解讀日本新宇宙計(jì)劃：偵察衛(wèi)星可監(jiān)視全球

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)了人們對日本未來10年航天發(fā)展動態(tài)的關(guān)注，綱要基本確定了日本強(qiáng)化宇宙安全的路線，提出了開拓國際商業(yè)航空航天市場的總方針。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，還希望與美國共享偵察情報(bào)，通過日本自身的實(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，提升日本對空間、海洋的態(tài)勢感知能力。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，夯實(shí)3 000～5 000千米級洲際彈道導(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，目的是加強(qiáng)對太空開發(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家安全，這一點(diǎn)被外界質(zhì)疑為日本于過去五年逐漸在法規(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、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。對此，日本的目標(biāo)是提高自身對軌道垃圾的監(jiān)控力度，在促進(jìn)建立《國際外層空間活動規(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，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)陸地觀測衛(wèi)星“衛(wèi)星”2號對環(huán)太平洋火山地震帶進(jìn)行研究；12月，“向日葵8號”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、糧食問題、資源探測、地震海嘯、火山噴發(fā)、臺風(fēng)等全球性問題或大規(guī)模自然災(zāi)害領(lǐng)域的調(diào)查已經(jīng)有所建樹，未來10年還將繼續(xù)推進(jìn)。值得一提的是，在中國汶川地震時(shí)，日本陸地觀測衛(wèi)星通過《空間和重大災(zāi)害國際憲章》機(jī)制向我國提供衛(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)的國際競爭力。日本作為國際空間站的重要合作方，已經(jīng)為空間站提供了“希望”號實(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)射場后，還將繼續(xù)發(fā)展H-ⅡA/B火箭的改進(jìn)型號，爭取國外發(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10年發(fā)展規(guī)劃中已經(jīng)明確提出要繼續(xù)對該火箭進(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)動機(jī)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入世界第一梯隊(duì)，因此其在未來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、不同場合強(qiáng)調(diào)過和平利用航天技術(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，并對朝鮮、俄羅斯和中國的敏感目標(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”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”和“雷達(dá)一號”。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)成像平臺形成互補(bǔ)，全天候監(jiān)視東亞似乎不成問題。

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”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”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”和“光學(xué)五號”試驗(yàn)星，2013年初發(fā)射的“雷達(dá)四號”分辨率達(dá)到1米，“光學(xué)四號”分辨率已達(dá)到0.6米級的水平?！肮鈱W(xué)五號”試驗(yàn)星可能超過0.4米級，單顆衛(wèi)星的偵察實(shí)力居于世界前列。如果我們對照不同可見光圖像判讀標(biāo)準(zhǔn)，0.3～0.4米級的分辨率就能夠?qū)C(jī)場設(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)星對地觀測能力已經(jīng)超越中國，2014年8月發(fā)射的“高分二號”分辨率在1米左右，是我國分辨率最高的光學(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)和與美國等發(fā)達(dá)國家的合作，日本在1970年代之后就引入美法對地觀測衛(wèi)星的高分辨率衛(wèi)片，通過建設(shè)遙感衛(wèi)星地面站強(qiáng)化對圖像情報(bào)的獲取和解讀。還租用了分辨率達(dá)0.6米級的“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，日本的民用對地觀測衛(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”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)地球觀測衛(wèi)星、先進(jìn)陸地觀測衛(wèi)星系列、熱帶降雨測量衛(wèi)星等，發(fā)展出較為成熟的對地觀測體系。日本雖然具有極強(qiáng)的光學(xué)成像偵察技術(shù)，但與美國相比仍然落后很多，美國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，KH-12達(dá)到0.1米級，超過法國“太陽神”系列的0.5米級、以色列“地平線”9號等。美國以

“長曲棍球”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，超過德國、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，具有區(qū)域?qū)Ш?、定位、通信的功能，提高日本本土信號接收的質(zhì)量，比較適合日本的國情。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。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。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GPS系統(tǒng)的依賴，即便美國降低了GPS系統(tǒng)的定位精度也不會影響到日本自衛(wèi)隊(duì)對精確導(dǎo)航定位的需求，這對戰(zhàn)爭主動權(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，力爭在2020年升空。H-Ⅲ火箭使用更先進(jìn)的LE-X發(fā)動機(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)的國際競爭力，發(fā)射單價(jià)可能控制5 000萬美元左右，比H-ⅡA/B火箭9 000萬美元左右的報(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，兩者之間的過渡對日本而言根本不存在技術(shù)上的問題。

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，第一級使用H-Ⅱ火箭的SRB-A助推器，第二級、第三級與M-V型火箭相同，甚至該火箭上設(shè)置了末端助推級用于驗(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)動機(jī)技術(shù)上處于世界領(lǐng)先地位，Epsilon火箭的研發(fā)對于日本而言并沒有花費(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。通過模塊化設(shè)計(jì)極大簡化了火箭的維護(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)甚至號稱能夠?qū)l(fā)射單價(jià)降低到3 700萬美元，可執(zhí)行小型衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)。日本大力推動固體運(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，《宇宙基本計(jì)劃》中對H-ⅡA/B和Epsilon火箭項(xiàng)目進(jìn)展的篇幅只有一句話帶過，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、中國中東部、朝鮮半島全境的目標(biāo)。