月船3號成功著陸坎坷60年的印度航天到底啥水平?
印度的月船3 號登月成功,在網絡上也引起了不少爭論,很多人都想知道,印度的航天技術到底怎麼樣?和我們都有哪些差距呢?其實,所謂外行看熱鬧內行看門道,單從一個項目的成敗來討論一個國家的航天技術是不夠全面的,所以今天咱們就來來看看印度的運載火箭的發展歷史,對印度的航天技術有個管中窺豹的認識。
印度的月船3 號,圖片來源:網絡
印度航天,起點高,進度慢
1947 年,印度獨立,因為並非二戰的主要戰場,獨立的過程也並沒有經過鏖戰,英國在印度經營這麼多年剩下的工業和教育基礎都還在,所以相比咱們新中國剛成立那會兒來說,印度的起點要比咱們多多少少高一點。
不僅起點高一點,他們的國際環境也比咱們強,與咱們不同,並沒有一個像美國那樣的超級大國想要把它扼殺在搖籃裡。
看上去這樣的起點和環境應該更有利於航天技術發展,但實則恰恰相反,正是因為國際環境的鬆弛,使他們並不需要盡快擁有核技術和彈道導彈技術。而各國的航天都是從彈道導彈開始的,這倆本質上一回事兒。
到60 年代,印度都沒有正經搞過航天,甚至沒有專門搞航天的國家部門。1962 年,到了中印邊境自衛反擊戰,咱們獲得了勝利,印度這才開始全力追趕。
衛星上天,用的是別人家的火箭
這個時候,咱們的東風一型彈道導彈已經成功試射了,東風二已經在研製了,但印度這邊還啥都沒有呢。咱們的東風一號是從蘇聯提供的P2 導彈仿來的,相當於是蘇聯給了技術。
印度能不能這麼做呢?不能,因為他們當時正在搞不結盟運動,就是不管是美是蘇,我都既不跟你結盟,也不跟你敵對,主打一個若即若離、若隱若現,那自然就不可能拿到彈道導彈這麼重要的技術。
沒有盟友也就沒有敵對陣營,所以他們可以從各國買探空火箭回來研究研究,就那種碗口粗幾米長的那種小玩意兒,美國的、蘇聯的、法國的都有。
印度早期發射的探空火箭,只能用自行車來當運載車
1967 年,印度終於成功發射了他們的第一枚探空火箭“魯西尼”,它全長足足有150 厘米,能飛足足10000 米高,到今天也就是個防雹火箭的水平。
三年之後,中國的長征一號火箭帶著東方紅一號衛星進入了地球軌道,這回印度徹底坐不住了,咋辦?那時候中蘇關係已經破裂了,蘇聯一直積極拉攏印度,順水推舟的事情不干白不干。
於是印度跟蘇聯簽訂了協議,用印度一些重要港口的使用權,交換航天技術的合作。讓蘇聯手把手教印度造火箭這時候是來不及了,所以印度就先自己造了一顆人造地球衛星,讓蘇聯用他們的火箭給打上去。
早期的幾款印度火箭,性能不佳
火箭發展坎坷路
後來,在經歷了一次發射失敗之後,1980 年,印度自主研製的SLV-3 火箭將他們的魯西尼-1 衛星,送上了太空。看起來,印度人終於掌握了航天技術。
SLV-3 火箭,圖片來源:作者提供
但是如果我們來看一下這個SLV-3 的話就會發現,它其實有一些奇葩,這是用四級的純固體火箭。
固體火箭相對液體火箭來說簡單一些,但是效率也比較低,所以為了能夠入軌,印度只好分了4 級,才能將35 公斤的魯西尼-1送上太空,而且軌道高度比較低,運行了20 個月就墜入大氣層了。而咱們的東方紅一號重量是173 公斤,而且軌道高度更高,1970 年發射到現在還在運行呢。
SLV-3 火箭,圖片來源:作者提供
印度也知道,這個SLV 火箭能力太弱,只能解決一個有沒有的問題,但絕對不實用,不到40 公斤的運載能力啥也乾不成。
於是他們又在SLV 的基礎上弄出了ASLV,事實上就是在原來的基礎上又在一級加了助推器,所有的這些還都是固體火箭發動機。
ASLV 也確實把運載能力提升了,提升到多少呢?近地軌道150 公斤,還是不如咱們長征一號。ASLV 首次發射的時候時間已經來到了1987 年,還有一年多筆者就要出生了。但直到筆者上了學前班,1994 年,它才在第四次試射當中取得了徹底的成功。
ASLV 火箭,圖片來源:作者提供
成功了之後就會廣泛應用?錯,印度立馬就毅然決然地把這個火箭給拋棄了,因為固體火箭的硬傷就是效率低,所以很難用它造出大運載能力的火箭。
你別看印度火箭不太行,衛星卻造的風生水起,各種通訊衛星、科學衛星啊一個接一個,但這些衛星要么太大,要么需要送到極地軌道,ASLV 都做不到,所以那段時間印度是嚐遍了有星無箭的苦。
終於有了款好用的!
於是印度人痛定思痛,跟液體火箭發動機開始死磕。借助蘇聯的部分經驗,他們終於造出了PSLV,它的芯級有四級,一三級是固體,二四級是液體,還綁了六枚固體火箭助推器,近地軌道運載能力3.8噸,還能把1.2 噸的載荷送到地球同步軌道。
別看設計依然劍走偏鋒與美蘇都有所不同,但結果非常好,從90 年代初開始,一直使用到了現在,可靠性非常高,不僅承擔了很多次的商業衛星發射任務,上次那個一箭104 星天女散花也是它後來的改進型乾的。
PSLV 火箭,圖片來源:作者提供
PSLV 的意義不僅在於印度從此終於有了一款能用好用的火箭,更重要的是,讓印度搞出了一種勞苦功高的液體火箭發動機Vikas。
這台發動機是印度在法國的維京-2 型發動機,也就是阿麗亞娜火箭的那個發動機的基礎上搞出來的。它在印度的地位有點類似於YF-20 在中國的地位,它是常規推進劑,也就是肼燃料的,推力級別也差不多,七八十噸。
在PSLV 上,它只是在第二級上小試牛刀,沒有當主角,而當印度發現它很可靠,並且他們需要運載能力更強的火箭時,Vikas 扛起了印度航天大旗。
他們研製出了GSLV 系列火箭,一共有三個型號MK1、MK2 和MK3。一二代GSLV 的其它配置基本相同,一級還是固體火箭發動機,綁四個由剛才說的印度神機Vikas 推動的助推器,二級還是Vikas 發動機。
圖片來源:作者提供
值得一提的是,到了這個系列的火箭,印度終於開始玩高級發動機——氫氧發動機了。
氫氧發動機雖然搞大推力很難,但是它的效率非常高,特別適合火箭上面級使用,這時候因為剩下的重量已經很輕了,不需要起飛時那麼大的推力了,但主打一個省“油”持久。
GSLV 第一代上的氫氧發動機是從蘇聯買的RD-56M,這台發動機本來是蘇聯爲載人登月設計的,但後來項目黃了,就改吧改吧賣出來掙外快了。後來印度自己也開發了氫氧發動機,於是到GSLV 第二代上,這個上面級就換成了印度自己產的。
GSLV 的第三代跟前兩代長得完全不同了,芯一級換成了剛才說的Vikas 發動機,終於讓它當了主角,而兩邊的助推器則還是固體火箭發動機,而第三級厲害了,他們用了一台20 噸推力的CE-20 氫氧發動機,這是一種開式循環的氫氧發動機。這在目前全世界的上面級氫氧發動機裡面,推力都是數一數二的,要知道,咱們長征五號上用的YF-75D,推力只有9 噸級別。
印度的運載火箭族譜,圖片來源:作者提供
最近把月船送到月球的,就是這個GSLV-第三代。它的近地軌道運載能力大約十噸,地球同步軌道運載能力大約4 噸,基本上就跟咱們成熟之後的長征二號和三號這個系列差不多。
可以說,到了現在,印度的運載火箭基本運載能力,基本達到了咱們90 年代的水平。就是說咱們90 年代能發射什麼他們現在基本也能發射了。
其實咱們能看出來,至少在運載火箭這個方面,印度和咱們之間的差距一直以來,可以說既沒有明顯縮小,也沒有明顯擴大,基本上是緊追不捨,甚至印度還有一些技術不亞於咱們。
比如大推力固體火箭發動機技術,因為他們一直在用,而我們航天上基本用的都是液發,所以就可能比我們成熟。再比如剛才說的20 噸級的氫氧上面級,咱們是已經試車過25 噸級的了,而且是閉式膨脹循環的,比印度高級,但至少人家已經實際應用飛向月球了,咱們的還沒有真的飛過。
印度的氫氧機第三級,圖片來源:作者提供
所以,在向科學技術巔峰攀登的路上,各國科研人員都在你追我趕,不進則退。這是一個沒有硝煙的戰場,不管是國外還是咱們中國,專業的人大多都正在埋頭苦幹,咱們要做的就是關注,了解並正確看待,這才是對我們航天事業最大的支持。
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本文為科普中國·星空計劃扶持作品
出品| 中國科協科普部
監製丨中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司
作者丨梁毅辰(苟勝老師) 西安航空學院講師
審核丨劉勇 中國科學院國家空間科學中心研究員
責編丨林林、丁崝