【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：

PSLV-C60火箭将两个航天器送入高度约470公里、倾角55°的圆形轨道。

通过精确控制，发射时为目标和追踪航天器提供微小的相对速度，使它们在一天内达到10-20公里的相互间距。

随后，追踪航天器将逐步接近目标航天器，经过5公里、1.5公里、500米、225米、15米和3米的距离，最终实现对接。

成功对接并固定后，将演示两颗卫星之间的电力传输，然后分离，开始各自的有效载荷操作，预期任务寿命可达两年。

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