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月船3号成功着陆!坎坷60年、印度航天到底啥水平?

印度的月船 3 号登月成功,在网络上也引起了不少争论,很多人都想知道,印度的航天技术到底怎么样?和我们都有哪些差距呢?

其实,所谓外行看热闹内行看门道,单从一个项目的成败来讨论一个国家的航天技术是不够全面的,所以今天咱们就来来看看印度的运载火箭的发展历史,对印度的航天技术有个管中窥豹的认识。


(资料图片仅供参考)

印度的月船 3 号,图片来源:网络

印度航天,起点高,进度慢

1947 年,印度独立,因为并非二战的主要战场,独立的过程也并没有经过鏖战,英国在印度经营这么多年剩下的工业和教育基础都还在,所以相比咱们新中国刚成立那会儿来说,印度的起点要比咱们多多少少高一点。

不仅起点高一点,他们的国际环境也比咱们强,与咱们不同,并没有一个像美国那样的超级大国想要把它扼杀在摇篮里。

看上去这样的起点和环境应该更有利于航天技术发展,但实则恰恰相反,正是因为国际环境的松弛,使他们并不需要尽快拥有核技术和弹道导弹技术。而各国的航天都是从弹道导弹开始的,这俩本质上一回事儿。

到 60 年代,印度都没有正经搞过航天,甚至没有专门搞航天的国家部门。1962 年,到了中印边境自卫反击战,咱们获得了胜利,印度这才开始全力追赶。

卫星上天,用的是别人家的火箭

这个时候,咱们的东风一型弹道导弹已经成功试射了,东风二已经在研制了,但印度这边还啥都没有呢。咱们的东风一号是从苏联提供的 P2 导弹仿来的,相当于是苏联给了技术。

印度能不能这么做呢?不能,因为他们当时正在搞不结盟运动,就是不管是美是苏,我都既不跟你结盟,也不跟你敌对,主打一个若即若离、若隐若现,那自然就不可能拿到弹道导弹这么重要的技术。

没有盟友也就没有敌对阵营,所以他们可以从各国买探空火箭回来研究研究,就那种碗口粗几米长的那种小玩意儿,美国的、苏联的、法国的都有。

印度早期发射的探空火箭,只能用自行车来当运载车

1967 年,印度终于成功发射了他们的第一枚探空火箭“鲁西尼”,它全长足足有 150 厘米,能飞足足 10000 米高,到今天也就是个防雹火箭的水平。

三年之后,中国的长征一号火箭带着东方红一号卫星进入了地球轨道,这回印度彻底坐不住了,咋办?那时候中苏关系已经破裂了,苏联一直积极拉拢印度,顺水推舟的事情不干白不干。

于是印度跟苏联签订了协议,用印度一些重要港口的使用权,交换航天技术的合作。让苏联手把手教印度造火箭这时候是来不及了,所以印度就先自己造了一颗人造地球卫星,让苏联用他们的火箭给打上去。

早期的几款印度火箭,性能不佳

火箭发展坎坷路

后来,在经历了一次发射失败之后,1980 年,印度自主研制的 SLV-3 火箭将他们的鲁西尼-1 卫星,送上了太空。看起来,印度人终于掌握了航天技术。

SLV-3 火箭,图片来源:作者提供

但是如果我们来看一下这个 SLV-3 的话就会发现,它其实有一些奇葩,这是用四级的纯固体火箭。

固体火箭相对液体火箭来说简单一些,但是效率也比较低,所以为了能够入轨,印度只好分了 4 级,才能将 35 公斤的鲁西尼-1送上太空,而且轨道高度比较低,运行了 20 个月就坠入大气层了。而咱们的东方红一号重量是 173 公斤,而且轨道高度更高,1970 年发射到现在还在运行呢。

SLV-3 火箭,图片来源:作者提供

印度也知道,这个 SLV 火箭能力太弱,只能解决一个有没有的问题,但绝对不实用,不到 40 公斤的运载能力啥也干不成。

于是他们又在 SLV 的基础上弄出了 ASLV,事实上就是在原来的基础上又在一级加了助推器,所有的这些还都是固体火箭发动机。

ASLV 也确实把运载能力提升了,提升到多少呢?近地轨道 150 公斤,还是不如咱们长征一号。ASLV 首次发射的时候时间已经来到了 1987 年,还有一年多笔者就要出生了。但直到笔者上了学前班,1994 年,它才在第四次试射当中取得了彻底的成功。

ASLV 火箭,图片来源:作者提供

成功了之后就会广泛应用?错,印度立马就毅然决然地把这个火箭给抛弃了,因为固体火箭的硬伤就是效率低,所以很难用它造出大运载能力的火箭。

你别看印度火箭不太行,卫星却造的风生水起,各种通讯卫星、科学卫星啊一个接一个,但这些卫星要么太大,要么需要送到极地轨道,ASLV 都做不到,所以那段时间印度是尝遍了有星无箭的苦。

终于有了款好用的!

于是印度人痛定思痛,跟液体火箭发动机开始死磕。借助苏联的部分经验,他们终于造出了 PSLV,它的芯级有四级,一三级是固体,二四级是液体,还绑了六枚固体火箭助推器,近地轨道运载能力 3.8 吨,还能把 1.2 吨的载荷送到地球同步轨道。

别看设计依然剑走偏锋与美苏都有所不同,但结果非常好,从 90 年代初开始,一直使用到了现在,可靠性非常高,不仅承担了很多次的商业卫星发射任务,上次那个一箭 104 星天女散花也是它后来的改进型干的。

PSLV火箭,图片来源:作者提供

PSLV 的意义不仅在于印度从此终于有了一款能用好用的火箭,更重要的是,让印度搞出了一种劳苦功高的液体火箭发动机 Vikas。

这台发动机是印度在法国的维京-2 型发动机,也就是阿丽亚娜火箭的那个发动机的基础上搞出来的。它在印度的地位有点类似于 YF-20 在中国的地位,它是常规推进剂,也就是肼燃料的,推力级别也差不多,七八十吨。

在 PSLV 上,它只是在第二级上小试牛刀,没有当主角,而当印度发现它很可靠,并且他们需要运载能力更强的火箭时,Vikas 扛起了印度航天大旗。

他们研制出了 GSLV 系列火箭,一共有三个型号 MK1、MK2 和 MK3。一二代 GSLV 的其它配置基本相同,一级还是固体火箭发动机,绑四个由刚才说的印度神机 Vikas 推动的助推器,二级还是 Vikas 发动机。

图片来源:作者提供

值得一提的是,到了这个系列的火箭,印度终于开始玩高级发动机——氢氧发动机了。

氢氧发动机虽然搞大推力很难,但是它的效率非常高,特别适合火箭上面级使用,这时候因为剩下的重量已经很轻了,不需要起飞时那么大的推力了,但主打一个省“油”持久。

GSLV 第一代上的氢氧发动机是从苏联买的 RD-56M,这台发动机本来是苏联为载人登月设计的,但后来项目黄了,就改吧改吧卖出来挣外快了。后来印度自己也开发了氢氧发动机,于是到 GSLV 第二代上,这个上面级就换成了印度自己产的。

GSLV 的第三代跟前两代长得完全不同了,芯一级换成了刚才说的 Vikas 发动机,终于让它当了主角,而两边的助推器则还是固体火箭发动机,而第三级厉害了,他们用了一台 20 吨推力的 CE-20 氢氧发动机,这是一种开式循环的氢氧发动机。这在目前全世界的上面级氢氧发动机里面,推力都是数一数二的,要知道,咱们长征五号上用的 YF-75D,推力只有 9 吨级别。

印度的运载火箭族谱,图片来源:作者提供

最近把月船送到月球的,就是这个 GSLV-第三代。它的近地轨道运载能力大约十吨,地球同步轨道运载能力大约 4 吨,基本上就跟咱们成熟之后的长征二号和三号这个系列差不多。

可以说,到了现在,印度的运载火箭基本运载能力,基本达到了咱们 90 年代的水平。就是说咱们 90 年代能发射什么他们现在基本也能发射了。

其实咱们能看出来,至少在运载火箭这个方面,印度和咱们之间的差距一直以来,可以说既没有明显缩小,也没有明显扩大,基本上是紧追不舍,甚至印度还有一些技术不亚于咱们。

比如大推力固体火箭发动机技术,因为他们一直在用,而我们航天上基本用的都是液发,所以就可能比我们成熟。再比如刚才说的 20 吨级的氢氧上面级,咱们是已经试车过 25 吨级的了,而且是闭式膨胀循环的,比印度高级,但至少人家已经实际应用飞向月球了,咱们的还没有真的飞过。

印度的氢氧机第三级,图片来源:作者提供

所以,在向科学技术巅峰攀登的路上,各国科研人员都在你追我赶,不进则退。这是一个没有硝烟的战场,不管是国外还是咱们中国,专业的人大多都正在埋头苦干,咱们要做的就是关注,了解并正确看待,这才是对我们航天事业最大的支持。

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本文为科普中国·星空计划扶持作品

出品 |中国科协科普部

监制丨中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

作者丨梁毅辰(苟胜老师) 西安航空学院讲师

审核丨刘勇中国科学院国家空间科学中心研究员

责编丨林林、丁崝

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