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)。如果對接實驗成功，印度將成為全球第四個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)著和長遠規(guī)劃的印度此次首次太空對接，就是為印度將來實施載人航天任務(wù)、建造印度自己的空間站、乃至載人登月作準備。

　　1966年3月，美國雙子星8號飛船與阿金納目標飛行器對接，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寄予厚望的同時，也信心滿滿，發(fā)揚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（目標飛行器）。必須注意，這兩個航天器并非一次性用品。

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

　　PSLV火箭的實用價值被充分榨干，將載有24項科學(xué)載荷火箭，火箭本體的第四級，被稱為PS4軌道實驗艙，成為驗證載荷的實驗平臺。

　　印度首次太空對接重點驗證合作目標交會對接，也可能會驗證非合作目標交會對接。合作與非合作其實很好理解，通俗來說，兩個航天器有自主配合能力的就是合作，其中一方?jīng)]有這個能力的就是不合作，比如美國航天飛機捕獲太空望鏡進行維修，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交會對接，一般來說分為遠距離導(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流程如下：

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

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

　　隨后，追蹤航天器將逐步接近目標航天器，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)壽命可達兩年。

　　印度的對接機構(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，即追蹤航天器和目標航天器的對接系統(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，兩個航天器對接裝置相同，生產(chǎn)維護相當(dāng)便利。

　　在執(zhí)行太空任務(wù)時，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)一接口標準的插頭和插座一樣，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，印度試驗型的對接系統(tǒng)直徑約450毫米。

　　SDX01和SDX02距離達到5公里時，會采用印度空間研究組織低地球軌道航天器中所運用的標準軌道維持和姿態(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行評估，最終實現(xiàn)對接。這些算法被轉(zhuǎn)化為軟件，用于實現(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)航與授時功能。通過對追蹤航天器和目標航天器的SPS接收機中來自相同全球?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。

　　此次印度驗證非合作目標交會對接，實在是讓人刮目相看。非合作目標交會對接的難度和復(fù)雜度要大得多。這種情況下，目標航天器并不是為對接任務(wù)設(shè)計的，可能根本沒有標準的對接接口，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。

　　機械臂是非合作目標交會對接的關(guān)鍵設(shè)備之一?？捎糜谀繕瞬东@與抓取、姿態(tài)調(diào)整輔助和近距離操作保障。機械臂一般有著多個自由度的關(guān)節(jié)，可以在三維空間中實現(xiàn)多種復(fù)雜的運動姿態(tài)組合，其設(shè)計非常復(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)非合作目標的抓取和操作需求，能夠到達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個有效載荷，排名前二的就是RRM-TD行走機械臂和太空碎片捕獲機械手。RRM-TD是印度第一臺具有行走能力的太空機械臂，也有7個自由度，可爬行到指定位置。太空碎片捕獲機械手利用視覺伺服和物體運動預(yù)測來捕獲系繩連接的碎片。在首次實驗成功演示之后，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行燃料加注的能力。

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

　　印度一直希望在太空部署強大的合成孔徑雷達與光學(xué)成像相結(jié)合的遙感星座，巨大的民用和軍用價值不言而喻。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（HRC），憑借其在特定高度下具有一定尺寸的瞬時視場角以及不同模式下相應(yīng)的幅寬，能夠?qū)δ繕藚^(qū)域進行拍攝成像，可用于獲取地面等目標的相關(guān)影像信息，從這個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、植被等情況進行觀測和分析，也符合常見遙感任務(wù)的范疇。

　　還有兩個載荷跟合成孔徑雷達有關(guān)。GLX-SQ項目用于演示在太空環(huán)境中合成孔徑雷達（SAR）圖像的生成、采集以及處理過程。其目標是在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)。

　　伐樓拿項目（Varuna，印度掌控秩序與水的神）驗證立方體衛(wèi)星的合成孔徑雷達能力。單個小型立方體衛(wèi)星的合成孔徑雷達性能當(dāng)然比不過專業(yè)的大衛(wèi)星，但是其造價極其低廉，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)域能夠更頻繁地進行觀測成像，實現(xiàn)對目標區(qū)域的近實時、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，吃了時代技術(shù)進步的紅利，總體水平不算太低，很有印度式精打細算風(fēng)格。比如與國際主流接軌的周邊式設(shè)計，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，印度在航天資源利用上達到了新的高度，PSLV-C60火箭的多功能應(yīng)用，從單純的運載工具轉(zhuǎn)變?yōu)榧l(fā)射、實驗平臺于一體的綜合平臺，大幅提升了航天任務(wù)的性價比，為其后續(xù)航天項目的經(jīng)濟可行性提供了良好范例。

　　更為關(guān)鍵的是，此次試驗緊密契合載人航天發(fā)展脈絡(luò)，合作與非合作目標交會對接技術(shù)的驗證，是印度邁向載人航天實質(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，但也需清醒認識到其航天之路仍布滿荊棘。過往經(jīng)驗表明，印度在軍工和科研項目上常受延期困擾，阿瓊坦克與LCA戰(zhàn)斗機便是例證。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)實力，但在長期穩(wěn)定推進太空項目、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，接受時間與實踐的嚴格檢驗，其能否真正在全球航天競爭中站穩(wěn)腳跟并實現(xiàn)長遠目標，尚有待進一步觀察，未來充滿不確定性與艱難險阻。