现有的工程大系统,进一步了解和掌握航天员在空间居住、研究、试验等相关的技术,扩大空间应用的规模,同时探索和研究天基服务新途径;通过研制更经济可靠的运输工具,研制和发射空间站,建立我国的近地轨道天基服务基础设施,将各种轨道的应用卫星与空间站进行集成,最大限度地发挥其效益,为向深空探索奠定技术基础并提供运行平台。


4测控水平:

中国目前拥有完善的陆基测控站系统和远望系列测量船,以4船9站(包括3个海外测量站)搭建起高效的载人航天测控网,能实现全球范围的卫星和飞船测控,能同时为20颗以上的卫星提供测控支持服务,可满足我国中低轨道卫星、载人飞船以及同步卫星早期轨道支持和定点管理等多种航天器的测控需求。中国累计发射17颗返回式卫星和6艘航天飞船,都成功回收,回收落地精度已达到1000米内,在亚洲处于领先地位,具备国际先进水平!

日前最新的远望5号和6号已下水,不久将接替老的远望1号和2号执行测量任务,将进一步加强我国在亚洲航天测量领域的领导地位。


5国际形势:

目前,国外对我国依然采取高强度的技术封锁,虽然我国已加入多个国际性质项目的研究合作,但西方发达国家仍然在航天技术领域对中国进行封锁,中国很难利用国外先进的技术和设备发展本国航天事业,只能依靠自身技术发展,在亚洲地区、印度洋、太平洋保持航天测控优势,未来的技术难题依然要依靠本国科技力量消化而无法借鉴国外先进经验,未来的航天发展道路形势依然不容乐观。


6预计未来十年航天领域前景:

未来十年中国航天领域将依然保持快速发展势态,进一步完善自有卫星体系,实现探月计划,加强国际商业航天领域的拓展,可能会组建首个空间站或与西方发达国家共同组建空间站,可能开始着手建设月球无人基地和向太阳系其他星球发射探测卫星。

未来十年,中国将继续保持在亚洲航天领域的领先地位,同时跻身为世界一流航天大国、强国!

未来中国航天计划进程表:


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日本:

1火箭:

日本航天工业有“L系列”、“M系列”、“N系列”、“H系列”、“J系列”等系列火箭,其中“L系列”仅“L-4S”是运载火箭,并在1970年2月11日成功地发射了日本第一颗人造卫星“大隅号”。自此, 日本在空间技术领域不断取得新的成就。

L系列”火箭是日本最早期的火箭,其中仅“L-4S”火箭是多级固体运载火箭。自1964年5月开始,“L-4S”火箭进行了数次飞行试验,直到1970年2月11日“L-4S-5”火箭成功发射了日本第一颗人造卫星“大隅号”,为日本航天业奠定了基础。“L-4S-5”火箭为四级,箭长16.5米,最大直径约1.4米。

“M系列”火箭基于“L-4S”火箭, 第一代“M系列”火箭是“M-4S”火箭, 它比“L-4S”试验火箭的运载能力提高了3倍。该箭为四级固体火箭,全长23.6米,直径1.41米,总重43.5吨, 可将75千克的有效载荷送上近地椭圆轨道。第二代以后“M系列”火箭改为三级,型号分别为“M-3C”、“M-3H”、“M-3S”等。

“N系列”火箭是日本引进美国的“雷神-德尔塔”火箭技术后研制成功的系列火箭。这一系列包括两个型号,“N-1”火箭和“ N-2”火箭。“N-1”火箭有三级,总长为32.6米,最大直径2.44米,起飞重量90吨, 近地轨道的有效载荷重1.2吨, 地球同步转移轨道的有效载荷重260千克。“N-2”火箭总长35.4米,起飞重量136吨,近地轨道有效载荷为2吨, 地球同步转移轨道的有效载荷为680—715千克。

“H系列”火箭也有两个型号,“H-1”型和“H-2”型。“H-1”是一种三级常规燃料火箭,全长40.3米,直径2.4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-2”是一种两级液氢液氧燃料火箭,全长50米,直径4米,总重260吨,可把约9吨的有效载荷送上近地轨道, 把2吨的有效载荷送上地球同步轨道。 “H-2”火箭是日本目前最大的运载火箭,它的投入使用,将使日本的运载火箭提高到一个新的水平。

“J系列”火箭有“J-1”火箭, 它是在“H-2”火箭和“M-3S”火箭的基础上发展起来的三级固体燃料火箭,主要是用于发射小型卫星, 能将约1吨重的有效载荷送入近地轨道。火箭全长33.1米,直径1.8米。


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日本火箭发射成功率76%,中国是91%,96年之后中国火箭发射50余次,成功率100%,在火箭可靠性方面日本与我国还存在巨大差异,但未来这个差距可能会逐渐缩小,因为毕竟中国的火箭发射成功率已保持在相当高的水准,很难再有大的提高,而日本自身火箭可靠性却在不断快速提高!但由于火箭技术在军事应用领域的特殊性,美国一直在控制日本火箭技术发展的速度,预计将来日本火箭技术将止步于完善现有格局,很难再有大的突破!


2卫星:

日本于1970年2月11日成功地发射了第一颗人造卫星“大隅”号。该星重约9.4公斤,轨道倾角31.07”,近地点339公里,远地点5138公里,运行周期144.2分钟。

目前日本有五家卫星运营公司,分别是BSAT公司、日本卫星系统公司(JSAT)、日本国家空间发展署(NASDA)、日本电话电报公司(NTT)和空中通信公司(SCC)。 Bsat系列卫星为BSAT公司经营,两颗卫星——Bast1A和Bast 1B,在Ku频段提供DTH广播业务。BSAT公司计划在几年后再增加两颗以上的卫星。 日本卫星系统公司(JSAT)经营的JCSAT卫星在轨道上已经有了五颗:JCSAT 2基本上是一颗广播卫星;JCSAT 3是日本国内第~颗提供室外业务的卫星;JCSAT4在1998年初取代了JCSAT1 并对JCSAT 3的业务进行补充; JCSAT 5是为了满足多媒体和Internet接入增长的需要而在 1997年12月发射的;JCSAT 6于1999年2月发射,并被更名为JCSAT 4A。 日本国家空间发展署(NASDA)现有经营着两大系列卫星, Sakura CS系列和Yuri BS系列。 Sakura CS卫星系列的SakuraCS一3A和 Sakura CS-3B和SakuraCS-3B主要提供电信业务; Yuri BS卫星系列的YuriBS-3A、Yuri BS—3B和Yuri BS-3N则提供电视广播服务。 日本电话电报公司(NTT)的N-STAR系统的两颗卫星提供宽带通信业务,如高速数据,多媒体影视等,并对覆盖了包括偏僻海岛的整个日本提供类似Inmarsat-M的船到陆地的移动通信业务。 空中通信公司(SCC)的Superbird卫星系列的三颗卫星提供与JSAT公司相类似的多媒体和 Internet接入业务。并能提供与休斯网络系统公司的DirecPC一样的业务,使用户的PC机通过卫星以12Mbps的速率接入到Internet。Superbird系列卫星覆盖日本、泰国、中国和澳大利亚。空中通信公司计划在今年初发射第四颗SuPerbird卫星以替代SuperbirdB1。

其他军用范畴卫星资料甚少,欢迎大家补充!

综合来说,日本卫星技术由于有西方国家支持,在亚洲有传统优势,特别是在星载精密仪器上大幅领先于亚洲其他国家,但不可否认日本卫星技术基础技术积累由于受到西方发达国家控制,其底层技术积累不全面,发展上有美国政策影响较大,未来风险高,很难取得独立自主的卫星发展体系,对外依赖程度高,发展后劲有限!且随着中国卫星技术的发展,其亚洲领先地位已受到威胁。


3载人航天:

日本没有独立载人航天技术,但由于积极参加国际载人航天工程,人本共有6人通过美国或俄国载人航天工具登上太空,积累了丰富的载人航天经验,日本90年代曾有意发展自己的载人航天工程,但受到其美国阻挠最后无疾而终,未来不排除日本将来继续发展独立载人航天工程!


4测控水平:

受困于欧美对日本火箭技术发展的限制,日本目前没有独立自主的大型地面测控站,没有大型航天测量船,测控需求主要通过美国、法国、德国等国家组建的共同测控网来满足航天发展的测控需求,虽然测控覆盖面广、精度高、技术先进,但由于没有自主权力,因此在测控技术方面只能属于世界二流国家!


5国际形势:

日本历来财大气粗,基本上世界上个大航空项目都有日本慷慨解囊,因此就航天领域发展的国际形势来讲日本有两大特点,第一是热闹,积极参与,大把烧钱,与个西方发达国家都建立了广泛的合作;第二是始终享受二等公民待遇,由于历史原因,各西方国家一面积极拉拢日本参与各种航天工程,分摊经费,另一方面始终将其置于核心技术门外,使其隔靴搔痒,不得要领!


6预计未来十年航天领域前景:

预计未来十年日本在航天领域将取得一定的发展,将完成探月计划,可能会组建月球工作站,参与新的国际空间站建设,向太阳系其他星球发射探测器,但在火箭技术和测控技术上不会取得质的突破,其航天事业的发展将始终处于欧美国家的阴影之下,如水中浮萍,虽郁郁葱葱生机盎然,却终归是无根之物!




印度:

1火箭:

1963年,印度开始发展本国航天事业,经过40多年的发展,目前已经建立了一套完整的管理和科研生产体系。印度已经掌握了制造和发射运载火箭、人造卫星、地面控制与回收等技术,在火箭和卫星的制造、卫星的发射、跟踪、制导及控制等方面具备了相当强的实力。

印度拥有“卫星运载火箭”、“加大推力运载火箭”、“极轨道卫星运载火箭”和“地球同步轨道卫星运载火箭”四大火箭系列,形成了一个功能完备火箭家族,可以满足其自身和国际商业发射的需求。最值得注意的是,印度自行研制的极轨道4级运载火箭的太阳同步轨道运载能力为1t,低地轨道运载能力为3t。1993年9月首次发射,但由于火箭出现故障,卫星未能入轨。此后,该火箭连续三次发射成功。1999年5月,一箭三星技术又取得成功。印度在2005年年底发射了本国的首颗直播卫星“印星”-4a,今年3月11日,又发射了第二颗直播卫星“印星”-4b,7月10日又进行了“印星”4-c卫星的发射,不幸失败。

印度虽然发展了全系列的运载火箭系统,特别是采用固体燃料火箭发射,技术起点相当高,但由于可靠性问题,国际竞争力有限!



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2卫星:

1980年7月18日,印度成功发射首颗卫星,成为世界上第七个能独立发射卫星的国家。20多年来,印度共发射地球探测、通信、太阳物理试验、遥感以及军用侦察等系列近20颗卫星,已形成较为完整的空间技术综合开发和应用体系。

目前,印度由政府所有的Insat系列卫星提供国内的长途通信业务,并由其中的两颗卫星—— Insat2A和Insat 2B提供直接卫星广播,这两颗星现已经接近设计的寿命期。Insat 2C是印度第一个提供Ku频段转发器的卫星。除Insat 2DT外的所有卫星都是由属于政府空间部(DOS)的ISRO(印度空间研究所)制造的,Insat 2DT卫星以前是阿拉伯的Arabsat 1C,被ISRO买来并重新命名,用来代替因在轨道中失败的Insat 2D以满足急剧增长的通信容量需求。Insat 2E于1998年5月发射升空,其17个C频段转发器中的11个已经被Intelsat公司出资1亿美元租用十年。 印度还计划发展Insat 3系列的卫星:一颗带有7个C频段、6个Ku频段和3个S频段的试验卫星Insat3B将由欧洲的阿里亚娜空间公司在今年2月发射,成功后将继续发射具有12个C频段和6个扩展C频段的转发器Insat3A。

此外,印度已着手开始建立自己的卫星导航系统,但由于印度在精密仪器加工、特殊材料等领域的技术限制,这个道路还依然漫长!


3载人航天:

和日本一样,虽然印度没有独立的载人航天基础,但1984年印度第一位宇航员拉克什·沙尔玛乘坐前苏联飞船,成功登上了苏联的“礼炮7号”太空站,随后多名宇航员乘坐美国航天飞机登上太空,积累了一定的载人航天经验。2006年在印度空间研究组织最近召开的会议上,印度约80名顶级科学家一致投票支持印度在2014年将宇航员送入太空,在2020年实现印度人的登月梦想。

按现有计划,印度将于2007年开始尝试发射和回收无人航天器,2008年尝试向月球轨道发射无人航天器。但在将宇航员送上太空之前,印度人不得不先面对载人航天运载火箭技术、载人飞船及回收技术、生态维护系统等众多技术难题!


4测控技术:

印度由于国土精度跨度小,无法在国内建立有效全面的测控网,由于测控仪器发展水平和造船业限制没有大型测量船,因此印度航天测控网主要还是依赖第三方组织,测控水平不高,不具备独立测控条件。虽然和日本一样使用其他国家和组织的测控网,但由于印度本身军事、地缘和历史原因,以及经济投入等因素,发达国家采取的是有限支持策略,印度在获取测控精度和质量方面落后于日本,这也是限制印度航天发展的一个重要障碍!


5国际形势:

印度在地缘上的优势一直使其成为西方国家遏制中国的桥头堡,国际社会对于印度在各方面包括航天领域积极参与国际合作持包容态度,但由于在核问题和导弹问题上的考虑,印度一直不被国际航天主流所接受,国际合作也是一路坎坷,始终难以在合计技术难题上取得国外的帮助。未来印度航天领域发展的国际氛围主要取决于两点,一时周边国家特别是中国和巴基斯坦在军事和航天领域发展动向,二是本国就导弹和核问题对西方国家所采取的合作态度。可以说印度将来航天领域发展的道路一半捏在自己手上,另一半拽在中国手里!


6预计未来十年航天领域前景:

与日本不同,印度是一个完全主权国家,因此在航天发展上本国意识占主导地位。预计未来十年,印度将完善自己现有的运载火箭系统,并可能在此基础上有所突破,研制出更大更好的运载火箭,但因其材料科学等相关领域科学技术发展的限制,其火箭可靠性虽有提高但很难达到一流航天大国水平;十年内,印度将进一步完善自己的卫星系统,可能会拥有局部自主导航能力,可能会发射探月卫星和其他星球探测卫星,但不太可能实现载人航天飞行。十年后,印度将成为区域航空大国,并有机会跻身世界一流航空大国地位!





总结:

中国得利于一贯以来的自力更生传统,虽然国外大环境不利,但经过几十年的发展,已不可否认的跻身世界优秀航天大国行列,已拥有独立完善的航天工业系统,并逐渐拉达于其他亚洲国家的差距,未来十年内,中国在亚洲航天领域领导地位不会动摇,随着中国在航天领域的不断发展,中国将与美国、俄罗斯、欧盟一样成为世界航天领域的第四极!

日本受限于历史原因,虽然目前在航天领域已取得相当成就,但随着航天进程的不断深入,缺乏独立测控网和火箭技术发展受困于人等制约因素将逐步显现,其发展势头必然受到打压,未来十年仍将停留在航天大国的地位,无法真正成为一个独立自主的航天强国!

印度拥有完善的国家权力和独立的航天系统,未来航天领域可能取得较大发展,但由于其地缘因素和其对核问题的一贯态度,未来发展的外部条件很难确定,同时,印度国内薄弱的科学技术力量和脆弱的工业体系无法支撑其走向一流航天强国,未来十年内,印度仍然只能算一个地区性的航天大国!

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