日本的新型主力火箭「H3」于2月17日發射成功。克服了2023年3月1號機發射失敗的難關，成功進入軌道並投放了人造衛星。對此次發射成功起到支撐作用的是日本的零部件企業和材料廠商。火箭技術與國家安全保障密切相關，日本需要在國內維持和不斷提高這一技術。如何借助H3提高日本宇航産業的水準是一大課題。

  　　

　　H3發射5分3秒後，1級引擎分離。Tokai Spring industries（位於大阪市）開發出了支撐這一分離的彈簧。

   

H3火箭凝聚了日本的機械、化工、材料、電氣機械等技術

　　

　　火箭發射時會産生劇烈震動，溫度從低溫升至高溫，變化範圍很大。如果彈簧品質是普通零部件的水準，可能會出現故障。該公司開發出了可承受嚴酷環境的材質和加工技術，磨煉出了「宇宙品質」。

    

　　挑戰極致技術，大膽選擇艱難的道路

 　　

　　Tokai Spring industries的相關負責人表示：「在作為量産品的彈簧行業，我們大膽選擇了其他公司避之不及的訂單」。在用於汽車和家電的量産彈簧領域，與其他公司分出勝負非常困難。為了在技術實力上與競爭對手形成差異化，該公司調動技術人員的積極性，向難度更高的火箭用彈簧發起了挑戰。

 　　

　　Yamazaki Active（位於長野縣坂城鎮）通過採用罕見形狀的螺絲，實現了不易鬆動的結構。六角部分的下方呈圓頂狀延伸，形成了一個空間。在發生振動或衝擊的情況下，圓頂部分會因彈簧的作用而恢復原狀，實現了不易鬆動的結構。

 　　

　　正如用於所有機械的彈簧和螺絲所象徵的那樣，H3是日本機械、材料、化學、電氣機械等技術高度融合的結晶。

  　　

　　火箭要求兼顧重量輕和堅固強韌，為其提供材料的是東麗。該公司的優勢是碳纖維，向固體燃料的存放容器、相當於燃燒室的「引擎殼體」、存放人造衛星的「整流罩（Fairing）」供應了碳纖維和樹脂的複合材料板。  

 　　

　　UACJ Foundry & Forging Corporation（位於東京都千代田區）設在栃木縣小山市的鑄鍛工廠使用日本國內最大級別的1萬5000噸壓力，鍛造了用於火箭構造體的大型鋁材。

 　　

　　在電氣機械方面，日本航空電子工業提供的是為把火箭送入軌道而測量方位和姿態的慣性感測器單元。通過把陀螺儀所需要的電源和電路合為一體，使零部件體積縮小到一半左右，通過把運算部分和感測器改為雙份，提高了可靠性。

 　

　　　　

　　NEC Space Technologies （東京都府中市）負責向地面站發送溫度和壓力等數據的「遙測發射機」。

 　　

　　引擎零部件決定成敗

  　　

　　在被稱為「潛伏著魔鬼」的引擎裏，裝滿了很多關係到發射命運的零部件。伊格爾工業開展防止氣體和液體洩漏的「密封件」（由金屬和碳等製成）業務。該公司向H3火箭提供産品，以防止氫氣和氧氣在引擎內混合。萬一混合在一起，可能會導致爆炸。

    　

　　　　　

　　密封件也用於汽車引擎等，但面向航空宇宙需要高精度、複雜的加工。用於H3火箭的密封件採取把旋轉的金屬壓在碳上的結構。如果今後多次利用型火箭得到普及，有必要提高密封件的耐久性。目前正在研究在微懸浮的狀態下旋轉的結構，尋找對策。

     　　

　　引擎存在管道和燃料箱産生的金屬碎片侵入後引發故障的危險。NICHIDAI FILTER（京都府宇治田原町）生産防止異物侵入的過濾器。

  　

　　大型的H3火箭達到575噸，最多是H2A 的2倍，過濾器也需要增大至原來的2倍。由於容易産生應變，異物會通過微小的縫隙侵入，因此利用在真空度高的狀態下加熱和加壓的「擴散接合」技術克服了難題。

   　　

　　H3火箭計劃使每次發射的費用降至50億日元，僅為H2A 的一半。「成本取決於設計」，CHUO ENGINEERING（東京千代田區）的防衛和宇宙技術部長中村勝彥這樣表示。在H3火箭的零部件製造中，3D印表機的利用備受關注。在結構複雜的零部件上使用3D列印，可以降低製造成本。

  　　

　　CHUO ENGINEERING對於向火箭引擎的閥門和管道製造中引入3D印表機作出了貢獻。中村表示，「沒有一個引擎是完全一樣的」。計劃在3號機以後繼續反覆改善，以提高國際競爭力。

    　　

　　火箭供應鏈是太空産業及安保的基礎

  　　

　　日本政策投資銀行的數據顯示，如果包括中小企業在內，上一代主力火箭H2A形成涵蓋約1000家企業的供應鏈。雖然火箭是需要高度技術的太空相關設備，但屬於多品種少量生産，難以確保盈利，盈利方面的成果較小。

  　　　　

　　實際上，日本的航太産業一直在低速發展。據日本航空宇宙工業會（東京港區）介紹，日本2022年度包括飛翔體、地上裝置、軟體在內的航太相關業務的銷售額僅為3032億日元（預測值），僅比1991年度增長14％。30多年來基本沒有增長。

  　

　　　

　　拋開停滯的日本，全球航太産業一直在高速增長。據美國摩根士丹利預測，全球航太産業（衛星發射、衛星製造、地上基地）的市場規模到2040年將達到2321億美元（約35萬億日元），比2017年增長66％。

 　　

　　産品開發需要鉅額投資、多品種少量生産難以獲得收益的航太産業結構在世界上是一樣的。美國、中國等一直給航太開發提供鉅額預算，以支援民間業務。

  　　

　　2024年度日本政府的航太相關預算為8945億日元，達到10年前的近3倍，但遠遠低於中美。據德國調查公司Statista介紹，2022年美國的預算是日本的約13倍，中國的預算是日本的2.4倍。印度的預算是日本的4成左右，但增長幅度比日本快。

  　　

　　美國國家航空暨太空總署（NASA）投入鉅額預算，培育和強化民營企業的技術實力，提高宇宙開發的國際競爭力。

  　　

　　火箭技術今後將成為行星探測、人造衛星、防衛通信、災害觀測衛星擴充的基礎。日本保持和提高自身製造火箭的供應鏈還關係到安全保障。

  　　

　　給H3火箭供應零部件的供應商高管説：「如果今後發射頻率提高，或許能建立量産線，但現在很難。特殊的零部件公司仍需要政府等扶持」。

  　　

　　H3火箭的目標是每年穩定發射6次。日本政府2月上旬提出了新目標，即在2030年代前半期大幅提高火箭發射能力，每年達到30次。支援零部件及材料廠商建立量産體制。

 　　

　　美國的航太産業建立了政府給民間産業活動提供一定擔保，使民間航太産業容易發展的環境。隨著H3火箭的成功，日本回到了世界火箭發射競爭的舞臺上。下一步在航太設備的供應鏈方面也需要政企攜手提出世界水準的強化措施。

  　　

　　日本經濟新聞（中文版：日經中文網）茂野新太、小西夕香

  　　

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