印度航天的商業(yè)利好

鹿鳴

先有衛(wèi)星后有火箭

首先掌握戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈技術(shù)然后在此基礎(chǔ)上發(fā)展運(yùn)載火箭的思路對(duì)于工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)較為薄弱而對(duì)衛(wèi)星需求又極其迫切的印度來說并不合適。與蘇、美、中這樣的航天強(qiáng)國（或者是正在邁向航天強(qiáng)國的路上）的國家不同，印度航天事業(yè)的發(fā)展有自己的特點(diǎn)：他們沒有先研發(fā)出運(yùn)載火箭，而是首先造出了衛(wèi)星。

1963年，印度在頓巴建成了第一個(gè)火箭發(fā)射臺(tái)，發(fā)射了印度的第一枚探空火箭（僅能亞軌道飛行，不能用來發(fā)射衛(wèi)星）。1975年4月19日，印度研制出了第一顆自己的人造地球衛(wèi)星“圣使”號(hào)，并借用蘇聯(lián)的火箭成功發(fā)射。1980年7月18-日，印度第一次用自制的運(yùn)載火箭從本國發(fā)射場發(fā)射衛(wèi)星成功，成為世界上第8個(gè)具有獨(dú)Gqu星發(fā)射能力的國家（或組織）。

這種先研制探空火箭與衛(wèi)星，再發(fā)展自己的運(yùn)載火箭技術(shù)的思路使得印度與現(xiàn)有的幾大航天強(qiáng)國的技術(shù)風(fēng)格有較為明顯的差別。蘇聯(lián)和美國的運(yùn)載火箭技術(shù)大多由洲際彈道導(dǎo)彈發(fā)展而來。這意味著在他們把衛(wèi)星送上太空之前，就已經(jīng)對(duì)大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和精確制導(dǎo)技術(shù)有了較為充分地掌握。而印度人在將他們自己的衛(wèi)星送上太空之后，才逐漸開始意識(shí)到，運(yùn)載火箭的核心技術(shù)并不是學(xué)來的，而是需要通過大量的實(shí)踐積累摸索出來。

在1975年，印度的第一顆人造地球衛(wèi)星上天之前，加拿大、意大利、澳大利亞、波蘭、荷蘭和西班牙等國也通過其他航天強(qiáng)國的運(yùn)載火箭將自己研發(fā)的人造地球衛(wèi)星送上了太空，并且有著不錯(cuò)的運(yùn)營效果。但是，印度并沒有止步于研制衛(wèi)星并委托別國發(fā)射的層面。無論是1980年的印度SLV-3全固體4級(jí)運(yùn)載火箭還是后續(xù)的多種型號(hào)，都體現(xiàn)了印度在即使是工業(yè)基礎(chǔ)仍然較為薄弱的客觀條件局限下也要研發(fā)自己的運(yùn)載火箭的決心。

極軌火箭設(shè)計(jì)奇特

從上世紀(jì)70年代開始，印度借助蘇聯(lián)和法國的火箭和自己不夠成熟的全固體火箭進(jìn)行了多次衛(wèi)星發(fā)射活動(dòng)。對(duì)包括太空技術(shù)驗(yàn)證、氣象、通信、資源勘測、廣播電視和遙感等方面的整星研制技術(shù)有了一定程度的掌握。但是，印度人很快就發(fā)現(xiàn)，借別人家的火箭來發(fā)射自己的衛(wèi)星終歸不是辦法。印度是個(gè)大國，對(duì)衛(wèi)星的需求量非常大，僅僅是遙感衛(wèi)星一項(xiàng)，就能夠在未來幾十年內(nèi)占滿一個(gè)一般的航天大國的所有發(fā)射數(shù)量。

印度共和國是南亞印度次大陸上的一個(gè)國家，其土地面積排名全球第7大，人口數(shù)量全球第2多。印度東部有肥沃的平原，阿薩姆邦有世界上最大的平均年降水量；西部的拉賈斯坦邦則比較干旱，塔爾這個(gè)巖石和沙塵混合出的地方是世界第18大沙漠，同時(shí)也是亞洲第3大沙漠；南方熱帶雨林密布；北方則臨近終年積雪的喜馬拉雅山脈。因此，印度認(rèn)為自己特別需要性能優(yōu)異的遙感衛(wèi)星來了解國土資源和地理地貌。而且遙感衛(wèi)星的數(shù)量要足夠多。既然有這么大的需求，那么當(dāng)然就會(huì)有足夠的動(dòng)力來開發(fā)一款特別適合用來發(fā)射遙感衛(wèi)星的火箭了。

“印度太空研究組織”有1.68萬人，具備研發(fā)、制造和發(fā)射運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星的技術(shù)，并且擁有較為完善的航天基礎(chǔ)設(shè)施。從上世紀(jì)70年代開始預(yù)研，到上世紀(jì)80年代立項(xiàng)，再到上世紀(jì)90年代首發(fā)，一款名為PSLV的火箭在150多家印度科研院所的通力合作下，研制成功。

PSLV火箭的全稱是Polar SatelliteLaunch Vehicle，按照名稱直譯應(yīng)該是：極軌衛(wèi)星運(yùn)載器。該火箭全高44米，芯級(jí)直徑2.8米，其一G型號(hào)的發(fā)射質(zhì)量為295噸，-CA型號(hào)的發(fā)射質(zhì)量為230噸，-×L型號(hào)的發(fā)射質(zhì)量為320噸。該火箭為一枚4級(jí)火箭，其近地軌道運(yùn)載能力為3.25噸，太陽同步軌道運(yùn)載能力為1.75噸。PSLV火箭采用了捆綁式固體助推器。其中，-G型號(hào)采用6枚HTPB裝藥的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，每枚裝藥9噸；一XL型號(hào)采用6枚HTPB裝藥的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，每枚裝藥12噸；-CA型號(hào)為光桿型，不捆綁助推器。跟常見的較大推力的火箭不同，印度的這款PSLV火箭的芯一級(jí)居然采用了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)！這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)使得印度的這款火箭擺脫了對(duì)大推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的依賴。同時(shí)，這種設(shè)計(jì)也逼迫印度設(shè)計(jì)師把固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)潛力幾乎榨取到了他們能夠達(dá)到的極限。486噸的單臺(tái)真空推力，105秒的工作時(shí)間，5段式燃燒設(shè)計(jì)，印度PSLV火箭的一級(jí)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)給全世界的火箭設(shè)計(jì)師留下了深刻的印象。

PSLV系列火箭，最大的起飛質(zhì)量不過是320噸，僅僅芯—級(jí)的推力就有486噸，單臺(tái)助推器的推力為50噸，如果把6臺(tái)助推器和芯一級(jí)的推力加起來，總推力為786噸，即使考慮到海平面情況，其推力也是700噸量級(jí)。這么大的推力豈不是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過PSLV的起飛需要？印度火箭設(shè)計(jì)師們難道不怕把載荷推壞么？其實(shí)，6臺(tái)助推器并不是同時(shí)點(diǎn)火的。他們采用了接力式的工作方式：發(fā)射的時(shí)候，PSLV火箭的芯一級(jí)先點(diǎn)火，緊接著點(diǎn)火的是其中2臺(tái)助推器，然后是另外2臺(tái)助推器，等到火箭飛到高空之后，最后剩下的2臺(tái)助推器再點(diǎn)火，進(jìn)行接力工作，而此時(shí)芯一級(jí)的推力已經(jīng)沒有那么強(qiáng)大了。

為了讓固體火箭芯一級(jí)和一堆固體助推器捆起來的火箭能夠穩(wěn)定飛行姿態(tài)，并按需要調(diào)整飛行方向，印度設(shè)計(jì)師們?cè)谝患?jí)火箭上下了一番苦功夫，硬是在第一級(jí)和助推器上安裝了整套可以用來調(diào)整火箭俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。這種RCS系統(tǒng)實(shí)際上在其他國家通常用在反導(dǎo)導(dǎo)彈和多彈頭分導(dǎo)導(dǎo)彈的空間載具上面。

PSLV火箭的第二級(jí)全長12.8米，直徑2.8米，總重46噸，采用一臺(tái)Vikas液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，推進(jìn)劑為偏二甲肼/四氧化二氮。其發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室壓力為5.85MPa，推力79.9噸，比沖293秒，性能在所有的常溫推進(jìn)劑液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中，算是中規(guī)中矩。第三級(jí)采用HTPB固體推進(jìn)劑，其結(jié)構(gòu)部件大量采用了凱夫拉纖維。第三級(jí)上面的姿態(tài)控制系統(tǒng)的能力較為有限，擺角僅為±2°，而且只能控制偏航和俯仰兩個(gè)方向。滾轉(zhuǎn)方向借用了第四級(jí)的RCS系統(tǒng)進(jìn)行控制?；鸺谒募?jí)采用兩臺(tái)常溫液體推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，推力為1.46噸。第四級(jí)總長2.6米，直徑2.02米。

這款火箭從1993年9月20日開始首次嘗試發(fā)射以來，以發(fā)射印度自己的遙感衛(wèi)星星座、為英國、歐盟、韓國、阿根廷、新加坡、加拿大等國發(fā)射衛(wèi)星等業(yè)務(wù)逐漸為世界所知。格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間2015年7月10日17時(shí)28分（北京時(shí)間2015年7月11日0時(shí)28分），由3顆高分辨-率衛(wèi)星組成的“北京二號(hào)”中英聯(lián)合遙感PNN座（DMC3）在印度孟加拉灣的斯里赫里戈達(dá)島搭乘印度太空研究機(jī)構(gòu)的極地軌道運(yùn)載火箭（PSLV）發(fā)射升空，并順利進(jìn)入預(yù)定軌道?！氨本┒?hào)”星座系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命7年，由三顆1米全色、4米多光譜的光學(xué)遙感衛(wèi)星組成，可提供覆蓋全球、空間和時(shí)間分辨率俱佳的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)和空間信息產(chǎn)品。這次由3顆衛(wèi)星組成的DMC3星座所發(fā)回的數(shù)據(jù)可以在土地利用、地質(zhì)調(diào)查、流域水資源調(diào)查、洪澇災(zāi)害、冬小麥播種面積監(jiān)測、森林類型識(shí)別、城市規(guī)劃監(jiān)測和考古等方面得以廣泛應(yīng)用。

這一星座是中國政府核準(zhǔn)的第一個(gè)民用商業(yè)遙感衛(wèi)星項(xiàng)目，已納入中國國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃。也就是說，中國政府核準(zhǔn)的首個(gè)民用商業(yè)遙感衛(wèi)星項(xiàng)目是由這款印度火箭來進(jìn)行發(fā)射的。PSLV火箭也就從此寫入了中國商業(yè)航天發(fā)展史。一箭多星奔月探火

借助PSLV火箭，印度的航天探索計(jì)劃穩(wěn)步推進(jìn)。印度的探月計(jì)劃分為三個(gè)階段：第一階段，發(fā)射一顆小型環(huán)繞月球的無人探測器月船1號(hào)，攜帶紅外線和×射線頻率的遙感裝置，與探測器一起在距離月球表面100千米高度的環(huán)月球軌道運(yùn)行兩年，勘察月球表面，繪制完整的月球成分地圖和三維地理圖；第二階段發(fā)射登月機(jī)器人，對(duì)月球進(jìn)行多項(xiàng)科學(xué)研究：第三階段，實(shí)現(xiàn)載人登月。如今，印度的探月工程的第一階段已經(jīng)完成。后續(xù)階段的探索需要更為重型的運(yùn)載火箭的出現(xiàn)。

而提到火星探測，印度航天著實(shí)給了全世界一個(gè)驚喜。蘇聯(lián)、美國、歐空局都分別將火星探測器送上過繞火星的軌道，甚至做到了在火星表面軟著陸。但是，唯獨(dú)印度，至今保留著探測火星的100%的成功率：印度是第一個(gè)首次嘗試就成功將探測器送上繞火星軌道的國家?；鹦擒壍捞綔y器于印度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間2013年11月5日2：38 PM（9：08 UTC）在位于斯里赫里戈達(dá)島的薩迪什-達(dá)萬航天中心一號(hào)發(fā)射臺(tái)以PSLV-XL C25型火箭發(fā)射。2013年11月30日19：19 UTC，火星軌道探測器發(fā)動(dòng)機(jī)開動(dòng)23分鐘進(jìn)入霍曼轉(zhuǎn)移軌道，離開地球軌道而進(jìn)入飛向火星的日心軌道。2014年9月24日，火星軌道探測器成功進(jìn)入火星軌道。于是，印度的lSRO成了繼俄羅斯RSA、美國NASA、歐洲ESA之后第4個(gè)成功完成了探索火星任務(wù)的太空機(jī)構(gòu)。另外值得一提的是，印度的火星探測任務(wù)，單次預(yù)算約7400萬美元，只有美國的十分之一。

2007年1月10日，印度用一枚PSLV火箭將印度首枚返回式太空艙（468千克1和3顆衛(wèi)星送入太空。返回艙SRE-1重550千克，以低碳鋼制造。整個(gè)航天器包括隔熱結(jié)構(gòu)、艙體、制動(dòng)和漂浮系統(tǒng)以及微重力實(shí)驗(yàn)載荷。太空艙略呈鐘形，頂端半球狀鼻帽半徑約0.5米，底部直徑2米，全高1.6米。降落傘、煙火信號(hào)裝置、傳感器和電子設(shè)備、遙感系統(tǒng)等被置于SRE-1艙體內(nèi)。為了抵抗再入大氣層時(shí)的高溫，SRE-1表面大部分覆蓋有二氧化硅隔熱瓦，并設(shè)計(jì)了碳一酚復(fù)合材料制成的可燒蝕式端頭帽。印度人也在研究碳碳復(fù)合材料，如果成功，這種材料將與二氧化硅隔熱瓦一起用于印度未來的可重復(fù)使用發(fā)射載具。

我們知道，在2015年9月20日07時(shí)01分14.331秒，“長征”6號(hào)運(yùn)載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功點(diǎn)火發(fā)射，將20顆衛(wèi)星送入太空，成為中國航天新—代“長征”系列運(yùn)載火箭的首發(fā)型號(hào)。同時(shí)，該火箭創(chuàng)造了一箭多星的亞洲紀(jì)錄。然而，在2016年6月22日03時(shí)56分，印度PSLV運(yùn)載火箭在薩迪什·達(dá)萬航天中心成功點(diǎn)火發(fā)射，也將20顆衛(wèi)星（1顆Cartosat-2C+3顆小型衛(wèi)星+2顆微型衛(wèi)星+14顆納米衛(wèi)星=20顆衛(wèi)星）送入太空，追平了中國在去年創(chuàng)造的亞洲紀(jì)錄。

總體說來，印度的PSLV運(yùn)載火箭36次發(fā)射，34次成功。在這些發(fā)射任務(wù)中，印度逐步搭建成了自己的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。2008年10月22日，這款PSLV火箭發(fā)射7EP度首顆國產(chǎn)月球探測器。2015年9月28日，印度PSLV運(yùn)載火箭首次承接美國衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)，一次發(fā)射了4枚美國衛(wèi)星，同時(shí)搭載的還有1顆1.65噸重的印度國產(chǎn)多波段空間望遠(yuǎn)鏡，1顆印度尼西亞衛(wèi)星，還有1顆加拿大衛(wèi)星。印度的PSLV火箭，以奇特的配置：固體助推器+芯一級(jí)固體火箭+二級(jí)液體火箭+三級(jí)固體火箭+四級(jí)液體火箭，為印度航天技術(shù)的追趕以及印度為全人類太空探索事業(yè)的貢獻(xiàn)提供了一個(gè)可堪使用的平臺(tái)。雖然從總體設(shè)計(jì)的角度來看，該火箭的效率還有待提高，但是印度設(shè)計(jì)師在客觀條件有限的情況下，通過大量有趣的設(shè)計(jì)，居然實(shí)現(xiàn)了遙感衛(wèi)星星座建設(shè)、導(dǎo)航星座搭建、探測月球、探測火星等任務(wù)。如今在國際商業(yè)火箭市場上，印度PSLV火箭的超低發(fā)射價(jià)格與目前來看還不錯(cuò)的發(fā)射成功率（從1999年以來就沒有失敗過）形成了一定的競爭力。不過，大推力液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)、液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)等技術(shù)是繞不過去的，印度的運(yùn)載火箭何時(shí)會(huì)擁有這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)，是通過國際合作的形式購買還是自主研發(fā)的道路擁有，尚需我們進(jìn)一步觀察。

責(zé)任編輯：邢強(qiáng)