【文/观察者网专栏作者 白玉京】
12月30日的夜晚，是一个让无数印度人沸腾、狂欢的不眠之夜。
这一夜，印度向全球直播首次太空交会对接任务（spadex）的火箭发射任务。如果对接实验成功，印度将成为全球第四个掌握太空交会对接技术的国家。
印度的历史性一刻，注意火箭的pslv-c60字样，将实现印度太空对接的梦想。图片来源：isro
合作目标交会对接
载人航天的三大关键技术是太空交会对接、载人天地往返和出舱活动。对载人航天有着狂热执着和长远规划的印度此次首次太空对接，就是为印度将来实施载人航天任务、建造印度自己的空间站、乃至载人登月作准备。
1966年3月，美国双子星8号飞船与阿金纳目标飞行器对接，完成历史上首次太空对接；1967年10月，苏联宇宙188号飞船与宇宙186号飞船实现了世界上首次无人自动交会对接；2011年11月，中国神舟八号和天宫一号实现了自动交会对接。尽管日本的htv和欧洲的atv这两款飞船，跟美国主导建造的国际空间站完成了对接，但也只是个半调子，不掌握全套核心技术。
印度对首次太空对接试验寄予厚望的同时，也信心满满，发扬了一箭多星太空种土豆的精神，希望一次发射全面丰收。pslv-c60火箭的主任务是发射两颗各约220公斤的小型航天器，分别为sdx01（追踪飞行器）和sdx02（目标飞行器）。必须注意，这两个航天器并非一次性用品。
印度sdx01（追踪飞行器）和sdx02（目标飞行器），注意对接机构相对。图片来源：isro
pslv火箭的实用价值被充分榨干，将载有24项科学载荷火箭，火箭本体的第四级，被称为ps4轨道实验舱，成为验证载荷的实验平台。
印度首次太空对接重点验证合作目标交会对接，也可能会验证非合作目标交会对接。合作与非合作其实很好理解，通俗来说，两个航天器有自主配合能力的就是合作，其中一方没有这个能力的就是不合作，比如美国航天飞机捕获太空望镜进行维修，或是中国曾用一颗卫星捕获另一颗卫星拖到太空坟场轨道。
我们先聊聊合作目标交会对接，一般来说分为远距离导引段、近距离导引段、逼近段和对接段。印度首次太空交会对接试验流程如下：
这次将验证的核心技术，包括不限于：
· 对接机构
印度的对接机构是一种低冲击对接系统，接近速度约为10毫米/秒，采用“异体同构”设计，即追踪航天器和目标航天器的对接系统相同，并且是当前国际主流的周边式对接系统。美苏古早的环-锥式和杆-锥式早已淘汰，周边式对接系统的好处是通用性好，两个航天器对接装置相同，生产维护相当便利。
在执行太空任务时，如果不同航天器都采用这种通用的周边式对接系统，那么它们之间相互对接的可能性和便利性就大大增加，无需针对特定对接对象去专门改造或配备特殊对接设备，就如同使用统一接口标准的插头和插座一样，不同设备间更容易连接配合。中美俄的对接系统转移通道直径约800毫米，印度试验型的对接系统直径约450毫米。
对接机构特写，可见“异体同构”设计。图片来源：isro
· 交会与对接算法
sdx01和sdx02距离达到5公里时，会采用印度空间研究组织低地球轨道航天器中所运用的标准轨道维持和姿态控制算法。由于航天器处于圆形轨道，对卫星速度的任何增减都会导致轨道变化，因此采用了基于多脉冲（n-pulse）、下滑道（glideslope）以及比例导引（pv）制导算法的v-bar策略，以缩小卫星间的距离，在固定的卫星间距离处保持稳定，以便对传感器和软件进行评估，最终实现对接。这些算法被转化为软件，用于实现交会和对接。
· 航天器定位
sdx01和sdx02都搭载了基于差分全球导航卫星系统的卫星定位系统，提供定位、导航与授时功能。通过对追踪航天器和目标航天器的sps接收机中来自相同全球导航卫星系统卫星的载波相位测量值做减法运算，便可确定这两颗卫星高度精确的相对状态。sdx01和sdx02的甚高频/特高频收发器通过星间链路，将全球导航卫星系统卫星的测量数据从一颗卫星传输至另一颗卫星。
印度sdx01和sdx02分离成功。 图片来源：isro
非合作目标交会对接
此次印度验证非合作目标交会对接，实在是让人刮目相看。非合作目标交会对接的难度和复杂度要大得多。这种情况下，目标航天器并不是为对接任务设计的，可能根本没有标准的对接接口，也没有能力精确调整姿态，而且卫星碎片等太空垃圾的轨道参数、质量结构都不一定明确可知。
机械臂是非合作目标交会对接的关键设备之一。可用于目标捕获与抓取、姿态调整辅助和近距离操作保障。机械臂一般有着多个自由度的关节，可以在三维空间中实现多种复杂的运动姿态组合，其设计非常复杂，研发难度比较高。
比如加拿大为国际空间站研制的“加拿大臂2”有7个自由度，这使其能够像人的手臂一样灵活地弯曲、扭转、伸展，从而适应不同形状、不同姿态非合作目标的抓取和操作需求，能够到达追踪航天器周边不同方位去完成任务。中国在天宫空间站部署的一大一小机械臂水平也非常高，不光可以在舱体爬行，双臂甚至可以协同工作。
pslv-c60任务中poem-4上的24个有效载荷，排名前二的就是rrm-td行走机械臂和太空碎片捕获机械手。rrm-td是印度第一台具有行走能力的太空机械臂，也有7个自由度，可爬行到指定位置。太空碎片捕获机械手利用视觉伺服和物体运动预测来捕获系绳连接的碎片。在首次实验成功演示之后，未来将具备捕获自由漂浮碎片，以及为系绳连接和自由漂浮的航天器进行燃料加注的能力。
上图为rrm-td行走机械臂，下图为太空碎片捕获机械手。图片来源：isro
印度对于遥感极其重视
印度一直希望在太空部署强大的合成孔径雷达与光学成像相结合的遥感星座，巨大的民用和军用价值不言而喻。sdx01和sdx02在完成对接和分离操作之后，将执行后续的太空任务，整体倾向于侦察、遥感。
sdx01上搭载的高分辨率相机（hrc），凭借其在特定高度下具有一定尺寸的瞬时视场角以及不同模式下相应的幅宽，能够对目标区域进行拍摄成像，可用于获取地面等目标的相关影像信息，从这个角度讲具备类似侦察、遥感功能。
sdx02上搭载的微型多光谱有效载荷（mmx），有着特定波段范围的可见近红外波段，并且在相应高度下有对应的瞬时视场角和幅宽，这种多光谱成像能力有助于对自然资源、植被等情况进行观测和分析，也符合常见遥感任务的范畴。
还有两个载荷跟合成孔径雷达有关。glx-sq项目用于演示在太空环境中合成孔径雷达（sar）图像的生成、采集以及处理过程。其目标是在10分钟以内完成图像处理和压缩工作，将400兆字节的原始数据压缩至不足1.5兆字节。
伐楼拿项目（varuna，印度掌控秩序与水的神）验证立方体卫星的合成孔径雷达能力。单个小型立方体卫星的合成孔径雷达性能当然比不过专业的大卫星，但是其造价极其低廉，组网以后性能相当可观。通过组网形成卫星星座，可以增加重访率，也就是对同一区域能够更频繁地进行观测成像，实现对目标区域的近实时、全方位监测。
印度要造空间站，太空交会对接是必修课。图片来源：isro
如何评价印度的首次
美俄的首次，现来看来毕竟原始，当然无法用上星间链路和差分全球定位导航系统这些高新技术。跟美俄中的首次相比，印度的首次太空对接试验，吃了时代技术进步的红利，总体水平不算太低，很有印度式精打细算风格。比如与国际主流接轨的周边式设计，在一定程度上反映了印度航天技术的现代化水平和国际适应性，为未来与其他国家开展航天合作或国际空间站对接任务提供了技术接口的可能性。
通过此次试验，印度在航天资源利用上达到了新的高度，pslv-c60火箭的多功能应用，从单纯的运载工具转变为集发射、实验平台于一体的综合平台，大幅提升了航天任务的性价比，为其后续航天项目的经济可行性提供了良好范例。
更为关键的是，此次试验紧密契合载人航天发展脉络，合作与非合作目标交会对接技术的验证，是印度迈向载人航天实质性阶段的重要里程碑，为印度自主建设空间站和开展载人登月计划筑牢了前期技术根基。
印度此次太空对接虽取得阶段性成果，但也需清醒认识到其航天之路仍布满荆棘。过往经验表明，印度在军工和科研项目上常受延期困扰，阿琼坦克与lca战斗机便是例证。航天领域技术复杂程度更甚，后续任务挑战重重。
尽管此次展示了一定技术实力，但在长期稳定推进太空项目、确保技术持续升级以及大规模应用转化等方面，印度仍需投入大量精力，接受时间与实践的严格检验，其能否真正在全球航天竞争中站稳脚跟并实现长远目标，尚有待进一步观察，未来充满不确定性与艰难险阻。
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