일본의 우주 개발은 제2차 세계 대전 이후 미국의 점령 하에서 항공기 개발이 금지되었으나, 1950년대 펜슬 로켓 실험을 시작으로 우주 공학으로 전환되었다. 1970년 일본 최초의 인공위성 오스미 발사에 성공했으며, 이후 NASDA와 ISAS를 중심으로 실용 위성 및 과학 위성 개발이 이루어졌다. 1990년대 이후 H-II 로켓 개발 과정에서 여러 난관을 겪었지만, H-IIA, H-IIB, H3 로켓 등을 개발하며 기술력을 축적했다. 최근 하야부사 소행성 샘플 귀환, 아카츠키 금성 탐사 등의 성과를 거두었으며, 달 탐사 및 화성 탐사 계획을 추진하고 있다. 일본은 유인 우주 비행은 자체적으로 수행하지 않고, 국제 협력을 통해 참여하고 있다. 우주 개발은 군사적 목적과도 연계되어 정찰 위성 개발 및 운용이 이루어지고 있으며, 국제 협력을 통해 우주 개발을 진행하고 있다.
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제2차 세계 대전 이후, 미국의 일본 점령 하에 항공기 개발이 금지되었으나, 1951년 샌프란시스코 강화 조약 체결 이후 항공 기술 개발이 다시 허용되었다.[2][3]도쿄 대학의 이토카와 히데오 교수는 대학 산업과학연구소에 항공 연구 그룹을 설립, 1955년 4월 12일 도쿄고쿠분지에서 펜슬 로켓을 수평 발사하는 데 성공했다.[4][5] 로켓의 길이는 23cm, 직경은 1.8cm였다.[4][5]
펜슬 로켓 실험은 일본 최초의 로켓 실험이었으며, 초기에는 로켓 추진 항공기 개발에 초점이 맞춰져 있었다.[6] 그러나 일본이 국제 지구 관측년(IGY)에 참여하면서 로켓 프로젝트는 우주 공학으로 방향을 전환했다.[6]
일본 최초의 위성, 오스미
일본의 초기 우주 개발은 1950년대 중반 도쿄 대학 생산기술연구소의 이토카와 히데오 교수가 주도한 펜슬 로켓 실험에서 시작되었다.[7] 펜슬 로켓은 수평 발사 실험을 거쳐 점차 대형화되었고, 이에 따라 실험 장소는 아키타현 미치카와 해안으로 옮겨졌다.[39] 펜슬 로켓 이후 베이비 로켓이 개발되어 고도 6km에 도달했으며, 이후 로쿤 개발이 시도되었으나 난항을 겪었다.[1][8][40] 지상 발사형 카파 로켓은 점차 개량을 거듭하여 1958년 카파 6형이 고도 40km에 도달, 일본은 국제 지구 관측년(IGY)에 참여할 수 있었다.[39] 1960년 카파 8형은 고도 200km를 넘어섰다. 로켓 대형화에 따라 동해에 접한 아키타현의 발사장은 부적합해졌고, 가고시마현 우치노우라에 새로운 발사장이 건설되었다.
1960년대 일본의 우주 개발은 위성 발사 시스템 개발에 집중되었다. 람다 로켓 개발 계획이 수립되었고, 과학기술청은 카파 로켓 발사 연구를 통해 기술 정보를 수집했다. 1963년, 과학기술청은 국립 항공 연구소(NAL)를 국립 항공 우주 연구소로 개편하여 우주 기술 연구를 담당하게 했으나, 자원 부족으로 1964년 분리되어 NAL은 항공 기술, 우주 개발 추진 본부는 우주 기술을 담당하게 되었다.[2][36] 같은 해, 도쿄 대학은 우주 항공 과학 연구소를 설립했다.[9]
람다 로켓 개발은 더디게 진행되었지만, 점진적인 개선을 통해 고도 2000km에 도달하는 등 위성 발사에 필요한 기술을 축적해 나갔다. 그러나 일본 사회당은 로켓 유도 제어 기술이 군사 기술로 전용될 수 있다고 문제 제기했고[41] (실제로 카파 로켓 기술이 해외에서 군사 전용된 사례가 있다), 이는 일본 최초의 인공위성이 무유도 방식으로 궤도에 진입해야 하는 제약으로 이어졌다. 또한 어업 관계자와의 갈등으로 개발이 일시 정체되기도 했다. 람다 로켓은 4번의 궤도 진입 실패를 겪었으나,[36] 이는 잔류 연료 연소로 인한 부품 충돌이 원인으로 밝혀졌다.
1970년 2월 11일, 무유도 L-4S 로켓 5호기에 의해 일본 최초의 인공위성 오스미 발사에 성공했다.[10][42] 오스미 발사는 미국과의 기술 협력, 특히 고온에서도 작동하는 고효율 배터리 개발에 중요한 진전이었다.[11][43]
1969년, 우주 개발 추진 본부는 우주과학연구소(ISAS)와 별개의 기관인 국립우주개발기구(NASDA)로 개편되었다.[12] NASDA는 실용적이고 상업적인 용도로 더 큰 위성을, ISAS는 더 작은 과학 위성을 발사하는 데 집중했다.[12]
NASDA는 초기에 "Q 로켓"이라는 자체 고체 연료 발사체를 개발할 계획이었으나, 실용 로켓의 긴급한 필요성 때문에 미일 우주 협정을 체결하고 미국으로부터 기술을 도입했다.[12]델타 로켓의 1단계 액체 연료 엔진을 활용하여 N-I 로켓을 개발했다.[12] 그러나 N-I 로켓의 궤도 탑재량은 낮았고, 위성 제조 능력도 미국에 비해 부족했다. 1977년 더 많은 기술이 미국으로부터 이전되었고, 정지 궤도 기상 위성 히마와리 1호가 미국 로켓을 사용하여 발사되었다.[14] 사쿠라, 유리 위성도 미국 로켓으로 발사되었다.[14] N-I 로켓 개발을 통해 NASDA는 점차 기술을 습득했고, 히마와리 2호 이후 일본의 위성 생산 속도가 증가했다.[14]
이후, 더 큰 위성의 요구를 충족시키기 위해 NASDA는 N-II 로켓 개발을 시작했다.[2] 2단계는 노크다운 키트로 변경되었다.[2] N-II 로켓은 미국의 델타 로켓을 라이선스 생산하고 미국 부품을 노크다운 생산하여 품질은 높았지만, 원지점 킥 모터와 같은 부품은 블랙 박스 시스템이어서 개선에 필요한 정보를 얻기 어려웠다.[2] 따라서 일본은 독자적으로 로켓 전체를 개발할 필요성을 느꼈고, 국내 개발이 시작되었다.[2]
새롭게 개발된 H-I 로켓은 2단계에서 액체 연료 LE-5 로켓 엔진을 사용했다.[1] LE-5는 고효율 액체 수소와 산소 추진제를 사용하고 재점화가 가능하여 N-II 상단보다 더 강력했다.[1] H-I 로켓은 500 kg 이상의 물체를 정지 궤도에 발사할 수 있었다.[1] NASDA가 생산한 로켓은 상업 위성, 통신 위성, 방송 위성, 기상 위성 등을 발사하는 데 사용되었다.[1] 9개의 H-I 로켓이 제조되었고, 모두 성공적으로 발사되어 일본이 여러 위성을 동시에 성공적으로 발사한 첫 번째 사례가 되었다.[1]
섬네일
한편, ISAS는 1969년 우주 개발 사업단으로 조직화 되기 이전부터 니이지마에서 실험을 진행했고 독자적인 로켓 기지를 가지려 했지만, 안보 투쟁 시대에 방위청의 미사일 기지에 대한 반대 운동이 일어나 다네가시마를 로켓 발사 기지로 이전했다.[36] 1970년대부터 정밀한 로켓 개발을 시작하여, M-4S 로켓을 개발했다.[12] 초기 실패에도 불구하고, 이후 버전은 궤도 진입에 성공하여 무 로켓 계열의 기반이 되었다.[12] 이후, 무 로켓은 시스템 단순화를 위해 4단 로켓에서 3단으로 변경되었고, M-3C가 개선되었다.[12] 모든 단계는 M-3S 로켓과 함께 작동할 수 있었으며, 이 기술은 궤도에 성공적으로 위성을 발사하여 매번 더 높은 고도에 도달하는 결과를 가져왔다.[12]
이러한 로켓으로 공학 시험 위성 탄세이 및 교코, 오조라와 같은 대기 관측 위성과 하쿠초, 히노토리와 같은 X선 천문 위성 등 많은 과학 위성이 발사되었다.[12] ISAS의 M-3SII 로켓 개발이 완료되었다.[12] 이 로켓은 동급 최초의 고체 연료 로켓이었으며, 할리 아르마다 위성 사키가케와 스이세이를 싣고 지구 중력을 벗어났다.[12] M-3SII는 잇따라 발사되는 위성의 기술을 확립했다.[12]
Sakigake 위성
더 큰 고체 연료 로켓인 M-V 로켓은 1997년에 등장했다.[13] ISAS는 정부에 향후 10년 동안 로켓 직경을 1.4m 이상으로 늘리는 것이 기술적으로 불가능할 것이라고 보고했다.[13] 이는 NASDA가 이 크기를 결정했고, 국회가 그 위에 추가적인 제한을 가하여 크기를 늘리는 것이 어려워졌기 때문이다.[13]
일본은 유인 우주 비행 기술을 개발하지 않았다.[15] 모리 마모루는 NASA와 협력하여 1990년에 최초의 일본인 우주 비행사가 될 예정이었으나,[15] 우주 왕복선의 상황으로 인해 민간인인 아키야마 도요히로가 소유즈 TM-11을 타고 우주로 간 최초의 일본인이 되었다.[15] 모리는 결국 1992년 STS-47에 탑승했다.[15]
아키야마 도요히로(1990년)
1980년대에 LE-5 로켓 엔진 개발에 성공한 우주 개발 사업단(NASDA)은 일본의 기술적 진보를 바탕으로, 순수 국산 액체 연료 로켓 개발에 착수했다. 1984년부터 개발이 시작된 H-II 로켓은 모든 것을 처음부터 다시 설계해야 했다. 특히, 1단 엔진 LE-7은 고압의 수소와 산소 가스 연소를 이용하는 이중 추진제 설계로, 진동에 의한 부품 파손, 재료 내구성 문제, 수소 누출로 인한 폭발 등 여러 기술적 난관에 직면했다.[2] 이러한 문제들을 해결하는 데 상당한 시간이 소요되었다. 한편, 우주과학연구소(ISAS)에서 연구해 온 고체 추진 로켓 기술을 활용하여 고체 추진 로켓 부스터 개발도 병행되었다. 10년간의 개발 끝에, 1994년 2월 4일, H-II 로켓 1호기가 발사되었다. 당초 2월 3일 발사 예정이었으나, 페어링의 공조 덕트가 발사대에서 떨어져 나가면서 하루 연기되었다.[2][36]
한편, 우주과학연구소는 1989년 우주 개발 정책 대강의 변경으로 대형 로켓 개발이 가능해짐에 따라, 1990년부터 행성 간 탐사를 위한 고체 추진 로켓 개발에 착수했다. 그러나 로켓 엔진 개발 문제로 인해 M-V 로켓 개발은 지연되었고, 1997년에야 완성되었다. 이로 인해 화성 탐사선 노조미의 발사가 2년 연기되기도 했다.
1990년, 일본은 미국의 무역 정책인 슈퍼 301조 적용을 받게 되면서, 국내에서 사용하는 실용 위성도 국제 경쟁 입찰을 해야만 했다. 이로 인해 발사 비용이 저렴한 미국산 로켓이 많이 채택되었고, 소량 생산으로 고비용인 일본산 위성은 히마와리 5호의 후속기처럼 미국에서 완제품을 구매하는 상황이 발생했다.[2][36] 미도리와 같은 환경 관측 위성[16]이나 하루카와 같은 천문 위성 등 과학 위성 및 실험 위성은 일본 로켓으로 발사되어 큰 성과를 거두었지만, 상업 위성 발사가 해외로 유출되면서 일본은 로켓 상업 발사 실적을 쌓을 수 없게 되었다.
1990년대 후반부터 2000년대 초반, 일본의 우주 개발은 여러 난관에 직면했다. H-II 로켓은 5호기와 8호기가 연속으로 발사에 실패했고, M-V 로켓 4호기 또한 발사에 실패했다.[1][46] 화성 탐사선 노조미는 화성 궤도 진입에 실패했다. 이러한 실패와 행정 개혁의 움직임이 맞물려, 정부는 우주 기관 통합을 제안했다. 조직 간 연계 강화, 기능 중점화, 조직 체제 효율화를 목표로, 우주 개발 사업단은 H-II 로켓 발사 실패를 반성하고 로켓 재설계 및 간소화를 통해 2001년 H-IIA 로켓 첫 발사를 성공시켰다. 그러나 2003년 10월 1일, 우주과학연구소(ISAS), 우주개발사업단(NASDA), 항공우주기술연구소(NAL)가 통합되어 일본 우주 항공 연구 개발 기구(JAXA)가 발족되었다.[17][48]
H-IIA는 신뢰성 향상과 비용 절감을 위해 재설계된 H-II 로켓의 파생형이다. 우주항공연구개발기구(JAXA) 설립 직후 6번째 H-IIA 발사가 실패했지만, 이후 일련의 성공적인 발사가 이어졌다.[19]2009년에는 H-IIA보다 더 높은 탑재 능력을 갖도록 개발된 H-IIB 로켓이 국제 우주 정거장에 장비와 물품을 보내기 위해 성공적으로 발사되었다.[19]M-V 고체 연료 로켓보다 더 쉽고 저렴하게 소형 위성을 발사하기 위해 엡실론 로켓도 개발되어, 2013년에 첫 번째 성공적인 발사를 했다.[20][21]
1998년 북한 미사일 시험 발사 이전에는 정찰 위성이 발사된 적이 없었으나, 2008년 일본 우주법 개정으로 정찰 및 미사일 방어 목적으로 군사 위성의 배치가 허용되었다.[23][52] 이러한 변화는 냉전 종결 후 유럽, 중국, 인도 등 각국의 우주 개발 진전에 따라 국제 환경이 변화하면서 일본 독자적인 우주 개발의 의의도 변화했기 때문이다.
최근 몇 년간 가장 큰 성공은 하야부사 샘플 반환 임무였다. 하야부사는 25143 이토카와에서 샘플을 가지고 2010년에 지구로 귀환하였으며,[24] 이는 세계 최초의 성공적인 소행성 샘플 반환 임무가 되었다.[25] 아카츠키 우주선은 2010년 5월에 발사되어 2015년 12월에 일본 최초의 금성 탐사선이 되었다.[26]
2014년 6월, 문부과학성은 화성에 대한 우주 임무를 고려하고 있다고 밝혔으며, 무인 탐사, 유인 화성 임무, 장기적인 달 정착을 국제 협력과 지원을 모색할 목표로 제시했다.[27] 2021년 12월, 기시다 후미오 총리는 일본인 우주비행사가 2020년대 후반에 달에 착륙하는 것을 목표로 하고 있다고 밝혔다.[28] 일본은 달 탐사를 추진하기 위해 아르테미스 계획에 참여할 것이다.[28]
2023년 2월, JAXA는 발사 직후 로켓의 속도가 감소하여 로켓을 파괴해야 했다. 이는 H3 로켓의 발사가 결함이 있는 로켓 부스터로 인해 이전에 연기되었기 때문이다.[29]
현재 진행 중인 우주 개발 계획으로는 H3 로켓,[83] SLIM,[82] 베피콜롬보,[81] 히노데의 후속 국제 공동 태양 관측 위성 계획인 SOLAR-C 등이 있다.
일본의 우주개발에는 저궤도 소형위성을 발사하기 위해서 개발된 고체연료 로켓과, 정지궤도 대형 실용위성을 발사하기 위해서 개발된 액체연료 로켓의 2개의 흐름이 있다.
'''람다 4S'''는 도쿄대학 우주항공연구소가 개발한, 일본 최초의 우주발사체이다. 4단 고체로켓이다. 1966년 9월 26일 초도비행했으며, 1970년 2월 11일 일본 최초의 인공위성 오스미 위성을 발사하는데 성공했다. 람다 4S는 미국의 스카웃로켓과 매우 흡사하다. 스카웃로켓은 고체연료를 기반으로 하는 세계 최초의 총 4단형 우주발사체로서, 1961년 2월에 궤도 비행을 성공, 무게 7 kg인 익스플로러 9호 인공위성을 발사했다.
람다 4S는 Pencil rocket의 개발로 시작되었다. 이후에는 8종류의 Mu rocket 시리즈로 대형화되었다. Mu rocket 시리즈의 마지막 모델이 '''M-V'''이다. 그러나, 일본은 우주개발사업 전반의 "고비용 저효율" 구조를 극복하지 못하고 결국 미국의 고체로켓모터인 캐스터120(SR-118)을 라이선스 생산하여 '''엡실론''' 로켓을 제작하게 되었다.
'''N-I/2'''는 일본의 액체연료기반 소형로켓으로, 미국의 델타 로켓을 라이선스 생산한 로켓이다. 일본 액체연료 로켓의 원형이라고 볼 수 있다. 1970년대에 비교적 기술적으로 난이도가 떨어지는 고체로켓 개발에는 성공한 일본이었지만, 기술적으로 난이도가 높은 액체연료로켓 개발은 오랜기간 미국에 의존하는 형태로 이뤄졌다. MTCR 체제가 구축되기 이전으로, 냉전시절 소련과 중국에 대항하기 위하여 미국이 일본의 로켓개발을 지원했다는 것이 정설이다. 일본은 무려 17년간에 걸쳐 미국 델타의 1단 엔진 MB-3-3(로켓다인LR-79)을 사용했다. 또한 군사용으로 전용가능한 캐스터 고체로켓모터 역시 고체부스터 형태로 라이선스 생산하였다. 캐스터120(SR-118)은 차후에 엡실론 로켓의 1단으로 사용된다. 일본의 우주개발이 처음부터 미국의 통제하에 진행되어 왔음을 알 수 있다.
'''H-I'''('''H-1)''')는 미국이 저작권을 갖고 있는 고체부스터와 1단 엔진, 일본의 2/3단 엔진으로 구성된 인공위성 발사용 액체연료기반의 소형로켓이다. N-1/2의 후속이다. 상징적인 면에서, 한국으로 치면 나로호에 해당한다. 후에 일본 자국산 로켓인 H-2로 대체되었다. 그러나 H-2는 기술적인 안정화에 실패하였다. 결국 미국산 부품 등을 다시 도입하여 기술적으로 완성도를 높였고, 이 발사체가 H-2A/B이다. H-I의 1단 엔진은 원래 미국이 델타 1000을 위해 개발했던 토르-ELT(로켓다인LR-79) 엔진이었다. 2단 엔진은 일본이 독자 개발한 LE-5 엔진을 사용했다. 정지 천이 궤도로 위성을 보내기 위해서는 닛산에서 개발한 UM-129A 고체로켓모터를 3단으로 사용했다. 위성의 무게에 따라서 6개 또는 9개의 미국 캐스터 고체로켓모터를 부스터로 사용하였다.
'''H-II(H-2)'''는 정지궤도 위성을 발사할 목적으로 개발된, 일본의 액체연료기반 중형발사체이다. H-1의 후속이다. H-1 개발에 이르러, 일본은 로켓 상단의 엔진(LE-5) 개발에 성공하였다. 1단 엔진인 LE-7은, 가스발생 사이클방식의, 액체수소를 연료로 사용하는 미국의 로켓다인 J-2 계열 엔진을 구입하여 다단연소사이클 방식으로 개량한 것으로 추측된다. 1단 엔진 개발의 노하우가 전혀 없었던 일본이, 당시 최고 성능의 엔진을 개발(제작)하고자 하였기 때문에, 엔진의 개발만으로 10년이나 걸렸다. 이마저 결국 실패, 설계미스에 의한 터보펌프 이상으로 이어졌다. 이는 로켓의 비행중 추락으로 이어졌다. 납땜 실수로 엔진에 불이 붙기도 하였다. 결국, 폭등하는 개발비와, 기술적 안정화 실패로 인하여 H-2는 퇴역하였다. 이후 미국산 등의 부품을 토대로 기술적 안정화를 확보한 것이 H-2A이다.
'''H-IIA(H-2A)'''는 정지궤도 위성을 발사할 목적으로 기존의 H-2를 개량한, 일본의 액체연료기반 중형발사체이다. H-2를 전체적으로 재설계하였다. 사실상 '''기술적으로 안정화된 일본의 첫번째 자국산 로켓'''이다. 2001년에 최초로 발사되었다. 주력 1단 엔진 LE-7A는, 기술적으로 불안정한 엔진 LE-7을, 미국의 기술원조를 토대로 개량한 것으로 추측된다. 1단 산화제 및 연료탱크는 독일 MT 에어로스페이스가 공급하고, 2단 산화제 및 연료탱크는 미국 보잉사가 공급한다. 고체연료부스터(SRB)는 미국 티오콜(현재는 노스럽그루먼)이 공급하는 캐스터120(SR-118)이다. 이는 소형 고체발사체 엡실론 로켓의 1단 고체로켓모터로도 사용된다. 소형 보조 고체연료부스터(SSB) 역시 티오콜(노스럽그루먼)이 공급하는 캐스터4이다. 매우 고가였기 때문에 수입을 멈추었다.
'''H-IIB(H-2B)'''는 H-IIA(H-2A)를 개량한, 일본의 액체연료기반 중형발사체이다. 일본의 우주발사체중 가장 대형이었다. H-2A에서 달라진 점은, 1단 엔진이다. 즉, H-2A의 1단 엔진은 추력 100t급의 미쓰비시 LE-7A 엔진 1개를 사용하나, H-2B는 2개를 사용했다. H-2B는 총 9기 발사되어 모두 성공했다. 그러나, 일본 우주산업의 고질적인 문제점으로 지적되고 있는 "고비용 저효율" 구조를 극복하고자, H-2B는 2020년 5월 20일 (UTC) HTV-9 호기 발사를 마지막으로 퇴역하였고, 그 후속으로 H3가 개발중이다.
'''H3'''는 H-2A의 후속 발사체이다. 2023년 2월 17일 첫 시험 발사에 실패하였다. 전기계통 이상으로 인한 고체부스터(SRB-3)의 정상적인 연소 실패가 원인이었다. 첫 시험 발사는 메인 엔진과 부스터가 점화를 하고, 카운트다운에 들어갔기 때문에 명확하게 실패이다. 기상악화, 또는 기계 이상을 미연에 확인하여 발사를 연기하는 것을 취소 또는 중지라고 한다. "발사가 되지 않았기 때문에 첫 시험 발사는 실패가 아닌 중지" 라는 JAXA의 기괴한 궤변은 빈축을 사기도 하였다. 오히려 발사 실패를 강조하는 기자가 비난받는 등 소란이 있기도 하였다. 요미우리, 도쿄 신문 등은 첫 시험 발사를 "발사 실패" 로 규정하였다. 2023년 3월 7일의 2차 시험 발사 역시 실패하였다. 2단 엔진 점화의 실패가 원인이었다. 로켓은 결국 절차에 따라 폭파시켰다. 신형 로켓의 시험 발사임에도 불구하고, 380억엔 상당의 최신 광학위성(ALOS-3)을 탑재하는 황당함을 보여주었다. 물론 위성도 함께 폭파되었다. 발사비용 100억엔을 아끼려고 하다가 380억엔을 허공에 버린 셈이다. 일반적으로, 신형 로켓의 시험 발사에는 더미위성이 탑재되며, 로켓이 기술적으로 안정화되면 실제 위성이 탑재된다.
'''H3'''에는 H-2A/B의 코어 엔진인 LE-7A와는 다른, 새로이 개발된 LE-9 엔진이 1단에 적용된다. 경제성을 고려한 설계로, 고비용 설계의 원인이었던 기존 LE-7A에 적용된 다단연소사이클 방식을 버렸다. 설계의 단순화를 토대로 추력은 100t급인 LE-7A보다 큰 150t급으로 확장하였다. 팽창식 블리드 사이클이라는 일본 독자의 설계를 채용하였으나, 그 성능은 아직 검증되지 않았다. 개발에 난항이 있었고, 재설계를 거쳤다. 액체수소연료를 사용하는 동급의 엔진으로는 프랑스(ESA)의 벌케인2가 있다. 프랑스는 벌케인1을 1996년에 첫 비행시켰으며, 그로부터 9년 뒤인 2005년에 벌케인2를 비행시켰다. H3의 고체부스터(SRB)로는 미국 티오콜(노스럽그루먼)의 라이선스 생산인 SRB-A3를 개량한, SRB-3가 사용된다. 로켓 생산 방식에 있어서는 H-2A/B보다 더욱 외국(미국)에 의존하는 방식을 채택한다. H3는 H-2A/B에서 기술적으로 도약한 모델은 아니다. 오히려 경제성을 중요시한 설계였으나, 액체수소연료를 사용하는 점과, 고체부스터에 의존하는 구식 설계는 H3의 상업성을 매우 취약하게 만드는 한계점이다. JAXA 등은 H-2A에 비해 H3의 생산비용을 절반으로 떨어뜨려 세계 상업용 시장에 투입하겠다는 목표를 세우고는 있으나, 목표치의 생산비용을 달성하여도 스페이스X의 펠컨9보다 2배에 육박한다. H3는 결국 구조적 한계를 극복하지 못하고, H-2, H-2A/B와 함께 일본 자국내 위성수주용 로켓으로만 사용될 가능성이 매우 크다. 프랑스(ESA) 역시 H3와 구조적으로 매우 흡사한 아리안6를 새롭게 개발중이나, 액체수소연료를 사용하는 구식설계의 한계점을 인식하고 메테인을 연료로 사용하는 프로메테우스 엔진(추력 100t급)을 2017년부터 개발중에 있으며, 이를 토대로 재사용 발사체 개발을 서두르고 있다. 프랑스(ESA)가 개발중인 재사용 발사체(아리안 넥스트)는, 그 설계 방식과 개발 일정에 있어서 한국의 차세대 발사체 개발사업과 매우 흡사하다. 액체수소연료를 기반으로 하는 로켓의 종주국 미국은, 이미 자국의 주력 로켓 포트폴리오에서 액체수소 기반의 델타를 퇴역시켰다.
이외에도, 일본 JAXA는 우주실험 시설 키보와, 우주화물선HTV를 운용하고 있으며, 2010년 6월 하야부사가 세계 최초로 달 이외의 천체 물질 (소행성25143 이토카와의 물질)을 채취 해 지구로 귀환했다. 2010년 7월 이카로스가 세계 최초로 우주 공간에서 태양 범선 추진을 성공시켰다
로켓의 역사
1955년 3월 11일 Pencil 로켓 계열 최초발사. 일본의 우주 개발의 시작. 일본이 개발한 최초의 시험 로켓. 고체연료.
1955년 8월 23일 Baby 로켓 계열 최초발사. 일본이 개발한 최초의 관측 로켓. 고체연료.
1956년 9월 24일 Kappa 로켓 계열 최초발사. 1988년까지 운용되었다. 고체연료.
1963년 8월 10일 LS-A 로켓 최초발사. 일본이 개발한 최초의 시험용 액체연료 로켓.
1963년 8월 24일 Lambda 로켓 계열 최초발사. 고체연료.
1966년 10월 31일 Mu 로켓 계열 (M-1 로켓) 최초발사. 고체연료. |70px]] 닛산 자동차 우주항공사업부.
1968년 9월 19일 LS-C 로켓 최초발사 . 시험용 액체연료 로켓.
1969년 8월 17일 M-3D 로켓 최초발사. Mu 로켓 최초의 인공위성 궤도 진입시도. 닛산 자동차 우주항공사업부.
1970년 2월 11일 람다 4S 발사성공. 일본이 개발한 처최의 인공 위성 로켓. 닛산 자동차 우주항공사업부.
1971년 2월 16일 M-4S 로켓 최초발사. 닛산 자동차 우주항공사업부.
1974년 2월 16일 M-3C 로켓 최초발사. 닛산 자동차 우주항공사업부.
1974년 9월 2일 ETV 로켓 최초발사. 시험용 액체연료 로켓.
1975년 9월
2. 1. 여명기 (1950년대 ~ 1960년대 초)
제2차 세계 대전 이후, 미국의 일본 점령 하에 항공기 개발이 금지되었으나, 1951년 샌프란시스코 강화 조약 체결 이후 항공 기술 개발이 다시 허용되었다.[2][3]도쿄 대학의 이토카와 히데오 교수는 대학 산업과학연구소에 항공 연구 그룹을 설립, 1955년 4월 12일 도쿄고쿠분지에서 펜슬 로켓을 수평 발사하는 데 성공했다.[4][5] 로켓의 길이는 23cm, 직경은 1.8cm였다.[4][5]
펜슬 로켓 실험은 일본 최초의 로켓 실험이었으며, 초기에는 로켓 추진 항공기 개발에 초점이 맞춰져 있었다.[6] 그러나 일본이 국제 지구 관측년(IGY)에 참여하면서 로켓 프로젝트는 우주 공학으로 방향을 전환했다.[6]
펜슬 로켓은 여러 차례 개량을 거치면서 크기가 커져 고쿠분지 내 실험이 위험해지자, 발사 장소를 아키타현 미치카와 해변(아키타 로켓 실험장)으로 옮겼다.[7] 이후 더 큰 베이비 로켓이 개발되어 6km 고도에 도달했다.[1] 베이비 로켓 개발 이후에는 풍선에서 발사하는 로쿤형 로켓과 지상 발사 로켓 개발이 병행되었으나, 로쿤 개발은 난항으로 중단되었다.[1][8] 지상 발사 로켓 중 카파 로켓은 가장 성공적인 로켓으로, 점차 더 높은 고도에 도달했다.[1]
1958년, 카파 6 로켓은 40km 고도에 도달, 수집된 데이터를 통해 일본은 국제 지구 관측년(IGY)에 참여했다.[39] 1960년에는 카파 8 로켓이 200km 고도를 돌파했다.[40] 더 큰 로켓 개발을 위해서는 넓은 낙하지점이 필요했고, 동해에 접한 아키타현의 기존 부지는 부적합하다고 판단되어 가고시마현 우치노우라에 태평양 연안의 새로운 발사 장소(우치노우라 우주 공간 관측소)가 건설되었다.
2. 2. 초기 발전 (1960년대 ~ 1970년대 초)
일본의 초기 우주 개발은 1950년대 중반 도쿄 대학 생산기술연구소의 이토카와 히데오 교수가 주도한 펜슬 로켓 실험에서 시작되었다.[7] 펜슬 로켓은 수평 발사 실험을 거쳐 점차 대형화되었고, 이에 따라 실험 장소는 아키타현 미치카와 해안으로 옮겨졌다.[39] 펜슬 로켓 이후 베이비 로켓이 개발되어 고도 6km에 도달했으며, 이후 로쿤 개발이 시도되었으나 난항을 겪었다.[1][8][40] 지상 발사형 카파 로켓은 점차 개량을 거듭하여 1958년 카파 6형이 고도 40km에 도달, 일본은 국제 지구 관측년(IGY)에 참여할 수 있었다.[39] 1960년 카파 8형은 고도 200km를 넘어섰다. 로켓 대형화에 따라 동해에 접한 아키타현의 발사장은 부적합해졌고, 가고시마현 우치노우라에 새로운 발사장이 건설되었다.
1960년대 일본의 우주 개발은 위성 발사 시스템 개발에 집중되었다. 람다 로켓 개발 계획이 수립되었고, 과학기술청은 카파 로켓 발사 연구를 통해 기술 정보를 수집했다. 1963년, 과학기술청은 국립 항공 연구소(NAL)를 국립 항공 우주 연구소로 개편하여 우주 기술 연구를 담당하게 했으나, 자원 부족으로 1964년 분리되어 NAL은 항공 기술, 우주 개발 추진 본부는 우주 기술을 담당하게 되었다.[2][36] 같은 해, 도쿄 대학은 우주 항공 과학 연구소를 설립했다.[9]
람다 로켓 개발은 더디게 진행되었지만, 점진적인 개선을 통해 고도 2000km에 도달하는 등 위성 발사에 필요한 기술을 축적해 나갔다. 그러나 일본 사회당은 로켓 유도 제어 기술이 군사 기술로 전용될 수 있다고 문제 제기했고[41] (실제로 카파 로켓 기술이 해외에서 군사 전용된 사례가 있다), 이는 일본 최초의 인공위성이 무유도 방식으로 궤도에 진입해야 하는 제약으로 이어졌다. 또한 어업 관계자와의 갈등으로 개발이 일시 정체되기도 했다. 람다 로켓은 4번의 궤도 진입 실패를 겪었으나,[36] 이는 잔류 연료 연소로 인한 부품 충돌이 원인으로 밝혀졌다.
1970년 2월 11일, 무유도 L-4S 로켓 5호기에 의해 일본 최초의 인공위성 오스미 발사에 성공했다.[10][42] 오스미 발사는 미국과의 기술 협력, 특히 고온에서도 작동하는 고효율 배터리 개발에 중요한 진전이었다.[11][43]
2. 3. 발전과 상업화 (1970년대 ~ 1990년대)
1969년, 우주 개발 추진 본부는 우주과학연구소(ISAS)와 별개의 기관인 국립우주개발기구(NASDA)로 개편되었다.[12] NASDA는 실용적이고 상업적인 용도로 더 큰 위성을, ISAS는 더 작은 과학 위성을 발사하는 데 집중했다.[12]
NASDA는 초기에 "Q 로켓"이라는 자체 고체 연료 발사체를 개발할 계획이었으나, 실용 로켓의 긴급한 필요성 때문에 미일 우주 협정을 체결하고 미국으로부터 기술을 도입했다.[12]델타 로켓의 1단계 액체 연료 엔진을 활용하여 N-I 로켓을 개발했다.[12] 그러나 N-I 로켓의 궤도 탑재량은 낮았고, 위성 제조 능력도 미국에 비해 부족했다. 1977년 더 많은 기술이 미국으로부터 이전되었고, 정지 궤도 기상 위성 히마와리 1호가 미국 로켓을 사용하여 발사되었다.[14] 사쿠라, 유리 위성도 미국 로켓으로 발사되었다.[14] N-I 로켓 개발을 통해 NASDA는 점차 기술을 습득했고, 히마와리 2호 이후 일본의 위성 생산 속도가 증가했다.[14]
이후, 더 큰 위성의 요구를 충족시키기 위해 NASDA는 N-II 로켓 개발을 시작했다.[2] 2단계는 노크다운 키트로 변경되었다.[2] N-II 로켓은 미국의 델타 로켓을 라이선스 생산하고 미국 부품을 노크다운 생산하여 품질은 높았지만, 원지점 킥 모터와 같은 부품은 블랙 박스 시스템이어서 개선에 필요한 정보를 얻기 어려웠다.[2] 따라서 일본은 독자적으로 로켓 전체를 개발할 필요성을 느꼈고, 국내 개발이 시작되었다.[2]
새롭게 개발된 H-I 로켓은 2단계에서 액체 연료 LE-5 로켓 엔진을 사용했다.[1] LE-5는 고효율 액체 수소와 산소 추진제를 사용하고 재점화가 가능하여 N-II 상단보다 더 강력했다.[1] H-I 로켓은 500 kg 이상의 물체를 정지 궤도에 발사할 수 있었다.[1] NASDA가 생산한 로켓은 상업 위성, 통신 위성, 방송 위성, 기상 위성 등을 발사하는 데 사용되었다.[1] 9개의 H-I 로켓이 제조되었고, 모두 성공적으로 발사되어 일본이 여러 위성을 동시에 성공적으로 발사한 첫 번째 사례가 되었다.[1]
한편, ISAS는 1969년 우주 개발 사업단으로 조직화 되기 이전부터 니이지마에서 실험을 진행했고 독자적인 로켓 기지를 가지려 했지만, 안보 투쟁 시대에 방위청의 미사일 기지에 대한 반대 운동이 일어나 다네가시마를 로켓 발사 기지로 이전했다.[36] 1970년대부터 정밀한 로켓 개발을 시작하여, M-4S 로켓을 개발했다.[12] 초기 실패에도 불구하고, 이후 버전은 궤도 진입에 성공하여 무 로켓 계열의 기반이 되었다.[12] 이후, 무 로켓은 시스템 단순화를 위해 4단 로켓에서 3단으로 변경되었고, M-3C가 개선되었다.[12] 모든 단계는 M-3S 로켓과 함께 작동할 수 있었으며, 이 기술은 궤도에 성공적으로 위성을 발사하여 매번 더 높은 고도에 도달하는 결과를 가져왔다.[12]
이러한 로켓으로 공학 시험 위성 탄세이 및 교코, 오조라와 같은 대기 관측 위성과 하쿠초, 히노토리와 같은 X선 천문 위성 등 많은 과학 위성이 발사되었다.[12] ISAS의 M-3SII 로켓 개발이 완료되었다.[12] 이 로켓은 동급 최초의 고체 연료 로켓이었으며, 할리 아르마다 위성 사키가케와 스이세이를 싣고 지구 중력을 벗어났다.[12] M-3SII는 잇따라 발사되는 위성의 기술을 확립했다.[12]
더 큰 고체 연료 로켓인 M-V 로켓은 1997년에 등장했다.[13] ISAS는 정부에 향후 10년 동안 로켓 직경을 1.4m 이상으로 늘리는 것이 기술적으로 불가능할 것이라고 보고했다.[13] 이는 NASDA가 이 크기를 결정했고, 국회가 그 위에 추가적인 제한을 가하여 크기를 늘리는 것이 어려워졌기 때문이다.[13]
일본은 유인 우주 비행 기술을 개발하지 않았다.[15] 모리 마모루는 NASA와 협력하여 1990년에 최초의 일본인 우주 비행사가 될 예정이었으나,[15] 우주 왕복선의 상황으로 인해 민간인인 아키야마 도요히로가 소유즈 TM-11을 타고 우주로 간 최초의 일본인이 되었다.[15] 모리는 결국 1992년 STS-47에 탑승했다.[15]
2. 4. 대형 로켓 개발과 문제점 (1990년대 ~ 2000년대 초)
1980년대에 LE-5 로켓 엔진 개발에 성공한 우주 개발 사업단(NASDA)은 일본의 기술적 진보를 바탕으로, 순수 국산 액체 연료 로켓 개발에 착수했다. 1984년부터 개발이 시작된 H-II 로켓은 모든 것을 처음부터 다시 설계해야 했다. 특히, 1단 엔진 LE-7은 고압의 수소와 산소 가스 연소를 이용하는 이중 추진제 설계로, 진동에 의한 부품 파손, 재료 내구성 문제, 수소 누출로 인한 폭발 등 여러 기술적 난관에 직면했다.[2] 이러한 문제들을 해결하는 데 상당한 시간이 소요되었다. 한편, 우주과학연구소(ISAS)에서 연구해 온 고체 추진 로켓 기술을 활용하여 고체 추진 로켓 부스터 개발도 병행되었다. 10년간의 개발 끝에, 1994년 2월 4일, H-II 로켓 1호기가 발사되었다. 당초 2월 3일 발사 예정이었으나, 페어링의 공조 덕트가 발사대에서 떨어져 나가면서 하루 연기되었다.[2][36]
한편, 우주과학연구소는 1989년 우주 개발 정책 대강의 변경으로 대형 로켓 개발이 가능해짐에 따라, 1990년부터 행성 간 탐사를 위한 고체 추진 로켓 개발에 착수했다. 그러나 로켓 엔진 개발 문제로 인해 M-V 로켓 개발은 지연되었고, 1997년에야 완성되었다. 이로 인해 화성 탐사선 노조미의 발사가 2년 연기되기도 했다.
1990년, 일본은 미국의 무역 정책인 슈퍼 301조 적용을 받게 되면서, 국내에서 사용하는 실용 위성도 국제 경쟁 입찰을 해야만 했다. 이로 인해 발사 비용이 저렴한 미국산 로켓이 많이 채택되었고, 소량 생산으로 고비용인 일본산 위성은 히마와리 5호의 후속기처럼 미국에서 완제품을 구매하는 상황이 발생했다.[2][36] 미도리와 같은 환경 관측 위성[16]이나 하루카와 같은 천문 위성 등 과학 위성 및 실험 위성은 일본 로켓으로 발사되어 큰 성과를 거두었지만, 상업 위성 발사가 해외로 유출되면서 일본은 로켓 상업 발사 실적을 쌓을 수 없게 되었다.
1990년대 후반부터 2000년대 초반, 일본의 우주 개발은 여러 난관에 직면했다. H-II 로켓은 5호기와 8호기가 연속으로 발사에 실패했고, M-V 로켓 4호기 또한 발사에 실패했다.[1][46] 화성 탐사선 노조미는 화성 궤도 진입에 실패했다. 이러한 실패와 행정 개혁의 움직임이 맞물려, 정부는 우주 기관 통합을 제안했다. 조직 간 연계 강화, 기능 중점화, 조직 체제 효율화를 목표로, 우주 개발 사업단은 H-II 로켓 발사 실패를 반성하고 로켓 재설계 및 간소화를 통해 2001년 H-IIA 로켓 첫 발사를 성공시켰다. 그러나 2003년 10월 1일, 우주과학연구소(ISAS), 우주개발사업단(NASDA), 항공우주기술연구소(NAL)가 통합되어 일본 우주 항공 연구 개발 기구(JAXA)가 발족되었다.[17][48]
2. 5. 기관 통합 이후 (2000년대 초 ~ 현재)
H-IIA는 신뢰성 향상과 비용 절감을 위해 재설계된 H-II 로켓의 파생형이다. 우주항공연구개발기구(JAXA) 설립 직후 6번째 H-IIA 발사가 실패했지만, 이후 일련의 성공적인 발사가 이어졌다.[19]2009년에는 H-IIA보다 더 높은 탑재 능력을 갖도록 개발된 H-IIB 로켓이 국제 우주 정거장에 장비와 물품을 보내기 위해 성공적으로 발사되었다.[19]M-V 고체 연료 로켓보다 더 쉽고 저렴하게 소형 위성을 발사하기 위해 엡실론 로켓도 개발되어, 2013년에 첫 번째 성공적인 발사를 했다.[20][21]
1998년 북한 미사일 시험 발사 이전에는 정찰 위성이 발사된 적이 없었으나, 2008년 일본 우주법 개정으로 정찰 및 미사일 방어 목적으로 군사 위성의 배치가 허용되었다.[23][52] 이러한 변화는 냉전 종결 후 유럽, 중국, 인도 등 각국의 우주 개발 진전에 따라 국제 환경이 변화하면서 일본 독자적인 우주 개발의 의의도 변화했기 때문이다.
최근 몇 년간 가장 큰 성공은 하야부사 샘플 반환 임무였다. 하야부사는 25143 이토카와에서 샘플을 가지고 2010년에 지구로 귀환하였으며,[24] 이는 세계 최초의 성공적인 소행성 샘플 반환 임무가 되었다.[25] 아카츠키 우주선은 2010년 5월에 발사되어 2015년 12월에 일본 최초의 금성 탐사선이 되었다.[26]
2014년 6월, 문부과학성은 화성에 대한 우주 임무를 고려하고 있다고 밝혔으며, 무인 탐사, 유인 화성 임무, 장기적인 달 정착을 국제 협력과 지원을 모색할 목표로 제시했다.[27] 2021년 12월, 기시다 후미오 총리는 일본인 우주비행사가 2020년대 후반에 달에 착륙하는 것을 목표로 하고 있다고 밝혔다.[28] 일본은 달 탐사를 추진하기 위해 아르테미스 계획에 참여할 것이다.[28]
2023년 2월, JAXA는 발사 직후 로켓의 속도가 감소하여 로켓을 파괴해야 했다. 이는 H3 로켓의 발사가 결함이 있는 로켓 부스터로 인해 이전에 연기되었기 때문이다.[29]
현재 진행 중인 우주 개발 계획으로는 H3 로켓,[83] SLIM,[82] 베피콜롬보,[81] 히노데의 후속 국제 공동 태양 관측 위성 계획인 SOLAR-C 등이 있다.
3. 일본의 우주 개발 정책
3. 1. 목표
일본은 "안전하고 풍요로운 사회"를 실현하기 위해 우주 항공 기술을 적극적으로 활용하고자 한다.[54] JAXA의 장기 비전에 따르면, 자연재해 및 환경 문제에 도움이 되는 시스템 구축, 행성 및 소행성 탐사의 고도화와 달 이용을 위한 기술 연구, 안정적인 수송을 위한 신뢰성 향상 및 유인 우주 활동 관련 연구, 우주 산업의 기간 산업화 등이 포함되어 있다.[54]
일본 내각부 우주 정책 위원회가 2017년에 책정한 "우주 산업 비전 2030"에서는 우주 이용 산업을 포함한 우주 산업 전체의 시장 규모(당시 1.2조 엔)를 2030년대 초반까지 두 배로 확대하는 것을 목표로 하고 있다.[55]
3. 2. 예산
2008년 우주 기본법 시행 이후, 일본의 우주 개발 예산 분배는 내각을 통해 이루어지고 있으며, 2009년 이후 당초 예산과 수정 예산의 합계는 약 3,000억 엔 규모이다.[56][57] 과학 연구 목적 우선, 높은 인건비 등으로 인해 발사 비용이 높다는 문제가 제기되어 왔다.[58]
이러한 문제 해결을 위해 발사 비용 절감 노력이 이루어졌다. H-IIA는 H-II에 비해 발사 비용을 190억 엔에서 120억 엔 ~ 80억 엔 정도로 낮추었다. 더 저렴한 가격으로 발사가 가능한 엡실론 로켓이 운용되고 있으며, 기체 자기 점검 등의 자동화를 통해 비용 절감이 이루어지고 있다.
우주항공연구개발기구(JAXA)의 예산은 세 기관 통합, 정보 수집 위성 예산 추가 등의 영향으로 감소 추세에 있다.[59] 2010년 JAXA의 연간 예산은 약 1,800억 엔, 인원은 약 1,600명으로, 미국 항공 우주국(NASA)의 약 10분의 1, 유럽 우주 기구(ESA)의 2분의 1 이하이다.[60] 2005년 기준, 해외 군사용 위성 비용을 포함한 우주 개발비 전체와 비교하면 미국의 15분의 1 이하, 유럽 국가들의 3분의 1 이하 규모이다.[61]
높은 인건비, 상업적 성공 미흡 등으로 인해 자금 조달 면에서 불리하며, 시험 발사 및 실패가 어려운 상황이다. 절약을 위한 설계가 오히려 문제를 야기하는 경우도 있다. 예를 들어, SRB-A는 초기에는 저렴한 원추형 노즐을 사용했지만, 안전성을 위해 종형으로 변경되었다. 관 수요 부족과 민간 수요 미확보로 인해 민간 기업들이 우주 산업에서 철수하고 있으며, 향후 부품 조달에 어려움을 겪을 가능성이 제기되고 있다.[62]
3. 3. 홍보
JAXA는 우주 개발에 대한 이해를 높이기 위해 국민 및 민간 사업자를 대상으로 인터넷 등을 통한 정보 공개를 실시하고 있다. 간행물, 인쇄물, 온라인 통신, 시설 공개 등 다양한 수단을 통해 홍보 활동을 전개하고, 쌍방향 교류 시스템을 구축하는 등 다각적인 노력을 기울이고 있다. 이러한 활동은 미디어 보도 횟수 증가로 이어져, 예산 증가 없이도 인지도 향상과 부정적 이미지 감소에 기여하고 있다.
JAXA의 주요 홍보 시설로는 우주과학기술관이 있다. 도쿄에는 JAXAi가 있었으나, 2010년에 폐관되었다.
로켓 발사 시에는 발사장을 방문하는 사람들이 많아 지역 경제 활성화에 기여하고 있으며, 현재는 인터넷을 통한 발사 중계도 활용되고 있다.
4. 일본의 우주 개발 조직
일본의 우주 개발은 2차 세계 대전 이전 항공기 개발에 주력했던 도쿄 대학 공학부의 부서인 도쿄 대학 제2공학부를 기원으로 하는 도쿄 대학 생산기술연구소의 연구 그룹에서 시작되었다. 일본국립항공우주연구소(NAL)는 1963년 항공 기술을 더욱 발전시키기 위해 출범했으며, 1964년 도쿄 연구 그룹은 도쿄 대학 우주 항공 연구소로 분리되어 대학 내의 별도 부서가 되었다. 1969년 일본 우주 개발 기구(NASDA)가 설립되었으며, 동시에 국립항공우주연구소는 기술 수출을 목표로 한 과학 연구를 전문으로 하기 시작했다. 1981년, NAL은 개편되어 우주과학연구소(ISAS)가 되었다.
1990년대와 2000년대 초반의 정부 개혁과 행정 변화의 추세는 일본 로켓의 여러 차례 발사 실패와 더불어 심화되었고, 이는 서로 다른 우주 기구 간의 협력을 강화할 필요성을 제기하여 이들 기관을 우주항공연구개발기구(JAXA)로 통합하게 했다.[17][30] 현재 JAXA는 문부과학성의 일부로 운영되며, 일본의 우주 개발을 책임지는 주요 기관이다.
일본의 우주 개발은 도쿄 대학 생산 기술 연구소의 한 연구반으로 시작되었으며, 그 기원을 거슬러 올라가면 전전에 항공기 개발을 하던 도쿄 대학 제2공학부를 기반으로 하고 있다. 이 연구반은 1964년에 도쿄 대학 우주 항공 연구소로 독립했다. 1963년에는 국가가 항공 우주 기술 연구소를 설립했고, 이에 따라 항공 기술은 항공 우주 기술 연구소가 담당하게 되었다. 1969년에 우주 개발 사업단이 설립되었고, 기술 수출 문제로 인해 우주 항공 연구소의 연구 개발은 과학 분야에 특화되었다. 이후 1981년에는 우주 항공 연구소가 개편되어 국립 우주 과학 연구소가 되었다. 1990년대부터 2000년대 초반에 걸쳐 진행된 정부 기구의 정리와 행정 개혁의 움직임에 로켓 발사 실패가 겹쳐, 각 조직 간의 연계 강화가 필요하게 되면서 이들 기관이 통일되어 문부과학성 산하의 우주 항공 연구 개발 기구(JAXA)가 설립되었다[35][66]。 2008년의 우주 기본법 제정 이후 우주 개발 관련은 내각의 우주 개발 전략 본부 등이 주도하고 있다.
우주 관측 분야에서는 독립 행정법인 자연 과학 연구 기구 국립 천문대 등과 공동으로 프로젝트를 진행하고 있다.
4. 1. 시설
일본에는 위성을 발사할 수 있는 다네가시마 우주 센터와 우치노우라 우주 공간 관측소 두 곳의 시설이 있다. 과거 NASDA가 개발한 액체 추진 로켓은 다네가시마에서 발사되었으며, 우치노우라 우주 공간 관측소는 고체 추진 로켓 발사 기지로 사용되었으며, 과거에는 ISAS가 관리했다.
로켓 시험 발사에 사용된 다른 시설로는 쓰쿠바 우주 센터, 가쿠다 우주 센터, 지구 관측 센터, 우수다 심우주 센터가 있다.
일본 최초의 로켓 발사장인 아키타 로켓 시험장의 기념비
과거에는 아키타 로켓 실험장과 가 있었다. 아키타 로켓 실험장은 1955년부터 1965년까지 도쿄 대학에서 시험 발사 시설로 사용했다. 이 부지는 국립 항공 우주 연구소에서 마지막으로 사용했으며, 현재는 그 부지를 기념하는 석조 기념물 외에는 아무것도 남아 있지 않다. 키쇼 로켓토 칸소쿠조/기상 로켓 관측소일본어는 1970년 4월 설립되어 2001년 3월 21일까지 총 1,119기의 MT-135P 로켓을 발사하는 데 사용되었다. 이 부지는 현재 대기질 측정을 위해 사용되고 있다.
니이지마 시험장은 1962년 3월 방위청 기술 연구 개발 연구소에서 설립했다.[31][32] 과학기술청은 방위청으로부터 토지와 시설을 임대하여 1963년부터 1965년까지 18차례의 소규모 로켓 발사 시험을 실시했다.[31][32] 좁은 발사대 때문에 대형 로켓의 시험은 적합하지 않았다.[31] 1969년, 방위청과 지역 주민 모두 NASDA가 니이지마에 자체 로켓 시험장을 건설하려는 계획에 반대했다. 대신 다네가시마 우주 센터가 건설되었다.[31]
다이키 항공 우주 연구장은 일본 우주 항공 연구 개발 기구 소유의 시설이지만, 2002년 3월부터 2003년 1월까지 실시된 CAMUI 로켓의 여러 발사 시험에서 볼 수 있듯이, 민간 기업의 이용도 허용된다.[33]
일본은 또한 남극 쇼와 기지를 운영하고 있다. 1970년부터 1985년까지 54개의 그룹에서 오존층 측정 및 오로라 관찰과 같은 목적으로 로켓을 발사했다.
4. 2. 관련 기업
일본의 우주 개발에는 여러 기업이 참여하고 있다. 로켓을 담당하는 미쓰비시 중공업, IHI, 인공위성을 담당하는 미쓰비시 전기, NEC는 통칭 "빅 4"라고 불린다.
이 외에도 대학 우주 공학 컨소시엄, 일본 로켓 협회, 일본 모델 로켓 협회, 홋카이도 우주 과학 기술 창성 센터, 우주 개발 협동조합 SOHLA, 우주 작가 클럽 등 민간 우주 단체들도 활동하고 있다.
5. 일본의 우주 개발 현황
일본의 로켓은 평화 이용의 목적으로 군사 기술과 완전히 분리되어 발전했으며, 탄도 미사일 기술로 연결된다고 여겨지는 재돌입 기술 또한 1994년에 발사된 류세이까지 보류되었고, 2000년대 초반까지 정찰 위성도 개발되지 않았다.[67] 이 때문에 로켓과 위성의 대부분이 과학 목적 또는 상업적 목적을 가지고 있다. 초기에는 관측 위성이 많았지만, 점차 통신 위성이나 행성 탐사선 등이 늘어나고 있으며, 특히 1990년의 미일 위성 조달 합의 이후에는 비용 면에서 실용 위성의 상업 수주도 어려운 상태에 놓이게 되어, 공학적인 면에서 선진적인 기술 시험 위성이 다수 발사되었다.
JAXA 등의 계획 관리는 NASA에서 행해지고 있던 PPP(Phased Project Planning, 단계적 계획 입안)를 도입한 형태가 되었다. 이는 연구에서 사양과 계획을 책정하는 "연구", 그것을 상세히 검토하여 실현 가능한 계획으로 바꾸는 "개발 연구", 실제로 실기를 제작하고 시험을 하는 "개발", 실제로 운용하는 "운용"으로 나뉘어져 있으며, 실제로 결정되고, 제작되는 것은 개발 단계부터이다.[68]。또한, 평가를 위해 더욱 세분화된 분류가 있다.[69]
일본의 우주 개발비는 비교적 저비용으로 이루어지고 있다. H-IIA까지의 로켓 개발 비용은 3900억 엔이며, 아리안 5의 개발 비용 80억 유로에 비해 저렴하다.[70] 위성에서도 개발비가 적기 때문에 다른 국가에 비해 시험기가 적고, 위성의 경우 하나의 위성으로 많은 실험을 하고 있다. 또한, 고장이 나도 잇따라 발사될 수 있는 상황이 아니기 때문에, 고장이 나더라도 실험을 지속할 가능성이 있으면 계속하고, 실패하더라도 다른 용도로 이용할 수 있는 경우에는 활용한다.
== 로켓 ==
일본의 인공위성 발사용 로켓 개발은 고체 연료 로켓과 액체 연료 로켓 개발이 병행되어 진행되어 왔다는 특징이 있다.[71] 1966년 최초의 인공위성 발사용 로켓인 L-4S 로켓 1호기 발사 이후, 2013년 9월까지 총 94기의 인공위성 발사용 로켓이 발사되어 82기가 성공, 87.23%의 성공률을 기록했다.[71] 2023년 1월 26일 기준 현역 로켓(H-IIA, Epsilon)의 성공률은 96.2%이다.
고체 로켓은 펜슬 로켓에서 이어지는 계보로, M-V를 거쳐 최신 기종인 Epsilon으로 이어지고 있다. 고체 로켓 기술은 액체 연료 로켓의 고체 연료 부스터(SRB, SRB-A)에도 활용되고 있다.
액체 로켓은 LE-7A 엔진이 주력 대형 로켓인 H-IIA와 H-IIB에 이용되고 있으며, 현재까지 엔진 문제로 인한 발사 실패는 없었다. 2013년에는 익스팬더 브리드 사이클 엔진을 이용하는 H3 로켓 개발이 결정되었다.[72]LNG 추진 계통에 대한 연구[72]와 재사용 로켓을 이용하는 방안도 연구되고 있다.[73]
기상 위성 히마와리는 매우 유명하다. 히마와리 1호는 1977년에 미국의 델타 로켓으로 발사되었으며, 이후 소규모 수정과 기능 고도화를 거치며 5호기까지 발사되었다. 2014년에는 히마와리 8호가, 2016년에는 히마와리 9호가 발사되었다[74]。
X선 천문학을 연구하는 학자들에 의해 발사가 기원된 X선 천문 위성은 첫 번째 발사에 실패했지만, 다시 발사되어 하쿠초로 명명되었다. 이 위성이 중성자성 등의 관측에서 많은 발견을 이루어낸 이후 X선 천문 위성은 끊이지 않고 발사되고 있다[75]。태양 관측 위성이나 전파 천문 위성도 발사되고 있다. 또한 지상의 천문대나 타국의 천문 위성 등과 협력하고 있다. 현재는 히노데, 히사키, 아라세 등이 운용되고 있으며, 2016년에는 히토미가 발사되었다.
전파를 시작으로 하는 지구 관측 위성은 교코나 지키켄 등의 지자기 관측으로 이어졌고, 대기 관측으로도 이어졌다. 지상을 관측하기 위한 위성도 기상 위성과 마찬가지로 발전했다. 현재는 다이치 2호가 육역 관측 외에도 재해 감시에 활용되고 있으며, 이부키가 이산화탄소 측정에 이용되고 있다[76]。
방송 위성은 대부분 해외에서 제작되었으며, 해외의 로켓으로 발사된 것을 이용하고 있다. 통신 위성으로는 키즈나를 개발하여 고속 인터넷 통신 등의 연구를 진행하고 있다. 2010년에는 도쿄 오가사와라 간 원격 의료에 이용하는 실증 실험을 실시했다[77]。
준천정 위성 미치비키는 2010년 9월 11일에 발사되었으며, 위성 측위 시스템 구축을 목표로 하고 있으며, 정부는 7기 체제를 목표로 하고 있다[78]。
미쓰비시전기는 해외 판매도 가능한 위성 버스DS2000을 개발했으며, 현재까지 12기의 인공 위성에 이용되고 있다.
== 우주 탐사선 ==
일본은 최근 원격 조작에 의한 행성 탐사에 중점을 두고 있다.[79] 2010년에는 하야부사가 소행성 조각 샘플을 지구로 가져오는 데 성공하여, 국민들의 관심을 행성 탐사로 이끌었다.[79] 한편, 화성 탐사선 노조미와 금성 탐사선 아카츠키는 궤도 진입에 실패했다.[79] 중력이 강한 행성에 진입할 때 사용하는 소형, 강력한 엔진 개발에 어려움이 있는 것으로 알려져 있다.[79]
화성 위성 탐사 계획(MMX)
* 화성 위성에 탐사선을 보내 샘플을 회수하는 계획. 하야부사의 기술 응용 등이 고려되고 있다.
LiteBIRD
* 우주 인플레이션 시기의 원시 중력파 탐색을 수행하는 계획.
목성권 탐사용 태양 전지 세일
* IKAROS 등의 기술을 응용하여 목성권을 탐사하는 계획.
SELENE-2
* 가구야의 후속기 계획. 빠르면 2014년경 예정이었지만[35], 계획의 앞날은 불투명하다. 달 표면에 착륙선을 강하시켜 무인 탐사선을 주행시키는 계획.
SPICA
* 아카리 후속의 국제 공동 적외선 천문 위성 계획. 2020년 중반경 완성을 목표로 하고 있다.
다이치 3호
* 다이치의 후속으로 계획되었던 지구 관측 위성. ASNARO나 정보 수집 위성 등과 경합했다. 2015년도부터는 첨단 광학 위성으로 계획이 진행되고 있다.
== 유인 우주 비행 ==
일본은 자체적으로 유인 발사를 수행하지 않고, 다른 나라의 유인 발사에 참여하는 방식을 취하고 있다.[80] 최초의 일본인 우주 비행은 1990년 소련의 소유스 우주선을 이용한 TBS의 아키야마 토요히로가 기록했다.[80]
1990년대부터는 미국항공우주국(NASA)과의 협력을 통해 많은 일본인 우주 비행사들이 우주로 진출했다. 특히 국제 우주 정거장(ISS) 계획에 참여하여 실험 모듈 일본 실험 모듈(키보)를 제작, 운영하면서 일본인의 우주 체류가 더 이상 드문 일이 아니게 되었다.[80]
우주 스테이션 보급기 등의 기술을 활용하면 유인 우주 비행이 가능할 것으로 보이지만,[80] 현재로서는 우주로 인간을 수송할 필요성이 크지 않고, 막대한 비용 문제 등으로 인해 유인 우주 비행 계획의 우선 순위는 낮은 상황이다.[80]
5. 1. 로켓
일본의 인공위성 발사용 로켓 개발은 고체 연료 로켓과 액체 연료 로켓 개발이 병행되어 진행되어 왔다는 특징이 있다.[71] 1966년 최초의 인공위성 발사용 로켓인 L-4S 로켓 1호기 발사 이후, 2013년 9월까지 총 94기의 인공위성 발사용 로켓이 발사되어 82기가 성공, 87.23%의 성공률을 기록했다.[71] 2023년 1월 26일 기준 현역 로켓(H-IIA, Epsilon)의 성공률은 96.2%이다.
고체 로켓은 펜슬 로켓에서 이어지는 계보로, M-V를 거쳐 최신 기종인 Epsilon으로 이어지고 있다. 고체 로켓 기술은 액체 연료 로켓의 고체 연료 부스터(SRB, SRB-A)에도 활용되고 있다.
액체 로켓은 LE-7A 엔진이 주력 대형 로켓인 H-IIA와 H-IIB에 이용되고 있으며, 현재까지 엔진 문제로 인한 발사 실패는 없었다. 2013년에는 익스팬더 브리드 사이클 엔진을 이용하는 H3 로켓 개발이 결정되었다.[72]LNG 추진 계통에 대한 연구[72]와 재사용 로켓을 이용하는 방안도 연구되고 있다.[73]
기상 위성 히마와리는 매우 유명하다. 히마와리 1호는 1977년에 미국의 델타 로켓으로 발사되었으며, 이후 소규모 수정과 기능 고도화를 거치며 5호기까지 발사되었다. 2014년에는 히마와리 8호가, 2016년에는 히마와리 9호가 발사되었다[74]。
X선 천문학을 연구하는 학자들에 의해 발사가 기원된 X선 천문 위성은 첫 번째 발사에 실패했지만, 다시 발사되어 하쿠초로 명명되었다. 이 위성이 중성자성 등의 관측에서 많은 발견을 이루어낸 이후 X선 천문 위성은 끊이지 않고 발사되고 있다[75]。태양 관측 위성이나 전파 천문 위성도 발사되고 있다. 또한 지상의 천문대나 타국의 천문 위성 등과 협력하고 있다. 현재는 히노데, 히사키, 아라세 등이 운용되고 있으며, 2016년에는 히토미가 발사되었다.
전파를 시작으로 하는 지구 관측 위성은 교코나 지키켄 등의 지자기 관측으로 이어졌고, 대기 관측으로도 이어졌다. 지상을 관측하기 위한 위성도 기상 위성과 마찬가지로 발전했다. 현재는 다이치 2호가 육역 관측 외에도 재해 감시에 활용되고 있으며, 이부키가 이산화탄소 측정에 이용되고 있다[76]。
방송 위성은 대부분 해외에서 제작되었으며, 해외의 로켓으로 발사된 것을 이용하고 있다. 통신 위성으로는 키즈나를 개발하여 고속 인터넷 통신 등의 연구를 진행하고 있다. 2010년에는 도쿄 오가사와라 간 원격 의료에 이용하는 실증 실험을 실시했다[77]。
준천정 위성 미치비키는 2010년 9월 11일에 발사되었으며, 위성 측위 시스템 구축을 목표로 하고 있으며, 정부는 7기 체제를 목표로 하고 있다[78]。
미쓰비시전기는 해외 판매도 가능한 위성 버스DS2000을 개발했으며, 현재까지 12기의 인공 위성에 이용되고 있다.
5. 3. 우주 탐사선
일본은 최근 원격 조작에 의한 행성 탐사에 중점을 두고 있다.[79] 2010년에는 하야부사가 소행성 조각 샘플을 지구로 가져오는 데 성공하여, 국민들의 관심을 행성 탐사로 이끌었다.[79] 한편, 화성 탐사선 노조미와 금성 탐사선 아카츠키는 궤도 진입에 실패했다.[79] 중력이 강한 행성에 진입할 때 사용하는 소형, 강력한 엔진 개발에 어려움이 있는 것으로 알려져 있다.[79]
5. 4. 유인 우주 비행
일본은 자체적으로 유인 발사를 수행하지 않고, 다른 나라의 유인 발사에 참여하는 방식을 취하고 있다.[80] 최초의 일본인 우주 비행은 1990년 소련의 소유스 우주선을 이용한 TBS의 아키야마 토요히로가 기록했다.[80]
1990년대부터는 미국항공우주국(NASA)과의 협력을 통해 많은 일본인 우주 비행사들이 우주로 진출했다. 특히 국제 우주 정거장(ISS) 계획에 참여하여 실험 모듈 일본 실험 모듈(키보)를 제작, 운영하면서 일본인의 우주 체류가 더 이상 드문 일이 아니게 되었다.[80]
우주 스테이션 보급기 등의 기술을 활용하면 유인 우주 비행이 가능할 것으로 보이지만,[80] 현재로서는 우주로 인간을 수송할 필요성이 크지 않고, 막대한 비용 문제 등으로 인해 유인 우주 비행 계획의 우선 순위는 낮은 상황이다.[80]
6. 군사적 이용
일본의 우주 개발 프로그램은 초기에는 상업적, 과학적 목적을 위해 개발되었으며, 군사 기술과는 분리되어 있었다.[34] 그러나 1998년 조선민주주의인민공화국의 미사일 발사 실험 이후, 일본은 독자적인 정찰 능력 보유 필요성을 느껴 정보 수집 위성 개발을 시작했다.[35] 이전에는 국회 결의로 정찰 위성 보유가 인정되지 않았으나, '정보 수집 위성'이라는 명목으로 2003년 첫 위성을 발사했다.[35]
2008년에는 우주 기본법이 제정되어, 방위 목적의 미사일 방어 및 정찰 위성 범위 내에서 우주의 군사적 이용이 가능하게 되었다.[35] 현재 일본은 레이더 위성과 광학 위성 두 종류의 정찰 위성을 보유하고 있으며, 미사일 발사 탐지를 위한 조기 경보 위성 보유도 검토하고 있다.[85] 이러한 위성 발사는 안정적인 수요를 창출하지만, 과학 분야 우주 개발 예산을 압박한다는 문제점도 제기된다.[86][87]
미사일 방어와 관련하여, 일본은 조기 경보 위성을 보유하고 있지 않아 미국과의 긴밀한 협력을 통해 개발 및 운용이 이루어지고 있다. 또한, 방위성 및 JAXA 직원이 미국군 주최의 인공위성 공격 대처 전술 훈련에 참가하기도 했다.[88]
현재까지 일본은 위성 공격 무기나 탄도 미사일은 보유하고 있지 않다.[36][46] 또한, 로켓 대량 생산 능력이 없어, 보유한 로켓을 즉시 군사 목적으로 전용하는 것은 불가능하다.
7. 국제 관계
일본의 우주 개발에 있어서 국제 협력은 국제 지구 관측년의 활동부터 시작되었다.[89] 그 이후에도 과학 위성 및 천문 위성의 정보를 서로 공유함으로써 발견을 해왔다.
현재는 국제 우주 정거장 계획에 참가하여, 키보라고 불리는 독자적인 실험동이 있으며, 우주 정거장에 물자를 운반하기 위한 우주 스테이션 보급기(HTV)를 생산하고 있다.[90] HTV는 그 역할에서 코우노토리라는 애칭으로 불린다. 매년 1기 페이스로 발사되고 있으며, 앞으로도 2015년까지 계속될 예정이다.[91]
우주 탐사나 위성 발사에 관해서는 유럽 우주 기구 및 유럽 각국과의 공동으로 수행하는 계획이 보인다. 또한, 물 순환을 관측하는 아쿠아는 미국, 일본, 브라질이 공동으로 운영하고 있다.
현재, 일본은, 로켓 발사와 위성 제조의 해외로부터의 상업 수주에 힘을 쏟고 있으며, 2012년에는 시즈쿠에 동승시키는 방식이기는 하지만 처음으로 유상에 의한 해외 위성(아리랑 3호)의 발사를 성공시켰고, 2013년에는 동승이 아닌 순수한 상업 발사를 캐나다의 텔레샛사로부터 수주했다.[92] 또한 ODA에 의한 베트남에 대한 ASNARO의 제공이 결정되었고, 2012년 3월 7일에는, 노다 요시히코총리와 태국의 잉락 친나왓 총리와의 회담 중에서, ASNARO 등의 일본 위성을 태국에 도입하는 계획에 대해 논의되었다.[93] 또한 몽골에도 ASNARO의 판매를 추진하고 있다.
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