SS-520-4號機

日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)1月15日早晨8點33分（台北時間15日7時33分），從日本鹿兒島縣肝付町的內之浦宇宙空間觀測所發射了電線桿大小的小型火箭“SS-520”4號機。不過，在約20秒後因與火箭的通信發生異常，取消原定於發射3分鐘後對第二段的點火。此次發射宣告失敗。

2018年2月3日，日本宇宙航空研究開發機構從鹿兒島縣的內之浦宇宙空間觀測站發射了這枚“SS—520”5號“迷你”運載火箭，將東京大學研製的一顆重量只有約3千克的超小型衛星送入預定軌道。

基本介紹

• 中文名：SS-520-4號機
• 長：9.54米
• 直徑：0.52米
• 重：2.6噸
• 發射成本：400萬美元

研製背景

這次發射的火箭SS-520四號機是從日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）研發的系列探空火箭發展而來，同系列型號還有S-160、S-210、S-310和S-520。日本探空火箭的命名規則很直接，“S”的數量代表火箭的級數（Stage），後面的數字是火箭的直徑（毫米），SS-520的意思就是兩級式520mm直徑探空火箭，全長9.65米，發射重量2.6噸，能把140千克的載荷送到距地面800千米的高度。

應當注意的是，基本型的SS-520並不能將載荷送入軌道，800千米只不過是拋物線最高點，與人造衛星入軌的要求相距甚遠。不過日本人對於把S系列探空火箭改裝成能夠發射小衛星的運載火箭，顯示出了獨特的興趣——早在上世紀90年代，在只有S-520的時候，JAXA的科學家已經開始規劃兩級式的SS-520，並論證給SS-520增加第三級以發射低軌道衛星的可行性。

在這次發射之前，SS-520隻進行了兩次成功的亞軌道發射：第一次於1998年2月5日在日本內之浦，以驗證用於衛星發射的姿態控制裝置；第二次於2000年12月4日在挪威斯瓦爾巴群島，進行地磁場相關科學實驗。時隔16年，“半路出家”的SS-520四號機終於開始嘗試真正意義上的軌道發射，但卻遭遇了失敗。

改進

SS-520-4充分利用SS-520已有的部件，包括尾翼、一級火箭、二級火箭和頭錐；新研發了第三級火箭、二三級連線段還有三級與衛星連線段；為了適應軌道發射，對一二級連線段以及噴氣控制機構進行了改進。這樣，SS-520-4基本具備了運載火箭的特徵，可以進行衛星發射了。

SS-520-4結構圖

不過，之所以說它只是有運載火箭的“特徵”，是因為和真正的運載火箭設計的飛行器相比，SS-520-4實在是過於簡陋，從該機的發射時許上就能夠看出端倪：

SS-520-4飛行時序

拜探空火箭的底子所賜，SS-520-4起飛後迅猛加速，31.7秒時一級火箭就已經燃燒完畢，火箭達到26千米高度，速度每秒2千米。這時，一般的運載火箭會進行一二級分離，二級點火繼續飛行，以獲得更大的速度增量。但是SS-520-4卻要帶著成為死重的一級繼續無動力飛行34.3秒，白白浪費寶貴的速度。

這一方面是因為，一級火箭工作時間短，如果燒完就拋棄的話，一級落區會處於近海，對船舶航行和漁業造成很大幹擾；而另一方面，SS-520-4的控制方式簡陋——火箭的飛行穩定完全依靠一級尾翼產生的自旋維持，過早拋棄一級也有可能導致火箭在相對稠密的大氣層區間內逐漸失去穩定性，導致失敗。

SS-520-4僅有的主動控制機構

觀看過我國長征系列火箭發射的朋友肯定會記得，火箭點火起飛後的第一個動作就是“程式轉彎”，因為發射時火箭是垂直於地面的，最終入軌時速度方向與地面幾乎平行，火箭必須在飛行中不斷調整姿態，飛出一條曲線平滑地把載荷送入軌道。不過從SS-520-4的發射實況來看，火箭是從小角度傾斜的掛架上直接起飛，直線上升，並沒有程式轉彎——因為SS-520的固體發動機是無控的，不能進行矢量控制。

當然，SS-520-4並非沒有主動控制機構，在一級和二級火箭之間，安裝有對自旋穩定的箭體進行姿態調整的簡易控制裝置。上面我們說過，由於一級火箭的工作時間過短，一級關機時高度太低，根本無法形成入軌條件，必須等到高度和速度都相對合適的時候才能令二級點火。同時，還要把近乎垂直姿態的箭體調整到一個“躺倒”的角度上，否則二級的噴氣方向不對，還是會失敗。

主動控制機構是典型的單組元冷氣姿態控制系統，以5.7升23兆帕的高壓氮氣作為工質，在頭錐和一級火箭相繼分離後按照既定時序開始工作，預計工作時間29秒，在二級火箭點火判定前分離——受火箭性能限制，控制機構不能入軌，二級點火以後的動作中，火箭完全沒有主動姿態控制能力，只靠一級尾翼產生的自旋角動量維持穩定。

二級點火判定邏輯圖

筆者簡單翻譯了SS-520-4的二級點火判定邏輯圖，SS-520-4的二級點火是通過遙測數據由地面傳送指令的，通過對五個關鍵數據的判定，決定是否啟動二級發動機繼續入軌。不巧的是，這次發射中，遙測數據在起飛後20秒就丟失了，地面控制中心無法得知火箭的準確狀態，二級點火判定自然無法進行，發射也就失敗了。

審視頂著“世界最小運載火箭”名頭的SS-520-4，我們不難發現，這型火箭並沒有傳統日本產品“技術先進”“細節出色”的感覺，反而是能省則省，只具備軌道發射的基本條件，正常運載火箭的關鍵節點冗餘備份基本沒有，單點故障極多，這也必然導致發射成功率大幅降低。

技術特點

在這型小火箭上，處處體現著“因陋就簡”的思想，最大程度利用既有技術，甚至不惜削足適履，把本該具有的控制設備和冗餘備份全部剔除，以期獲得低廉的發射成本和快速回響的發射能力。

研發目的

向日本民間企業做出低成本開發火箭的示範，因而利用了用於家電和手機的零部件等市售產品。

誤解

SS-520-4並不是“有史以來最小運載火箭”，而是“目前還在發展的運載火箭中最小的”，歷史上最小的、有軌道發射能力的載具是美國海軍在上世紀50年代研發的空射反衛星武器NOTS-EV-1，這是一種5級火箭，曾進行過4次地面亞軌道測試和6次空射測試，全部以失敗告終。

NOTS-EV-1反衛星武器

發射記錄

序號	運載火箭	發射日期	起飛時間	載荷	軌道	發射地點	結果
1	SS-520-4	2017.1.15	7:33	東京大學Tricom-1迷你衛星	LEO	內之浦宇宙空間觀測所	失敗
2	SS-520-5	2018.2.3	13:03	Tricon-1R迷你衛星	LEO	內之浦宇宙觀測所	成功

1.起飛時間為台北時間
　　

2.發射失敗或部分成功任務備註：

1.發射中一子級飛行段有遙測訊號中斷，在一子級分離後火箭判斷不發出二子級點火指令。