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白玉京:如果成功,印度就加入中俄美行列了

【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 白玉京】

12月30日的夜晚,是一個(gè)讓無數(shù)印度人沸騰、狂歡的不眠之夜。

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

合作目標(biāo)交會對接

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。

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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。

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。

這次將驗(yàn)證的核心技術(shù),包括不限于:

· 對接機(jī)構(gòu)

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。

對接機(jī)構(gòu)特寫,可見“異體同構(gòu)”設(shè)計(jì)。圖片來源:ISRO

· 交會與對接算法

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。

· 航天器定位

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。

印度SDX01和SDX02分離成功。圖片來源:ISRO

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