Potencjał rakietowy Japonii. Historia i teraźniejszość [ANALIZA]

Japonia podczas zimnej wojny, w odróżnieniu do USA, ZSRR lub Chin, miała inne podejście do rozwoju rakiet nośnych. Historia dowodzi, że sektor kosmiczny tego państwa od początku miał nastawienie na rozwój technologii cywilnych przy zachowaniu pokojowego nastawienia. Przyczyny obrania tego kierunku należy upatrywać m. in. w historii państwa oraz uchwalonej po II wojnie światowej konstytucji. 

”Naród japoński, dążąc szczerze do międzynarodowego pokoju opartego na sprawiedliwości i porządku, wyrzeka się na zawsze wojny jako suwerennego prawa narodu, jak również użycia lub groźby użycia siły jako środka rozwiązywania sporów międzynarodowych. Dla osiągnięcia celu określonego w poprzednim ustępie nie będą nigdy utrzymywane siły zbrojne lądowe, morskie i powietrzne ani inne środki mogące służyć wojnie. Nie uznaje się prawa państwa do prowadzenia wojny” – czytamy w dokumencie.

Rakietowe początki i pierwszy satelita

Początki japońskiego sektora kosmicznego sięgają roku 1955, kiedy na Uniwersytecie Tokijskim Instytut Nauk Przemysłowych (ang. Institute of Industrial Science) rozpoczął projekt eksperymentalnej rakiety o nazwie Pencil, która wystartowała w kwietniu 1955 r. przy obecności przedstawicieli rządu. Pracę koordynował prof. Hideo Itokawa, który przez wielu nazywany jest ojcem japońskiej techniki rakietowej. 

Motorem napędowym w pracach inżynierów była m. in. chęć pokazania się w międzynarodowym projekcie badawczym International Geophysical Year, który odbył się w latach 1957-1958. Jedną z propozycji było opracowanie właśnie rakiet sondujących do badania górnych partii atmosfery Ziemi.

Warto podkreślić, że początkowe próby przebiegały horyzontalnie (poziomo). Pencil pierwszy raz wzbił się w niebo w sierpniu 1955 r. na wysokość 600 m. Rakieta o 1,8 cm średnicy, 23 cm długości i masie 200 g. była modyfikowana. Przykładowo Pencil 300, który zaliczył wspomniany start pionowy, został wydłużony do 300 mm.

Sukces rakiet Pencil zmotywował japońskich naukowców do opracowania większego systemu o nazwie Baby - 8 cm średnicy, 120 cm długości całkowitej i 10 kg wagi całkowitej. Według dostępnych źródeł japońskich, powstały łącznie 3 wersje rakiety: Baby-S, Baby-T oraz Baby-R, z której udało się po raz pierwszy odzyskać instrumenty pokładowe. Starty odbyły się między sierpniem a grudniem 1955 r., a podczas każdego lotu system osiągał wysokość około 6 km.

Z rakiet Baby Japończycy przeszli na program Kappa, który również bardzo dużo czerpał z poprzednich prac. Przykładem było wykorzystanie tego samego materiału pędnego, a następnie przejście na różnego rodzaju typy paliw kompozytowych. 

Prawdopodobnie najważniejsza próba odbyła się we wrześniu 1960 r., kiedy dwustopniowa K-8 wzbiła się w powietrze, a przy pomocy instrumentów pokładowych udało się przeprowadzić badania ziemskiej jonosfery. To wszystko wydarzyło się ponadto w obecności pracowników NASA.

W 1964 r. przy Uniwersytecie Tokijskim powstał Instytut Nauk Kosmicznych i Lotniczych (ang. Institute of Space and Aeronautical Science), który skupił się nie tylko na rozwoju nowych typów rakiet, ale również nad projektem wysłania w kosmos pierwszego w historii państwa satelity. 

W tym kontekście należy szczególnie wymienić program Lambda, w ramach którego w lutym 1970 r. rakieta L-4S-5 na paliwo stałe wyniosła pierwszego satelitę naukowego Japonii o nazwie OHSUMI. W kolejnych latach japońskie satelity były wynoszone również przez rakiety z serii Mu.

Poświęćmy chwilę uwagi tym ostatnim, gdyż to one brały udział w niezwykle ważnych misjach naukowych przeprowadzonych przez japońskich naukowców. Doskonałym przykładem jest pierwsza w historii misja międzyplanetarna Sakigake (styczeń 1985 r.) oraz Suisei (sierpień 1985 r.), której celem była demonstracja technologii, obserwacja oraz badanie komety Halleya. Sondy zostały wystrzelone przez system M-3SII.

Kluczową rakietą w całym programie Mu była również M-V, której pierwszy lot odbył się w 1997 r. W swojej historii zaliczyła misje Hayabusa-1 (maj 2003 r.) na planetoidę Itokawa, w ramach której na Ziemię sprowadzono próbki badawcze. Warto również wymienić Nozomi (lipiec 1998 r.) – pierwszy japoński orbiter, który miał zbadać Marsa. Misja ta jednak nie powiodła się, natomiast przyczyną nie była usterka rakiety.

Współpraca ze Stanami Zjednoczonymi

Zanim przejdziemy do czasów współczesnych, cofnijmy się jeszcze do roku 1969, który był dość istotny dla japońskiego sektora kosmicznego. Po pierwszy powstała National Space Development Agency (NASDA), której zadaniem był rozwój krajowych zdolności kosmicznych. Po drugie Japonia podpisała umowę ze Stanami Zjednoczonymi zakładającą transfer wybranych technologii rakietowych i satelitarnych, które zostały opracowane przez firmy amerykańskiej. Dokument zawierał jednak pewien haczyk.

„Rząd Japonii zobowiązuje się: (b) podjąć wszelkie dostępne kroki zgodnie z japońskimi prawami, regulacjami i procedurami administracyjnymi, aby zapobiec przekazywaniu do krajów trzecich takiej technologii i sprzętu, a także wszelkich pojazdów startowych i satelitów komunikacyjnych lub innych, a także ich komponentów, części, akcesoriów i przystawek wyprodukowanych przy użyciu takiej technologii lub sprzętu, z wyjątkiem wzajemnego porozumienia między dwoma Rządami”

Z powyższego zapisu oraz analizy RAND Corporation wynika, że Japonia miała dość ograniczone możliwości konkurowania na rynku międzynarodowym. Niemniej jednak amerykańska pomoc doprowadziła do budowy nowych rakiet nośnych.

Przykładem są systemy N-1 oraz jej mocniejsza wersja N-2, które oparte są na rakietach Thor-Delta od ówczesnej firmy McDonnell Douglas. Problemem była jednak ograniczona zdolność pod względem masy wynoszonego ładunku. Tym samym, jak twierdzi Japońska Agencja Kosmiczna (JAXA), N-1 i N-2 były używane do wystrzeliwania eksperymentów, łączności, transmisji, meteorologii i obserwacji Ziemi.

Rozwiązaniem tego problemu w pewnym stopniu miał być system H-1, który zawierał już pewne komponenty produkcji japońskiej. Mitsubishi Heavy Industries (MHI) i Ishikawajima-Harima Heavy Industries (IHI) opracowały kriogeniczny silnik drugiego stopnia – LE-5, napędzany mieszanką ciekłego wodoru oraz ciekłego tlenu. Trzeci stopień wraz z silnikiem na paliwo stałe również został opracowany przez Japończyków. Boostery oraz pierwszy stopień natomiast były identyczne z tym, który znajdował się w systemie N-2 – Delta Thor ELT (Extended Length Tank). 

H-1 zaliczyła debiut w sierpniu 1986 r., wynosząc testowego satelitę geodezyjnego. Rakieta umożliwiła wyniesienie cięższych i bardziej zaawansowanych satelitów, np. służących do komunikacji lub pogodowych na orbitę geostacjonarną. Ostatni lot systemu odbył się w lutym 1992 r.

Rakiety N-1, N-2 oraz H-1 znacząco przysłużyły się rozwojowi japońskiego sektora kosmicznego poprzez wynoszenia nowych satelitów na potrzeby kraju. Przykładowo pierwszym satelitą obserwacyjnym Japonii był MOS-1 (Marine Observation Satellite) wystrzelony na szczycie N-2. Współpraca z Amerykanami popłacała, chociaż miała swoja wady wynikające z umowy o transferze technologii.

Japonia buduje własne rakiety

H-1 była rakietą, która miała elementy japońskie, natomiast Kraj Kwitnącej Wiśni dążył do opracowania całkowicie własnego systemu nośnego, który pozwoli konkurować na rynku międzynarodowym. Rakiety z programu Mu natomiast napędzane były paliwem stałym, a zatem ich możliwości pozostawały mocno ograniczone. Rozwiązaniem miała być kolejna rakieta z tej serii – H-II.

Program rozpoczął się w II połowie lat 80., a jego początki były dość trudne. Japończycy, choć bazując na technologii z H-1, opracowali własny stopień z pojedynczym silnikiem LE-7 na ciekły wodór oraz ciekły tlen oraz rozwinęli jednostkę LE-5 do wersji LE-5A. Nowy technologie związane były jednak z problemami, m. in. z pompą ciekłego wodoru, co skutkowało usterkami podczas testów statycznych.

H-II wystartowała po raz pierwszy w 1994 r., natomiast w trakcie swojej 5-letniej pracy odnotowała 7 misji, z których ostatnia zakończyła się zniszczeniem satelity MTSAT-1.

Japończycy rozwinęli rakietę H-II do wersji A oraz cięższej B, które miały być tańsze, a tym samym bardziej konkurencyjne na rynku. Ta pierwsza po raz pierwszy została wystrzelona z sukcesem w 2001 r. i od tego momentu wykonała już ponad 40 misji, co jest dowodem na udany projekt inżynierów z Kraju Kwitnącej Wiśni.

H-IIA to dwustopniowa rakieta nośna, której parametry różnią się w zależności od przyjętej konfiguracji. Wersję 202 należy czytać w następujący sposób: pierwsza liczba oznacza liczbę stopni - 2, druga liczbę boosterów zasilanych paliwem ciekłym - 0, a trzecia liczbę boosterów SRB-A zasilanych paliwem stałym – 2 (w konfiguracji 204 znajdują się 4)

Wersje nie różnią się pod względem wysokości, która stanowi 53 m, ale możliwością udźwigu. H-IIA 202 jest w stanie wynieść na geostacjonarną orbitę transferową (GTO) 4 t, natomiast 204 – 6 t. Jeszcze potężniejszą jest, a właściwie była, gdyż w 2020 r. odeszła na emeryturę, rakieta H-IIB. System jest wyższy od siostry o 3 m, a jego dolny stopień zasila nie jeden, a dwa silniki LE-7A. Wzmocnienie oznaczało, że rakieta była zdolna wynieść więcej, dokładnie 8 t na GTO.

H3, czyli rakietowa przyszłość Japonii

Rakieta nośna H3 została skonstruowana przez firmę Mitsubishi Heavy Industries, która opracowuje ten projekt we współpracy z JAXA. Wstępnie pierwszy prototyp systemu został zaakceptowany w 2013 r. i od tego momentu był modernizowany, tak aby zastąpić używaną obecnie rakietę nośną H-IIA. System H3 z kolei, jest ulepszony o nowe elementy, przy jednoczesnym zmniejszeniu ogólnych kosztów produkcji. Minusem w porównaniu do części konkurencji jest brak możliwości ponownego użycia.

Według informacji podanych przez producenta, system H3 posiada 63 m wysokości i podobnie do poprzednich wersji, jego nazwa sugeruje konfigurację w danej misji. Pierwsza z dwóch cyfr oznacza liczbę silników LE-9 (ciekły wodór/ciekły tlen), znajdujących się w pierwszym stopniu rakiety - w tym przypadku 2, natomiast producent oferuje wersję również z 3 jednostkami napędowymi w dolnym stopniu rakiety. 

Druga liczba wskazuje ilość boosterów (ulepszonych na bazie wersji z rakiety H-IIA oraz B) podłączonych do systemu nośnego. Jeśli chodzi o literę na końcu nazwy, wskazuje on rozmiar owiewki w rakiecie. Oprócz powyższych specyfikacji warto zaznaczyć, że drugi stopień rakiety H3 jest napędzany silnikiem LE-5B, a zatem tą samą jednostką, co H-IIA oraz B. Konstrukcja pozwala wynieść na orbitę GTO do 6,5 t ładunku użytecznego.

Pierwszy lot systemu nośnego odbył się w marcu 2023 r. i zakończył się porażką. Około 5 minut po starcie systemu nośnego miało dojść do rozdzielenia stopni i uruchomienia silników drugiego stopnia. Dwie minuty później obserwatorzy zauważyli, że prędkość rakiety spada, po czym nie byli w stanie potwierdzić włączenia jednostek napędowych w drugim stopniu H3. 

W wyniku braku możliwości realizacji misji, kontrolerzy podjęli decyzję o wydaniu komendy destrukcji, doprowadzając do przedwczesnego zakończenia jej pierwszego lotu testowego, a tym samym utracenia satelity obserwacyjnego ALOS-3.

Kolejna próba odbyła się w lutym 2024 r. i tym razem zakończyła się sukcesem. Podobnie zakończył się lot w lipcu 2024 r., którego celem było wystrzelenie na orbitę synchroniczną ze Słońcem (SSO) nowego satelity obserwacyjnego Advanced Land Observing Satellite-4 (ALOS-4), lub inaczej DAICHI-4.

Według oczekiwań, rakieta H3 ma wynieść krajowy sektor kosmiczny na zupełni nowy poziom. Czy tak się rzeczywiście stanie? Czas pokaże, natomiast japońskie dokonania w technologii rakietowej i nie tylko sprawiają, że przyszłość Kraju Kwitnącej Wiśni zapowiada się naprawdę obiecująco.