【文/觀察者網專欄作者 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（SpaDeX）的火箭發(fā)射任務。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

合作目標交會對接

載人航天的三大關鍵技術是太空交會對接、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、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，跟美國主導建造的國際空間站完成了對接，但也只是個半調子，不掌握全套核心技術。

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，其中一方沒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引段、近距離導引段、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，預期任務壽命可達兩年。

這次將驗證的核心技術，包括不限于：

· 對接機構

印度的對接機構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”設計，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，生產維護相當便利。

在執(zhí)行太空任務時，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備，就如同使用統(tǒng)一接口標準的插頭和插座一樣，不同設備間更容易連接配合。中美俄的對接系統(tǒng)轉移通道直徑約800毫米，印度試驗型的對接系統(tǒng)直徑約450毫米。

對接機構特寫，可見“異體同構”設計。圖片來源：ISRO

· 交會與對接算法

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）以及比例導引（PV）制導算法的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。這些算法被轉化為軟件，用于實現(xiàn)交會和對接。

· 航天器定位

SDX01和SDX02都搭載了基于差分全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，提供定位、導航與授時功能。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導航衛(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，將全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星的測量數(shù)據從一顆衛(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