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志澄观察:印度太空力量的新发展(上)

访问次数: 1320 次    作者: 远望智库高级研究员 黄志澄    发布时间: 2020-07-14

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1. 前言


作者在2009年7月在《国际太空》杂志上发表的《印度太空力量的发展》一文中指出:“印度一直将太空力量的发展,视作迈向世界大国、体现其综合国力的重要步骤。近年来,印度也十分重视发展可用于未来高技术战争的军用航天技术。作为发展中国家,印度太空力量的发展道路,有其独到之处,很值得我们认真总结和借鉴。

10 多年后,印度在太空力量建设方面,又有了较大进展。本文将在上文的基础上,继续以实事求是的态度,既不夸大,又不贬低,科学地分析评估印度太空力量的进展,并进一步总结印度建设太空力量的经验教训。

 

2.印度发展太空力量的技术基础

  

本文着重讨论印度的太空力量,但由于航天技术是军民密不可分的一种技术,因此,在讨论印度太空力量的发展时,不能不从印度的航天基础技术的发展说起。

印度发展航天技术和我国一样,都采用循序渐进的途径,但在引进国外先进技术方面,他们更加有利。他们既引进了西方的技术,也引进了苏联的技术。由于印度是“先卫星,后火箭”,因此,他们早期的卫星,都是由苏联和欧空局的火箭发射,但印度并没有放弃发展研制自己的火箭,并尽可能把国外的技术和自己的技术结合起来。进一步,在发展卫星和火箭的过程中,也尽可能引进关键部件,并在引进这些产品后,或是作适当的改进,或是组合到自己的系统中去。在2000年之后,印度通过技术积累和对一些发射事故的认真分析,推动印度的运载火箭和卫星技术,日趋成熟,可靠性不断增加,性能不断提高,从而为印度发展太空力量建立了必要的技术基础。

近年来,印度逐步提升了军事航天综合实力,其在役中型运载火箭LEO最大运载能力达到10吨、GTO最大运载能力4吨,小型火箭具备较成熟的一箭多星发射能力;发射和运行了多颗高通量通信卫星;光学成像侦察卫星分辨率达到0.35米;完成了区域导航卫星系统建设,具有独立的区域导航定位服务能力。

 

(1)运载火箭性能不断提升,但与国仍有差距

 

印度是继美、俄、中、法、日之后全球第6个拥有完全自主火箭设计、制造和发射地球同步轨道卫星能力的国家。PSLV和GSLV是印度当前使用的主力运载火箭。


 

印度航天研究组织ISRO)研制了可将1-1.2吨有效载荷送入900公里极轨道的PSLV Polar Satellite Launch Vehicle)火箭。它在1994年10月发射“印度遥感卫星IRS-P2,就取得成功。它是一个固体和液体独特组合的4级火箭。第1级的中间火箭是采用固体火箭发动机,并捆梆6个固体火助推器。第2 级采用Viskas液体火箭发动机(按许可证生产的“阿里安”火箭上的“北欧海盗”发动机)。第3级采用固体发动机,第4级采用液体发动机。PSLV主要用于发射中小型卫星,具备较成熟的一箭多星发射能力2007年1月10日,印度PSLV-C7火箭发射了数颗航天器,分别是680千克重的印度“制图卫星-2”(Cartosat-256千克重的印度尼西亚LAPAN-TUBSAT卫星,6千克重的阿根廷Pehuensat卫星和550千克重的印度空回收实验舱(SRESpacecapsule Recovery Experiment)2017年2月PSLV火箭成功进行一箭104星发射,创造了世界发射纪录,并在2017年4月1日PSLV火箭首次将多颗卫星送入三个不同轨道。

印度已利用PSLV的一箭多星技术在微小卫星发射市场中占有了一席之地。印度还将在近期发射LEO运载能力500千克的新型小型火箭SSLV,以进一步提升微小卫星发射市场竞争力。由于PSLV采用许多固体火箭发动机,也在一定程度上,促进了印度弹道式导弹的发展。

 

印度在PSLV火箭的基础上,进一步研制了可发射同步轨道卫星的GSLV(Geosynchronous Satellite Launch Vehicle火箭GSLV有4种型号,分别为MK1、MK2、MK3和MK4。GSLV- MK1火箭前两级是在PSLV火箭一、二子级基础上进行小幅度改进而来;三子级采用的是由俄罗斯航天局提供的低温上面级12KRB,使用推力69千牛的俄制KVD-1液氢/液氧低温发动机GSLV-MK1火箭440吨,高50可将质量为1.85 t的卫星送入地球同步转移轨道(GTO)。2001年4 月18 日,成功地发射了静地轨道GSAT-1)实验通信卫星。目前GSLV-MK1火箭的第三级改用一种相似的印度国产76千牛发动机。2007年9月2日,GSLV-F04火箭 “印度卫星-4CR卫星送入了了预定轨道。

GSLV-MK2火箭GSLV-MK1火箭的结构大致相同,采用级结构MK2火箭的三子级与MK1火箭不同,采用印度国产低温上面级C12。MK2火箭的地球同步转移轨道运载能力为2 t,由于低温发动机的研制进展缓慢,GSLV-MK2火箭直到2014进行首次发射,并将一颗印度国产的卫星发射入轨

20176月5日,印度首次成功发射了一枚GSLV-MK3型火箭,任务载荷也是印度自主研发的GSAT-19E通信卫星,最终定轨在印度附近的赤道上空,为印度国内提供通信服务。

GSLV-MK2火箭芯一级,仍然使用的是固体火箭发动机,助推器则是液体火箭发动机。由于固体火箭发动机普遍比冲较低燃烧时间较短,这样的设计并不理想GSLV- MK3火箭的构型与欧空局的阿丽亚娜5火箭相似,中间芯级是液体火箭,两侧是固体助推,但其芯一级仍然是使用偏二甲肼的“毒发”,而阿丽亚娜5火箭芯级使用大推力氢氧发动机,因此仍有明显差距

GSLV- MK3火箭的总起飞重量是640吨,GTO运载能力达到4吨,LEO运载能力达到10吨,较上一代Mk2型运载能力提升1倍,但与美、俄、欧、日、中普遍具备的LEO 20吨级、GTO 10吨级运载能力仍存在较大差距。目前,印度已启动GSLV-MK3型火箭改进项目,计划研制200吨级液氧/煤油发动机替代目前160吨级四氧化二氮/偏二甲肼发动机。改进后火箭GTO运载能力从目前的4吨提升至5吨,满足大型载荷以及2022年载人航天发射需求。

 

(2)了较完整的应用卫星体系

 

现在,印度已经逐步建成了较完整的应用卫星体系印度限于国家经济实力以及自身战略目标的发展要求,通过发展民用与商用卫星体系促进并带动军事卫星体系的发展。目前印度应用卫星发展的重点仍是遥感、导航、通信三类。    

遥感领域,印度建立了高低轨搭配、谱段覆盖完整(包括可见光、近红外、中短波红外、微波等多个波段)的对地观测卫星体系印度“地球观测系统”计划,由国家自然资源管理系统规划委员会进行协调与管理。发射的卫星包括 “印度遥感卫星”系列、、“制图卫星”系列、“资源卫星”系列、“海洋卫星”系列、和“雷达成像卫星”系列等。有效载荷有可在可见光、近红外、短波红外波段工作的线性成像自扫描仪、高分辨率全色照相机、宽视场传感器、模块式光电扫描仪、海洋水色监视器、多频扫描辐射计、合成孔径雷达等。卫星数据由国家遥感局统一接收和处理。2017年6月23日印度PSLV运载火箭成功将31颗卫星送入预定轨道,其中包括印度“制图卫星-2E”卫星卫星质量为712千克,搭载了一个口径为70厘米的望远镜和两个成像传感器,其中全色传感器的分辨率为0.6米,多光谱传感器的分辨率为2米。2019年11月27日, 印度PSLV运载火箭成功将印度“制图卫星-3发射升空卫星的全色传感器的分辨率为0.35

 

  

 

印度空间研究组织在2009年4月与以色列航空工业公司(IAI)合作并发射了重达300公斤的RISAT-2雷达成像卫。RISAT-2卫星装备有多个天线的合成孔径雷达,天线可以接收信号,再将信号处理成高清晰度图像。该卫星可在夜间和各种雨、雪、雾条件下对地观测。印度之前发射的地球观测卫星则只能在光线较好的条件下进行成像采集工作。2019年5月22日,印印度空间研究组织成功发射卫星RISAT-2B到预定轨道。它将取代上述的RISAT-2卫星。RISAT-2B卫星配备合成孔径雷达,可用于监测和灾害管理等领域,具有在全天候条件下昼夜拍摄图像的潜力。该组织表示该卫星也可用于军事监测,将有效提高印度军队的监视能力。

 


印度的“国家卫星系统”计划,是一项发展卫星通信和卫星气象观测的计划。该系统由航天部、电信部、气象部、信息广播部等部门联合运营,。发射的卫星包括“印度卫星-2E”、“印度卫星-3A”、“印度卫星-3B”、“印度卫星-3C”、“印度卫星-3E”、“印度卫星-4A”、“印度卫星-4B”和“印度卫星-4CR”等。卫星的通信有效载荷有C波段、扩展C波段、大功率S波段和K波段转发器与移动通信转发器;气象有效载荷有甚高分辨率辐射计和气象数据中继转发器;部分C波段转发器租赁给国际通信卫星组织。由印度自己的GSLV火箭首次发射的“印度卫星-4CR卫星携带了12台大功率Ku波段转发器,扩大了电视广播服务能力,尤其是在DTH服务、视频图像传输(VPT)和数字卫星新闻采集(DSNG)等领域。201812印度重达5854公斤的Gsat-11高通量通信卫星阿丽亚娜-5运载火箭成功发射升空。Gsat-11卫星携带40个ku波段和ka波段的转发器,能够以每秒14千兆比特(GBPS)的数据传输速度提供高带宽连接。这颗卫星的设计寿命超过15年。20176月成功发射高通量卫星Gsat-19,而高通量卫星Gsat-29201811月14日发射成功

 

 

 

导航领域,印度区域导航系统在2006年5月由印度政府立项,2015年完成系统的部署和应用。2013年发射首颗IGSO卫星,目前在轨有3GEO卫星和4IGSO卫星。印度区域导航系统原名IRNSSThe Indian Regional Navigational Satellite System),20164月,改名为“印度导航星座(Navigation Indian ConstellationNAVIC)。NAVIC导航系统可提供单点定位服务和精密服务。两种服务通过L51176.45MHz)和S2492.08MHz)播发,系统的提供的服务精度:印度洋地区(印度周边1500km范围)定位精度在20m。印度和GSO卫星毗邻的国家位置精度在10m左右。根据NAVIC系统发布的系统评估报告,在印度中部地区绝大部分时间内其定位的精度优于10m。在中国的西南部能够接收到NAVIC导航系统的信号。

 


 

3)建立了配套的航天地面基础设施

 

度的两个主要航天发射场都建在沿海地区斯里哈里科塔发射场是印度最重要的航天发射中心。它位于印度东海岸的斯里哈里科塔岛上这里气候受西南季风和东北季风影响,10、11月份是大雨季节,但一年内多数月份阳光充足,天气晴朗,可以进行室外静态试车和发射试验。发射场拥有完备的火箭测试、组装和发射设施,并建有先进的计算机数据处理中心。印度空间研究中心在这里扩建了固体助推器工厂,可为多级火箭发动机生产大尺寸的推进剂药柱。

维克兰拉姆沙拉拜航天中心位于印度最南端的航天中心,前身是顿巴赤道火箭发射场1967年印度从那里发射一枚探空火箭,为印度开展航天活动拉开了序幕.为纪念印度航天计划创始人维克兰拉姆沙拉拜(Vikram Sarabhai)博士1972年将该发射场命名为维克兰拉姆沙拉拜航天中心

目前印度已在国内建设了多个地面测控站,已能满足地球轨道上各种航天器的测控要求,对于深空航天器的测控,印度可以借助于国际合作来满足需求。


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