印度欲在2035年建成空間站,“拖延症”或致無法按時完成
10個月前

日前,在印度測繪學會(ISG)和遙感學會(ISRS)聯合主辦的會議上,印度空間研究組織(ISRO)主席索馬納特(Somanath)披露了印度載人航天計劃的最新進展和計劃,其中,印度未來載人空間站的發展規劃最爲引人矚目。

隨着印度“天空之船”(Gaganyaan)載人飛船計劃的推進,印度載人空間站計劃也將提上日程,計劃在2028年左右發射部署空間站的第一個驗證模塊,2035年建成印度空間站——Bharatiya Antariksha Station。那么,印度空間站水平如何?

印度公布的空間站模型。

印度載人航天:步履維艱地前行

載人航天是當今衡量一個國家綜合實力的重要標志,對於想成爲“有聲有色大國”的印度來說,載人航天顯然是一個加分項。1984年,印度空間研究組織通過和蘇聯的國際合作,將印度第一個航天員夏爾瑪(Sharma)送入太空,他乘坐“聯盟”T-11飛船前往“禮炮七號”空間站,進行了爲期7天21小時40分的太空飛行。

借船上天只是發展自主載人航天能力的探路之舉,最終目的是靠自己的火箭和飛船將印度人送上太空。但印度很長時間裏缺乏必要的航天能力,連成熟可靠的火箭在21世紀之前都沒有——印度自主研制的PSLV火箭達到成熟可靠狀態已經是21世紀的事情了。雖然以PSLV火箭的運載能力足以發射與美國“水星”號相同級別的飛船,但印度空間研究組織早就接觸過“聯盟”號飛船,顯然不會“倒行逆施”研制類似“水星”號這樣技術水准低一個檔次的飛船。“聯盟”號飛船發射質量6.8噸,而GSLV MK II火箭近地軌道運力6噸,有傳言印度曾計劃用GSLV MK II火箭發射2人乘組的載人飛船,不過GSLV MK II火箭的表現也讓印度有點失望——達到成熟狀態是2010年後的事情。

雖然載人航天計劃沒有正式得到國家的立項,但爲了推進載人航天計劃,印度空間研究組織還是提前开始積累載人航天工程的技術和經驗。2007年1月印度空間研究組織發射了名爲太空艙返回試驗(SRE)的試驗艙,SRE-1只是一個簡單的返回艙,它使用PSLV火箭發射後在地球低軌道飛行了約一個星期,隨後再入返回落在孟加拉灣海面上。印度空間研究組織通過SRE-1返回艙突破了載人飛船的再入返回技術,而且熱防護系統的防熱瓦可以重復使用。

印度空間研究組織隨後提出啓動載人航天工程,計劃到2015年將印度人自主送上太空,但這項計劃並未得到印度政府的大力支持,印度政府只批准了2000萬美元預算進行技術預研,印度空間研究組織只能繼續先進行技術攻關。2008年,印度空間研究組織決定在班加羅爾建造航天員培訓中心,並進行艙內和艙外航天服的研制工作,還籌備了建造載人航天任務控制中心,以及試圖在斯裏哈裏科塔發射場建造專門的載人航天發射工位。2012年,印度“十二五”計劃公布,載人航天計劃仍未得到批准,這意味着印度載人航天項目正式上馬最早也是2017年後的事情了。

隨着GSLV MK II火箭的成熟以及新一代GSLV MK III/LVM3火箭的順利研制,2014年12月18日,印度空間研究組織執行了LVM3的亞軌道試飛任務,發射了大氣層再入實驗載人艙(CARE)。重約3.7噸的CARE載人艙是未來載人飛船的全尺寸試驗艙,它被加速到5.3千米/秒的速度並再入,對導航制導控制以及熱防護等多項關鍵子系統進行了檢驗。當然,這么大的返回艙也意味着GSLV MK II火箭只能“望船興嘆”,需要使用運力更大的LVM3火箭發射載人飛船。此外,印度還進行了載人返回艙的空投和水面濺落試驗,而飛船的服務艙研制也有進展,印度空間研究組織直接在PSLV火箭第四級的基礎上,衍生研制了載人飛船的服務艙。

2017年,印度空間研究組織开始實施載人航天計劃,2018年順利完成了發射台逃逸試驗。2018年8月15日,在印度國慶節上,印度總理莫迪正式宣布了名爲“天空之船”(Gaganyaan)的載人航天計劃,當時計劃在未來7年工程預算合計1000億盧比(約合13.5億美元)。印度空間研究組織還公开載人飛船是典型的兩艙式飛船,總重量約7噸,他們計劃2021年運送3名成員進行5-7天的飛行。印度空間研究組織還派出航天員去俄羅斯進行訓練,並通過國際合作在澳大利亞建立了一個地面站,用於支持未來的載人飛行。

然而,隨着飛船研制工作的深入,計劃沒有變化快,載人返回艙變成一個5.3噸重的大型載人艙,而服務艙重量也有2.9噸,飛船總重量增加到8.2噸,Gaganyaan飛船將由通過載人認證的LVM3火箭送入400千米高度的圓軌道。印度空間研究組織顯然低估了載人航天的工程難度,再加上疫情的衝擊,2021年7月才進行了載人版火箭Vikas的首次熱試車,2022年進行主降落傘空投試驗,2023年8月完成了降落傘試驗,同年10月21日進行了飛船高空逃逸試驗。和印度大多數航天計劃一樣,載人航天計劃也深受“拖延症”的困擾,印度載人飛船首次無人發射已經推遲到2024年,首次載人飛行計劃在2025年實現。

載人空間站:充滿變數的遠景

在航天領域有一句話:造船爲建站,建站爲應用。載人飛船只是載人航天工程的第一步,載人航天終究是要服務於空間應用的,而要大規模开展空間科學和應用,空間站是必不可少的基礎設施。印度雖然載人飛船尚未上天,但早已开展了載人空間站的預研工作。

2018年,印度載人航天工程得到正式批准,2019年6月,印度空間研究組織主席斯萬(Sivan)就透露印度准備在下一階段研制和發射空間站,據稱印度空間研究組織將在2030年前後發射一個“禮炮七號”級別的20噸級單艙空間站,支持15-20天的中短期空間駐留,並开展空間微重力科學實驗。載人航天工程技術涉獵範圍很廣,其中交會對接是必不可少的關鍵技術,印度版的“禮炮七號”空間站也要突破掌握空間交會對接。2019年,印度媒體報道稱,印度空間研究組織早在2017年就开始空間在軌對接技術研究,未來將發射兩顆小衛星,开展空間對接實驗(SPADEX)。

2021年,全球航天探索大會(GLEX 2021)上,印度空間研究組織主席斯萬提到,印度未來將研制載人空間站,實現長期軌道駐留能力,他展示的幻燈片中空間站核心艙對接了兩艘Gaganyaan飛船,另外還有兩個疑似實驗艙,核心艙上還有機械臂和氣閘艙,性能指標比最初的“禮炮”系列空間站仿制版有了很大提高。根據公开消息,曾計劃在2021年底進行首飛的Gaganyaan飛船推遲到2023年,但2022年斯萬主席還繼續表示,這個更大更復雜的空間站要在2030年左右建成。

2022年印度空間研究組織又展示了新的空間站模型,這個名爲微重力實驗載人軌道空間站(HOME)的空間站由服務艙、居住艙和推進艙以及充氣艙段組成,誇張的是HOME模型上不僅有三個常規艙段,還有兩個充氣展开艙段,並對接了4艘Gaganyaan飛船!然而,考慮到印度載人飛船尚未發射升空,印度空間研究組織主要精力還是集中在載人飛船上,展出的各種載人空間站構型並沒有多大參考價值。未來隨着印度載人航天工程的實施,以及印度經濟發展和政府支持的變化,空間站設計方案隨時會進行修改。2023年新上任的印度空間研究組織主席索馬納特接受採訪時表示,Gaganyaan計劃旨在實現獨立自主的太空飛行能力,一旦突破載人航天飛行能力,後續將在未來20到25年內實施空間站計劃,空間站已經被確定爲印度空間研究組織未來十年的主要目標。從現有信息看,印度空間站不再是“禮炮七號”的仿制品,而是典型的多艙式空間站。

印度空間站的設計也在不斷變化,印度空間研究組織主席索馬納特2023年11月在會議上展示的幻燈片,計劃在2026-2028年先使用Gaganyaan飛船攜帶小型充氣艙,在軌測試充氣太空艙展开技術,然後進行在軌交會對接試驗。他還提到印度空間站包括生活艙、指令和推進艙以及充氣艙等三個艙段,空間站總質量約25噸,最終在2035年左右完成空間站的建造。印度載人空間站尚未正式立項,無論是2035年的建成時間,還是25噸的總質量,或是三艙的設計構型,顯然並未確定,印度空間站方案仍會繼續變動。

綜合印度空間研究組織公开的消息,Gaganyaan飛船使用LVM3火箭發射,現有方案中空間站艙段也將使用LVM3火箭發射,而LVM3火箭的近地軌道運力只有約10噸,這可能是三艙空間站總質量只有25噸的關鍵。

2017年首飛的LVM3火箭並非印度運載火箭發展的終點,印度空間研究組織正在改進升級LVM3火箭,計劃將火箭同步轉移軌道運力從4噸增加到6-6.5噸,相應的近地軌道運力也能達到15噸左右。另外,印度還在研制新一代火箭NGLV,它將取代現有的PSLV、GSLV和LVM3等運載火箭,NGLV火箭具有20噸級的近地軌道運力,計劃在2030年左右進行首飛。

印度空間研究組織主席索馬納特還表示,NGLV火箭將用於支持未來的商業發射、深空探索和載人航天任務,現在的25噸級的空間站可能是權宜之計,隨着NGLV火箭的研制,印度空間研究組織很可能會研發20噸級艙段,建造3艙或是更多艙段的大型永久性空間站。印度空間站計劃看起來雄心勃勃,但還有很多關鍵技術亟待突破,很可能像大多數印度航天計劃一樣,無法按時完成。而且不少印度航天計劃好高騖遠,脫離印度航天工業和技術水平,實際結果與PPT有很大的出入。

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