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印度航天器:一波三折之后终于“拉上手”

瞭望智库  · 公众号  · 政治  · 2025-02-06 11:25

正文

新年伊始,代号为SpaDeX的印度太空对接实验成为新闻热点。从1963年用自行车和牛车运送第1枚火箭部件到1975年本土卫星首次升空,从2023年在月球南极登陆到如今尝试复杂的太空对接操作,印度的太空之旅持续推进。

印度 SDX01和SDX02分离成功。图源:ISRO

赶在2024年岁末,作为印度太空计划的最重要推手——印度空间研究组织(ISRO)首次启动了展示航天器自主对接和分离技术的SpaDeX任务。12月30日晚,ISRO用极地卫星运载火箭PSLV-C60,把两个配备本土开发“Bhartiya对接系统”的航天器成功送入预定轨道。

在这之后,两个航天器曾三次尝试对接,有时已经近在咫尺甚至能够清晰地“看”到对方,但始终未能“拉上手”。2025年1月16日上午,两个追赶多日的航天器再次试探后终于“抱住对方”,随后,它们作为连体航天器顺利地通过了电力传输实验。

在太空中完成两个高速运行的航天器对接,迄今实现这一壮举的只有俄罗斯、美国、欧洲宇航局和中国。SpaDeX任务成功意味着印度进入了拥有太空对接技术的俱乐部。

文 | 唐璐
编辑|蒲海燕 瞭望智库
本文为瞭望智库原创文章,如需转载请在文前注明来源瞭望智库(zhczyj)及作者信息,否则将严格追究法律责任。
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小型航天器对接



SpaDeX任务由ISRO位于班加罗尔的拉奥卫星中心负责开发。据该中心主任桑卡兰介绍,印度很早就对太空对接技术颇感兴趣,不过,相关初步研究直到2016年才完成。2017年,印度政府正式批准了SpaDeX任务,初始资金仅1亿卢比(约合100万美元)。当时 ISRO对于SpaDeX任务的目标定位是帮助航天器加油、维修太空卫星。

2020年12月17日,一枚极地卫星运载火箭从位于印度东南部斯里赫里戈达岛的萨蒂什·达万航天中心发射升空。新华社发

随着印度在太空探索中不断取得进展,印度对SpaDeX任务的意义和目标也重新定义。据SpaDeX项目总监苏伦德兰(N Surendran)称,对接技术是“月船4号”和拟议中的印度空间站等长期任务的关键,它对于印度的载人航天计划也至关重要。由于对接机制变得必要,SpaDeX需要通过实验证明它对于上述未来太空任务的有效性。

根据ISRO官网信息,此次太空对接实验包括两个质量均为220公斤的航天器,它们分别被称为追逐器和目标器。其中追逐器配备了高分辨率相机,而目标器则配备了卫星多光谱有效载荷和辐射监视器。两个航天器在发射后都被部署在470公里的近地圆形轨道上,并以相对的速度差运行,目标器比追逐器跑得略快,但两者之间保持10-20公里间距。 在确信航天器都处于稳定状态且系统拥有充足的电力后,地面站控制人员启动相关进程,使它们通过调整各自的速度逐渐自动缩短彼此间距离。

据介绍,为确保万无一失,地面站为航天器的接近设定了特定间距,每次进入下一个特定接近距离之前都会对它们所携带的传感器和制导算法进行测试,只有获得满意数据才会允许推进到下一个目标距离。就这样从20公里开始,航天器间的距离逐渐降低到5公里、1.5公里、500米、225米、15米和3米······最终,它们的锁扣将彼此连接在一起。

不过,上述描述仅仅是航天器对接过程的理想状态,现实中的SpaDeX任务实际上充满了波折:两个航天器几次走近,当人们准备为即将到来的胜利庆祝时,它们却又渐行渐远。最为惊心动魄的当属1月12日,根据ISRO在社交媒体上发布的信息,当天航天器在相距105米时已经能够“看到”对方,继续前行至15米的位置,“双方开始互相捕捉令人惊叹的照片和视频”。然而,当航天器间距从15米拉近到3米之后,期待多日的对接并未出现,航天器反而惊人地向远处大规模漂移。ISRO科学家事后透露说,在航天器从15米漂移到3米的过程中,由于对接传感器异常触发了中止程序,航天器自动被拉开距离以确保安全,最终两个漂移的航天器间距扩大到10公里。

ISRO时任主席索曼纳特(注:索曼纳特2025年1月14日卸任该职)曾经解释说,在对接时两个航天器均以每小时28800公里的速度行驶,但先进的推进器和传感器会把两者之间的相对速度降低到每小时0.036公里(每秒1厘米)。

据悉,印度曾经试图从西方国家获得对接技术,但由于掌握太空对接技术的国家 对接过程的复杂性秘不外传,印度下决心开发自己的对接技术。

桑卡兰在接受印度媒体专访时表示,目前国际空间站对接系统执行的都是美国国家航空航天局(NASA)制定的国际对接系统标准(IDSS),但这个标准主要是针对宇航员任务而设计,不仅成本过高,也不符合眼下印度的航天需求。

桑卡兰说,“我们不仅缩小了航天器对接环尺寸,也减少了对接系统里的马达数量,用最简洁的设计、使用最小资源满足了全部对接系统功能需求。可以这样说,印度设计的‘Bhartiya对接系统’完全符合国际对接系统标准(IDSS),我们这个被称为‘IDSS微型版’的技术已经获得专利”。

业内专家指出,与其他国家同类技术相比,ISRO为SpaDeX开发的本土技术在适应印度自身航天发展需求、成本效益、与印度航天体系的兼容性等方面都具有一定优势,体现了印度在航天技术研发上的独立思考和创新能力。

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印度太空探索愿景目标



在一系列成功的太空计划基础上,莫迪政府宣布了雄心勃勃的2047印度太空愿景目标:2035年之前建立空间站,2040年之前实现载人登月,2047年之前建立月球基地。与该时间表相关,四个重大太空项目也于2024年9月获得政府首肯, 其中包括“月船4号”月球样品返回任务、金星轨道飞行器任务、建立首个印度空间站模块,以及下一代运载火箭(NGLV)的研发。

印度太空分析家称,这次SpaDeX任务的多项目标让ISRO通过解决太空探索中最具挑战性的任务,为其后续执行更复杂的太空任务奠定基础。

载人航天:SpaDeX任务的复杂性将为印度实现2040年将宇航员送上月球的目标提供基础技术和能力。其中包括从月球表面升空、在月球轨道上对接和脱离,以及安全返回月球和重返地球运送样品。

空间站建设:成功对接意味着印度掌握了航天器之间的对接能力,这是空间站建设中模块组装和维护的关键技术。而两个航天器对接之后彼此之间验证的电力传输等能力,对空间站的长期运行至关重要。此外,SpaDeX任务中的在轨服务技术的验证也将为空间站未来可能需要的维修、补给和碎片管理等操作提供技术参考。

月球任务:印度的”月船4号”任务旨在月球表面软着陆、采集样品并返回地球。SpaDeX技术有助于协调航天器和样品返回模块的会合。与其他月球探索任务相比,这一技术的独特意义在于它将为月球样品的成功传输提供保障。

桑卡兰表示,目前ISRO正在对这次SpaDeX任务的对接精度进行详细评估,必须了解在对接准确度方面已经做了多少,未来还有多大潜力。 他说,未来ISRO还会进行更多对接测试,重点将是提高航天器自动对接能力的精度。 “我们计划把航天器之间的距离缩短,可能不超过100米,这与最初的方法不同。

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新的太空生态系统






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