這一夜，印度向全球直播首次太空交會對接任務(wù)（SpaDeX）的火箭發(fā)射任務(wù)。如果對接實(shí)驗(yàn)成功，印度將成為全球第四個(gè)掌握太空交會對接技術(shù)的國家。

　　印度的歷史性一刻，注意火箭的PSLV-C60字樣，將實(shí)現(xiàn)印度太空對接的夢想。圖片來源：ISRO

　　載人航天的三大關(guān)鍵技術(shù)是太空交會對接、載人天地往返和出艙活動。對載人航天有著狂熱執(zhí)著和長遠(yuǎn)規(guī)劃的印度此次首次太空對接，就是為印度將來實(shí)施載人航天任務(wù)、建造印度自己的空間站、乃至載人登月作準(zhǔn)備。

　　1966年3月，美國雙子星8號飛船與阿金納目標(biāo)飛行器對接，完成歷史上首次太空對接；1967年10月，蘇聯(lián)宇宙188號飛船與宇宙186號飛船實(shí)現(xiàn)了世界上首次無人自動交會對接；2011年11月，中國神舟八號和天宮一號實(shí)現(xiàn)了自動交會對接。盡管日本的HTV和歐洲的ATV這兩款飛船，跟美國主導(dǎo)建造的國際空間站完成了對接，但也只是個(gè)半調(diào)子，不掌握全套核心技術(shù)。

　　印度對首次太空對接試驗(yàn)寄予厚望的同時(shí)，也信心滿滿，發(fā)揚(yáng)了一箭多星太空種土豆的精神，希望一次發(fā)射全面豐收。PSLV-C60火箭的主任務(wù)是發(fā)射兩顆各約220公斤的小型航天器，分別為SDX01（追蹤飛行器）和SDX02（目標(biāo)飛行器）。必須注意，這兩個(gè)航天器并非一次性用品。

　　印度SDX01（追蹤飛行器）和SDX02（目標(biāo)飛行器），注意對接機(jī)構(gòu)相對。圖片來源：ISRO

　　PSLV火箭的實(shí)用價(jià)值被充分榨干，將載有24項(xiàng)科學(xué)載荷火箭，火箭本體的第四級，被稱為PS4軌道實(shí)驗(yàn)艙，成為驗(yàn)證載荷的實(shí)驗(yàn)平臺。

　　印度首次太空對接重點(diǎn)驗(yàn)證合作目標(biāo)交會對接，也可能會驗(yàn)證非合作目標(biāo)交會對接。合作與非合作其實(shí)很好理解，通俗來說，兩個(gè)航天器有自主配合能力的就是合作，其中一方?jīng)]有這個(gè)能力的就是不合作，比如美國航天飛機(jī)捕獲太空望鏡進(jìn)行維修，或是中國曾用一顆衛(wèi)星捕獲另一顆衛(wèi)星拖到太空墳場軌道。

　　我們先聊聊合作目標(biāo)交會對接，一般來說分為遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段、近距離導(dǎo)引段、逼近段和對接段。印度首次太空交會對接試驗(yàn)流程如下：

　　PSLV-C60火箭將兩個(gè)航天器送入高度約470公里、傾角55的圓形軌道。

　　通過精確控制，發(fā)射時(shí)為目標(biāo)和追蹤航天器提供微小的相對速度，使它們在一天內(nèi)達(dá)到10-20公里的相互間距。

　　隨后，追蹤航天器將逐步接近目標(biāo)航天器，經(jīng)過5公里、1.5公里、500米、225米、15米和3米的距離，最終實(shí)現(xiàn)對接。

　　成功對接并固定后，將演示兩顆衛(wèi)星之間的電力傳輸，然后分離，開始各自的有效載荷操作，預(yù)期任務(wù)壽命可達(dá)兩年。

　　印度的對接機(jī)構(gòu)是一種低沖擊對接系統(tǒng)，接近速度約為10毫米/秒，采用“異體同構(gòu)”設(shè)計(jì)，即追蹤航天器和目標(biāo)航天器的對接系統(tǒng)相同，并且是當(dāng)前國際主流的周邊式對接系統(tǒng)。美蘇古早的環(huán)-錐式和桿-錐式早已淘汰，周邊式對接系統(tǒng)的好處是通用性好，兩個(gè)航天器對接裝置相同，生產(chǎn)維護(hù)相當(dāng)便利。

　　在執(zhí)行太空任務(wù)時(shí)，如果不同航天器都采用這種通用的周邊式對接系統(tǒng)，那么它們之間相互對接的可能性和便利性就大大增加，無需針對特定對接對象去專門改造或配備特殊對接設(shè)備，就如同使用統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)的插頭和插座一樣，不同設(shè)備間更容易連接配合。中美俄的對接系統(tǒng)轉(zhuǎn)移通道直徑約800毫米，印度試驗(yàn)型的對接系統(tǒng)直徑約450毫米。

　　SDX01和SDX02距離達(dá)到5公里時(shí)，會采用印度空間研究組織低地球軌道航天器中所運(yùn)用的標(biāo)準(zhǔn)軌道維持和姿態(tài)控制算法。由于航天器處于圓形軌道，對衛(wèi)星速度的任何增減都會導(dǎo)致軌道變化，因此采用了基于多脈沖（n-Pulse）、下滑道（Glideslope）以及比例導(dǎo)引（PV）制導(dǎo)算法的V-bar策略，以縮小衛(wèi)星間的距離，在固定的衛(wèi)星間距離處保持穩(wěn)定，以便對傳感器和軟件進(jìn)行評估，最終實(shí)現(xiàn)對接。這些算法被轉(zhuǎn)化為軟件，用于實(shí)現(xiàn)交會和對接。

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　　SDX01和SDX02都搭載了基于差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，提供定位、導(dǎo)航與授時(shí)功能。通過對追蹤航天器和目標(biāo)航天器的SPS接收機(jī)中來自相同全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星的載波相位測量值做減法運(yùn)算，便可確定這兩顆衛(wèi)星高度精確的相對狀態(tài)。SDX01和SDX02的甚高頻/特高頻收發(fā)器通過星間鏈路，將全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星的測量數(shù)據(jù)從一顆衛(wèi)星傳輸至另一顆衛(wèi)星。

　　此次印度驗(yàn)證非合作目標(biāo)交會對接，實(shí)在是讓人刮目相看。非合作目標(biāo)交會對接的難度和復(fù)雜度要大得多。這種情況下，目標(biāo)航天器并不是為對接任務(wù)設(shè)計(jì)的，可能根本沒有標(biāo)準(zhǔn)的對接接口，也沒有能力精確調(diào)整姿態(tài)，而且衛(wèi)星碎片等太空垃圾的軌道參數(shù)、質(zhì)量結(jié)構(gòu)都不一定明確可知。

　　機(jī)械臂是非合作目標(biāo)交會對接的關(guān)鍵設(shè)備之一。可用于目標(biāo)捕獲與抓取、姿態(tài)調(diào)整輔助和近距離操作保障。機(jī)械臂一般有著多個(gè)自由度的關(guān)節(jié)，可以在三維空間中實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜的運(yùn)動姿態(tài)組合，其設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，研發(fā)難度比較高。

　　比如加拿大為國際空間站研制的“加拿大臂2”有7個(gè)自由度，這使其能夠像人的手臂一樣靈活地彎曲、扭轉(zhuǎn)、伸展，從而適應(yīng)不同形狀、不同姿態(tài)非合作目標(biāo)的抓取和操作需求，能夠到達(dá)追蹤航天器周邊不同方位去完成任務(wù)。中國在天宮空間站部署的一大一小機(jī)械臂水平也非常高，不光可以在艙體爬行，雙臂甚至可以協(xié)同工作。

　　PSLV-C60任務(wù)中POEM-4上的24個(gè)有效載荷，排名前二的就是RRM-TD行走機(jī)械臂和太空碎片捕獲機(jī)械手。RRM-TD是印度第一臺具有行走能力的太空機(jī)械臂，也有7個(gè)自由度，可爬行到指定位置。太空碎片捕獲機(jī)械手利用視覺伺服和物體運(yùn)動預(yù)測來捕獲系繩連接的碎片。在首次實(shí)驗(yàn)成功演示之后，未來將具備捕獲自由漂浮碎片，以及為系繩連接和自由漂浮的航天器進(jìn)行燃料加注的能力。

　　上圖為RRM-TD行走機(jī)械臂，下圖為太空碎片捕獲機(jī)械手。圖片來源：ISRO

　　印度一直希望在太空部署強(qiáng)大的合成孔徑雷達(dá)與光學(xué)成像相結(jié)合的遙感星座，巨大的民用和軍用價(jià)值不言而喻。SDX01和SDX02在完成對接和分離操作之后，將執(zhí)行后續(xù)的太空任務(wù)，整體傾向于偵察、遙感。

　　SDX01上搭載的高分辨率相機(jī)（HRC），憑借其在特定高度下具有一定尺寸的瞬時(shí)視場角以及不同模式下相應(yīng)的幅寬，能夠?qū)δ繕?biāo)區(qū)域進(jìn)行拍攝成像，可用于獲取地面等目標(biāo)的相關(guān)影像信息，從這個(gè)角度講具備類似偵察、遙感功能。

　　SDX02上搭載的微型多光譜有效載荷（MMX），有著特定波段范圍的可見近紅外波段，并且在相應(yīng)高度下有對應(yīng)的瞬時(shí)視場角和幅寬，這種多光譜成像能力有助于對自然資源、植被等情況進(jìn)行觀測和分析，也符合常見遙感任務(wù)的范疇。

　　還有兩個(gè)載荷跟合成孔徑雷達(dá)有關(guān)。GLX-SQ項(xiàng)目用于演示在太空環(huán)境中合成孔徑雷達(dá)（SAR）圖像的生成、采集以及處理過程。其目標(biāo)是在10分鐘以內(nèi)完成圖像處理和壓縮工作，將400兆字節(jié)的原始數(shù)據(jù)壓縮至不足1.5兆字節(jié)。

　　伐樓拿項(xiàng)目（Varuna，印度掌控秩序與水的神）驗(yàn)證立方體衛(wèi)星的合成孔徑雷達(dá)能力。單個(gè)小型立方體衛(wèi)星的合成孔徑雷達(dá)性能當(dāng)然比不過專業(yè)的大衛(wèi)星，但是其造價(jià)極其低廉，組網(wǎng)以后性能相當(dāng)可觀。通過組網(wǎng)形成衛(wèi)星星座，可以增加重訪率，也就是對同一區(qū)域能夠更頻繁地進(jìn)行觀測成像，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的近實(shí)時(shí)、全方位監(jiān)測。

　　美俄的首次，現(xiàn)來看來畢竟原始，當(dāng)然無法用上星間鏈路和差分全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)這些高新技術(shù)。跟美俄中的首次相比，印度的首次太空對接試驗(yàn)，吃了時(shí)代技術(shù)進(jìn)步的紅利，總體水平不算太低，很有印度式精打細(xì)算風(fēng)格。比如與國際主流接軌的周邊式設(shè)計(jì)，在一定程度上反映了印度航天技術(shù)的現(xiàn)代化水平和國際適應(yīng)性，為未來與其他國家開展航天合作或國際空間站對接任務(wù)提供了技術(shù)接口的可能性。

　　通過此次試驗(yàn)，印度在航天資源利用上達(dá)到了新的高度，PSLV-C60火箭的多功能應(yīng)用，從單純的運(yùn)載工具轉(zhuǎn)變?yōu)榧l(fā)射、實(shí)驗(yàn)平臺于一體的綜合平臺，大幅提升了航天任務(wù)的性價(jià)比，為其后續(xù)航天項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性提供了良好范例。

　　更為關(guān)鍵的是，此次試驗(yàn)緊密契合載人航天發(fā)展脈絡(luò)，合作與非合作目標(biāo)交會對接技術(shù)的驗(yàn)證，是印度邁向載人航天實(shí)質(zhì)性階段的重要里程碑，為印度自主建設(shè)空間站和開展載人登月計(jì)劃筑牢了前期技術(shù)根基。

　　印度此次太空對接雖取得階段性成果，但也需清醒認(rèn)識到其航天之路仍布滿荊棘。過往經(jīng)驗(yàn)表明，印度在軍工和科研項(xiàng)目上常受延期困擾，阿瓊坦克與LCA戰(zhàn)斗機(jī)便是例證。航天領(lǐng)域技術(shù)復(fù)雜程度更甚，后續(xù)任務(wù)挑戰(zhàn)重重。

　　盡管此次展示了一定技術(shù)實(shí)力，但在長期穩(wěn)定推進(jìn)太空項(xiàng)目、確保技術(shù)持續(xù)升級以及大規(guī)模應(yīng)用轉(zhuǎn)化等方面，印度仍需投入大量精力，接受時(shí)間與實(shí)踐的嚴(yán)格檢驗(yàn)，其能否真正在全球航天競爭中站穩(wěn)腳跟并實(shí)現(xiàn)長遠(yuǎn)目標(biāo)，尚有待進(jìn)一步觀察，未來充滿不確定性與艱難險(xiǎn)阻。