印度邁向載人航天

□ 張雪松

2003年，中國神舟五號載人飛船任務(wù)獲得圓滿成功，大大提升了中國的國際威望。印度和中國同為人口眾多的發(fā)展中國家，也都建立了較為發(fā)達(dá)的航天工業(yè)，印度又會(huì)做出怎樣的選擇呢？隨著印度經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和航天產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的提高，尤其是以GSLV MK-3火箭發(fā)射的“ 載人艙大氣再入實(shí)驗(yàn)”(CARE)為標(biāo)志，印度的載人航天工程立項(xiàng)開始了倒計(jì)時(shí)。

運(yùn)力的不足

2003年中國載人航天獲得突破后，2001年擔(dān)任印度總理科學(xué)顧問，后來成為印度總統(tǒng)的卡拉姆透露，印度也在籌備開展載人航天飛行計(jì)劃。不過當(dāng)時(shí)印度缺乏基本的技術(shù)，也沒有足夠的預(yù)算支持，載人航天一直停留在紙面上。雖然對類似美國“雙子星”號的小型飛船而言，PSLV火箭的運(yùn)力也是足夠的，但對于實(shí)用的載人飛船而言，需要更大的運(yùn)載能力。2003年印度堪用運(yùn)載火箭只有PSLV，而運(yùn)載能力更大的GSLV火箭可靠性根本沒有得到驗(yàn)證，較真的話GSLV火箭直到2014年才真正實(shí)用化，成為一種印度國產(chǎn)的、可靠性得到一定驗(yàn)證的大型運(yùn)載火箭。盡管火箭性能制約了印度載人航天的步伐，但印度仍然不斷進(jìn)行論證和預(yù)研，印度媒體上也不時(shí)傳出發(fā)展載人航天項(xiàng)目的路線圖。

SRE返回艙

2007年1月10日印度成功進(jìn)行了名為“太空返回試驗(yàn)艙”（SRE）的試驗(yàn)飛行，這次任務(wù)中印度使用PSLV火箭將一個(gè)重約555千克的返回艙送入軌道，SRE返回艙作為這枚PSLV火箭的載荷之一進(jìn)入軌道，并運(yùn)行了12天之久。SRE實(shí)際上可以看作一個(gè)小型返回式衛(wèi)星，它使用三軸穩(wěn)定方式并進(jìn)行了兩項(xiàng)微重力實(shí)驗(yàn)。1月22日SRE返回艙返回地球，以7.9千米/秒的速度在100千米高度再入，再入過程中經(jīng)受了9g加速度和250瓦/平方厘米熱流率密度的考驗(yàn)，最后順利濺落在孟加拉灣海面上。印度通過SRE試驗(yàn)基本掌握了再入返回所需的熱防護(hù)和控制技術(shù)，值得一提的是SRE返回艙頭錐部分使用了碳/酚醛防熱復(fù)合材料，而迎風(fēng)面更是使用了可重復(fù)使用的、與美國航天飛機(jī)類似的硅防熱瓦，背風(fēng)面則使用了燒蝕性的防熱材料，整體技術(shù)水平很高。

預(yù)算和培訓(xùn)

2008年印度開始在班加羅爾郊區(qū)建造航天員培訓(xùn)中心，該中心由印度空間研究組織和印度空軍航空醫(yī)學(xué)協(xié)會(huì)共同創(chuàng)建，用于培養(yǎng)未來獨(dú)立載人航天任務(wù)的航天員，該中心將建造離心機(jī)和航天器模擬器等設(shè)施。據(jù)報(bào)道航天員培訓(xùn)中心將在2012年左右建成，以保證2015年印度首次載人航天任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。空間研究組織主席奈爾(Nair)還提出為2020年后的載人登月做好準(zhǔn)備。不過雖然2015年載人上天的時(shí)間表得到了確認(rèn)，但當(dāng)時(shí)印度的載人航天任務(wù)仍是印度空間研究組織的一廂情愿，并沒有得到印度政府的立項(xiàng)支持，根據(jù)其他媒體的報(bào)道，印度政府只是先期撥付了2000萬美元的預(yù)算用于預(yù)研。

印俄合作

外界對當(dāng)時(shí)印度的載人航天計(jì)劃也知之甚少，只能通過印度航天的對外合作交流略知一二。2008年12月5日，印俄聯(lián)合簽署了核能和航天合作協(xié)定，《印度教徒報(bào)》在報(bào)道中提到，2013年印度航天員將乘坐“聯(lián)盟”飛船上天，還提到印度計(jì)劃2015年的第一次飛行中，使用改進(jìn)后的“聯(lián)盟”飛船容納兩名印度航天員飛行一周左右，最后返回濺落在印度洋上。

簡評與結(jié)果

說起來2013年的這次體驗(yàn)飛行很有畫蛇添足的味道，2003年失事的“哥倫比亞”號航天飛機(jī)上就有一個(gè)美籍印度裔航天員，如果說他還有國籍的問題，1984年印度籍航天員就曾搭乘蘇聯(lián)的“聯(lián)盟”T11飛船登上禮炮七號空間站，看不出印度有什么必要再次花錢體驗(yàn)一下載人飛行，后來印俄也沒有執(zhí)行這樣的任務(wù)。使用“聯(lián)盟”號改進(jìn)飛船上天的計(jì)劃也有類似的問題，印度需要的是獨(dú)立進(jìn)入太空的能力，而使用印度改進(jìn)版“聯(lián)盟”飛船進(jìn)行飛行，不僅扼殺了印度自行研制載人飛船的可能，也無法使用印度運(yùn)載火箭進(jìn)行發(fā)射，實(shí)際上除了虛名，與坐“出租車”上天沒有太大區(qū)別。作為一個(gè)獨(dú)立自主的大國，印度的載人航天計(jì)劃實(shí)際上是使用印度的運(yùn)載火箭發(fā)射印度自行研制的載人飛船，走的是自力更生為主的自主創(chuàng)新的道路。

迷霧散去

印俄航天協(xié)定簽署后，使用“聯(lián)盟”號飛船借船出海似乎成了最合適的選擇。根據(jù)小道消息，印度將根據(jù)SRE返回艙驗(yàn)證的技術(shù)改進(jìn)返回艙，據(jù)稱返回艙將增加到“神舟”飛船的級別，并使用SRE上的防熱技術(shù)和“聯(lián)盟”號的服務(wù)艙。

2009年2月，根據(jù)《印度時(shí)報(bào)》等媒體的報(bào)道，印度的載人飛船首次揭開了神秘的面紗，這是一種典型的兩艙式飛船，返回艙質(zhì)量重約3噸，它與“聯(lián)盟”號的鐘形返回艙截然不同，是可載3人的錐形設(shè)計(jì)，而服務(wù)艙也與“聯(lián)盟”號飛船有很大的區(qū)別，這也說明外界認(rèn)為印度直接使用“聯(lián)盟”號飛船的想法，實(shí)在小覷了印度的雄心。

印度的兩艙式載人飛船將使用GSLV MK-2火箭發(fā)射，3噸多的返回艙可支持3人自主飛行7天。雖然錐形返回艙和可復(fù)用防熱瓦的設(shè)計(jì)趕上了以“龍”、PPTS和“獵戶座”等飛船為代表的設(shè)計(jì)潮流，但一個(gè)不大的返回艙恐怕無法支持進(jìn)行有價(jià)值的科學(xué)試驗(yàn)，印度的載人航天計(jì)劃肯定會(huì)傾向于參與國際合作，利用國際空間站的設(shè)施進(jìn)行科研。

積極準(zhǔn)備

作為印度載人航天的支柱，GSLV MK-2火箭可以說是重中之重。GSLV MK-2火箭設(shè)計(jì)和GSLV MK-1火箭基本一致，主要改進(jìn)是用印度研制生產(chǎn)的CE-7.5低溫發(fā)動(dòng)機(jī)取代了進(jìn)口的俄羅斯RD-56M發(fā)動(dòng)機(jī)。俄羅斯曾向印度出口7臺(tái)RD-56M發(fā)動(dòng)機(jī)，但受美國阻礙無法進(jìn)一步供貨，GSLV火箭必須用新的發(fā)動(dòng)機(jī)取而代之。不過GSLV火箭的表現(xiàn)不佳，不時(shí)出現(xiàn)發(fā)射失敗，GSLV MK-2火箭的首次發(fā)射國產(chǎn)低溫發(fā)動(dòng)機(jī)故障導(dǎo)致發(fā)射失敗，火箭的成功率一直不高，可靠性長期沒有得到證明。

2009年5月《印度教徒報(bào)》刊登文章，聲稱印度載人飛船返回艙的模型已經(jīng)完成，從圖片上看它就是日后CARE的縮比模型，這說明印度空間研究組織對載人飛船的設(shè)計(jì)早有定案，返回艙的論證研制恐怕在SRE試驗(yàn)前后就開始了。《印度教徒報(bào)》的文章還提到飛船上設(shè)計(jì)了乘員逃離系統(tǒng)（CES），根據(jù)作者的描述它應(yīng)該就是我們通常提到的逃逸塔/發(fā)射中止系統(tǒng)。文中還提到了印度計(jì)劃建造載人航天任務(wù)控制中心（MCC），它將使用班加羅爾現(xiàn)有的印度測控指令中心（ISTRAC）進(jìn)行測控任務(wù)。印度還將為載人航天項(xiàng)目新建一個(gè)也是斯里哈里科塔發(fā)射場的第三個(gè)發(fā)射工位，專門用于執(zhí)行載人發(fā)射任務(wù)。印度還為未來載人航天工程研制航天服，據(jù)稱艙內(nèi)航天服為7層設(shè)計(jì)，質(zhì)量20千克，而艙外航天服采用17層的設(shè)計(jì)，質(zhì)量高達(dá)120千克，與俄羅斯的“海鷹”和我國的“飛天”航天服較為接近。

印度空間研究組織還在積極探討驗(yàn)證和建立載人航天中關(guān)鍵的生命維持和環(huán)境控制系統(tǒng)、回收和救援系統(tǒng)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的建設(shè)，綜合當(dāng)時(shí)的各方報(bào)道，印度將使用海上降落方式，降落區(qū)域最大的可能是孟加拉灣，這片海域足夠廣闊，又處于印度次大陸和安達(dá)曼群島之間，屬于印度絕對控制的區(qū)域，方便印度的海上回收和搜救工作。

晴天霹靂

2010年1月，印度空間研究組織宣布，首次載人飛行的時(shí)間將推遲到2016年。2011年印度還宣布就載人航天項(xiàng)目向其他國家尋求幫助，但當(dāng)年10月放棄了搭乘“聯(lián)盟”飛船的計(jì)劃，看起來印度的載人航天計(jì)劃要推遲了。根據(jù)印度空間研究組織和印度空軍簽訂的諒解備忘錄，印度載人航天任務(wù)將推遲到2020年后，其中印度航天員選拔時(shí)間不早于2020年。

2012年印度空間研究組織主席拉達(dá)克里希南更是公開確認(rèn)，印度“十二五”計(jì)劃（2012-2017年）中并沒有規(guī)劃載人航天項(xiàng)目，也就是說2017年前印度不會(huì)立項(xiàng)開展載人航天工程。其實(shí)這并不意外，雖然印度載人航天工程的消息起起落落，但主要都是印度空間研究組織的極力推動(dòng)，印度政府并不積極，無論是搭乘俄羅斯“聯(lián)盟”飛船還是自行研制飛船，都沒有得到印度政府的批準(zhǔn)，“十二五”計(jì)劃中也只為載人航天項(xiàng)目撥付了15億盧比（2900萬美元）進(jìn)行預(yù)研工作而已。

柳暗花明

從印度官方的消息看，印度載人航天項(xiàng)目進(jìn)入了蟄伏期，不過印度空間研究組織并不甘心，而印度政治形勢的變化，也為載人航天項(xiàng)目的立項(xiàng)提供了可能。雖然載人航天沒有得到印度政府的批準(zhǔn)，但斯里哈里科塔發(fā)射場的第三個(gè)發(fā)射工位已經(jīng)在2013年開始建造，返回艙的研制也有條不紊的進(jìn)行。根據(jù)印度網(wǎng)友公開的照片，2013年飛船返回艙還進(jìn)行了降落傘空投和水上濺落試驗(yàn)。與此同時(shí)，飛船的服務(wù)艙也揭開了神秘的面紗，從非官方途徑透露的信息看，服務(wù)艙很大程度上借鑒和移植了印度PSLV火箭第四級（PS4），尤其是推進(jìn)系統(tǒng)和姿控系統(tǒng)的成熟設(shè)計(jì)和部件，這種取巧雖然意味著飛船服務(wù)艙性能不夠強(qiáng)，但大大降低了服務(wù)艙的設(shè)計(jì)難度和制造成本。

與此同時(shí)，印度的GSLV系列火箭也在沉寂將近3年后于2014年1月5日發(fā)射成功，這次發(fā)射還是GSLV MK-2型火箭的首次成功發(fā)射，顯著提高了印度對GSLV火箭可靠性的信心。2014年12月18日，印度還進(jìn)行了GSLV MK-3火箭的試驗(yàn)發(fā)射，LVM3-X/CARE任務(wù)中印度使用攜帶上面級配重的LVM3-X火箭發(fā)射了“ 載人艙大氣再入實(shí)驗(yàn)”(CARE)，CARE就是未來載人飛船的返回艙，它已經(jīng)具備了導(dǎo)航制導(dǎo)控制等功能，并以5千米/秒的速度再入最后濺落于孟加拉灣的海面上。對比美國正式立項(xiàng)的“獵戶座”飛船，無論是返回艙水上濺落試驗(yàn)還是再入大氣層試驗(yàn)，印度的載人飛船進(jìn)度都不算慢。可見，雖然印度載人航天工程尚未正式立項(xiàng)，但印度空間研究組織仍然做了大量準(zhǔn)備工作，只需正式立項(xiàng)投資，載人飛船的研制就可以迅速完成。LVM3-X/CARE任務(wù)的成功，也鼓舞了印度空間研究組織，并對印度載人航天工程的立項(xiàng)起到了積極的推動(dòng)作用，加上印度新總理穆迪也熱衷航天等領(lǐng)域，除非發(fā)生大的意外，印度的載人航天工程在“十三五”期間立項(xiàng)是十拿九穩(wěn)的。

未來展望

印度的載人航天工程即將立項(xiàng)，他們未來的實(shí)際計(jì)劃還不確定，但已經(jīng)有脈絡(luò)可循。根據(jù)LVM3-X/CARE任務(wù)的官方資料，印度研制的返回艙直徑3.1米、高度2.68米，質(zhì)量約3735千克，無論是尺寸還是質(zhì)量都大于“聯(lián)盟”飛船2.9噸的返回艙。為了保證3人和運(yùn)行7天的基本設(shè)計(jì)指標(biāo)，印度載人飛船（OV）的服務(wù)艙恐怕也不小，據(jù)傳它的服務(wù)艙借鑒了PSLV火箭的PS4級的設(shè)計(jì)，而PS4光是推進(jìn)劑質(zhì)量就有2.5噸，即使是“聯(lián)盟”飛船的服務(wù)艙也有2.6噸，其中主發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑900千克。印度3人制載人飛船總質(zhì)量多半超過6噸，印度空間研究組織的官方網(wǎng)站上，GSLV MK -2火箭運(yùn)載能力5噸，而GSLV MK -3型火箭的運(yùn)載能力是600千米圓軌道8噸，這顯然超出了現(xiàn)有GSLV MK -2火箭的運(yùn)載能力。

印度媒體早期曾報(bào)道，印度將使用GSLV MK-2火箭發(fā)射2人飛船，使用GSLV MK-3火箭發(fā)射3人飛船，搭乘3人的飛船還將升級安裝交會(huì)對接系統(tǒng)，毫無疑問GSLV MK-3/LVM3火箭將是印度載人飛船更好的選擇，GSLV MK-2火箭可以用于發(fā)射試驗(yàn)型飛船。2014年底印度空間研究組織主席拉達(dá)克里希南接受印度NDTV采訪時(shí)聲稱，希望在2021年前實(shí)施首次自主載人太空飛行。

可以預(yù)見，印度未來必將通過自己的努力建立起獨(dú)立的載人航天體系，具備自主地將航天員送入太空的能力，印度還可能在自力更生為主的基礎(chǔ)上進(jìn)行國際合作，如參加國際空間站甚至和中國聯(lián)合建設(shè)空間站，進(jìn)一步增強(qiáng)自身的載人航天實(shí)力。