【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 白玉京】

12月30日的夜晚，是一個讓無數(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(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(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(shí)驗艙，成為驗證載荷的實(shí)驗平臺。

印度首次太空對接重點(diǎn)驗證合作目標(biāo)交會對接，也可能會驗證非合作目標(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(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(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，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，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。圖片來源：ISRO

· 交會與對接算法

SDX01和SDX02距離達(dá)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(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