印度激进深空探索计划能否如愿以偿?

　　近日，印度发布了多个涉及月球、金星任务的进展情况，显示均计划于2028年前后发射，进而为2031年火星任务打下基础。印度航天为这些外星球任务分别设定了哪些目标?预计需要应用哪些技术?化解哪些难题?想要如期实现目标，印度航天还需要做哪些努力?

　　日本月球车在月球南极区域驶下印度着陆器效果图

　　雄心勃勃箭指三星球

　　之前，印度探月探火任务取得了一定成果，促使印度向深空探测领域投入更多资源，挑战难度更大的任务。

　　今年8月，印度航天机构多次透露，正在围绕月船4号月球采样返回任务开展模拟论证、地面测试与评审工作。2027～2028年，印度LVM3火箭将分别发射各重4.6吨的着陆器上升器组合体和轨道器返回器组合体。两个组合体将在地球大椭圆轨道上对接，再借助推进装置奔月。接下来，着陆器上升器组合体将在月球南半球高纬度地区着陆，采集2～3公斤样本。随后，上升器将携带样本从月面起飞，在环月轨道上再次对接轨道器返回器组合体，转移样本，再由后者将样本送回地球。

　　今年8月29日，印度与日本正式签署月船5号任务合作协议。预计2028～2029年，日本H-3火箭将投送印度着陆器到远地点高度约14万公里的地球大椭圆轨道，再由印度着陆器自行奔月，降落在月球南极区域，并部署日本月球车，勘测分析永久阴影区附近的挥发性物质，特别是水冰资源。按设计，日本月球车重约250公斤，几乎是此前印度月船3号任务中的月球车重量的10倍。

　　同样在今年8月下旬，据俄罗斯科研机构透露，2027年3月前将向印度交付金星大气分析仪，该仪器将在欧空局金星快车探测器的同类设备基础上改进优化。

　　2024年9月，印度政府批准了本国首个金星任务。重约2.5吨的探测器计划于2028年3月由LVM3火箭发射，7月抵达金星附近，再通过多次变轨，最终部署在近地点高度200公里、远地点高度600公里的金星轨道上，开展5年左右科学研究。

　　该探测器的核心载荷是S波段全极化合成孔径雷达，还将搭载俄罗斯、欧盟设备，主要任务是测绘金星表面，调查火山地震活动，研究金星大气、表面与太阳的相互作用，涉及观测金星大气尘埃与地下结构、太阳X射线光谱等。此外，该探测器将演示利用金星大气“刹车”减速，提升变轨效率。

　　以上任务将为印度开展本国第二次火星任务积累经验。按计划，LVM3火箭将于2031年发射印度第二个火星探测器，包括火星轨道器和火星车，还可能搭载火星无人机。印度火星车将使用类似美国两辆核动力火星车验证的“天空起重机”方案，尝试软着陆火星表面。

　　现有难题“一箩筐”

　　外界认为，印度月船4号任务恐怕会遭遇不少“拦路虎”。

　　比如，由于印度LVM3火箭运力有限，月船4号探测器需要经历两次条件差异很大的在轨对接：第一次对接时，两个组合体均为4.6吨;第二次对接时，预计上升器是100公斤级，而轨道器返回器组合体重1吨多。这意味着，印度需要研制一种适配多种作业条件的对接装置，再加上用于环月轨道上转移样本的机械臂，设备可靠性和集成能力必将面临考验。

　　而且，为了在环月轨道上完成航天器对接，科研人员需要解决地月空间精确导航、姿轨控设计、设备自主运行等技术难题。印度航天在这方面经验不足，风险更大。

　　再比如，“又高又瘦”的组合体需要高精度平稳着陆月面，再利用机械臂、铲子、钻头等，完成自动化采样和样本封装。同时，该组合体计划配置国际航天领域罕见的卷筒式柔性太阳翼，需要在轨道上和月面低重力环境中反复收展。外界预测，这些“不走寻常路”的设计大概率会在可靠性方面付出更大的代价。

　　最后，返回器携带月球样本，以接近第二宇宙速度返回地球。印度科研人员需要在规划轨道确保气动减速、研发先进防热材料等方面多下功夫。

　　至于印日合作的月船5号任务，印度科研人员必须解决导航定位问题，确保大型着陆器降落在月球南极复杂地形区域。除了延用月船3号着陆器的激光测速仪、微波测速测距设备外，印度有必要寻求外援，比如应用日本SLIM着陆器验证的100米级精度落月技术，争取美欧推进建设的月球导航星座支持。

　　相比之下，印度金星任务规划比较务实，外界预计探测器进入金星轨道不会遭遇太多意外，最大的挑战很可能来自它的主载荷——源于以色列技术的合成孔径雷达。印度通过发展军民两用雷达成像卫星，提升了小型化合成孔径雷达研制能力，但雷达能否克服太阳辐射加热和金星大气腐蚀，同时满足小型化和热控管理要求，仍有待观察。

　　目前，印度首次火星着陆任务尚不明朗。外界认为，考虑到火星着陆过程风险很大，缺乏经验的印度科研人员短期内基本上不可能独立攻克防热材料和结构、超声速降落伞、反推着陆装置、“天空起重机”整体设计等复杂技术难题。

　　抓紧“补课”赶进度

　　外界发现，印度规划的3次深空任务有一个共同点：先由LVM3火箭发射到近地点高度170公里、远地点高度36500公里的绕地球大椭圆轨道，然后探测器自行爬升变轨。这恐怕不能简单地用“火箭运力不足”来解释，“瓶颈”很可能是LVM3火箭及其改进型末级的CE-20氢氧发动机。这款发动机不具备二次点火能力，仅能确保地球同步转移轨道的入轨精度，更遥远的征程只能寄希望于探测器推进系统，导致探测器设计和测控工作更复杂，风险明显增大。

　　近期，印度航天正在加紧测试多款发动机，规划完善试验设施，推进现役火箭升级和新一代火箭研制工作，但对于2028年左右发射的深空探测任务很可能是“远水难解近渴”。

　　月船4号探测器规划安装大量结构复杂的装置，包括适用于不同重力环境的机械臂、可重复展收的柔性卷筒太阳翼等，技术难度大，预计需要大量技术测试，建设完善配套设施，才能支持探测器相对可靠地执行任务。

　　事实上，印度航天在月船4号任务所需技术中“欠账”非常严重。2024年底，印度发射了两颗小卫星，验证航天器在轨交会对接和国产机械臂操作，但进度和效果并不乐观。因此，印度计划于2026年再次发射验证卫星，“纠正”上次任务暴露的部分问题，重点演练在地球大椭圆轨道上交会对接，为月船4号任务首次组合体对接积累经验。

　　然而，外界评估认为，即使组合体在轨对接问题和机械设备可靠性问题逐步解决，月船4号探测器仍然过于庞大臃肿，设计方案和采样目标还在调整中，未必能保证2028年发射。

　　对于金星任务来说，复杂热控环境催生的挑战甚至可能超出当前印度航天处置能力。剧烈太阳辐射、金星大气气动加热加上探测器设备工作热量，对散热提出了极高的要求。早年，印度月船1号探测器设计低估了辐射强度，引发电源系统过热，被迫提前退役。金星轨道工作环境更恶劣，印度探测器需要在结构、材料、姿轨控等方面继续“苦练本领”。

　　为了如期完成火星着陆任务，一方面，印度可能会付出一定的代价，寻求美国技术支持，毕竟印度很难在短期内投入过多资源，自行研发超声速降落伞、新型防热材料等。另一方面，外界认为，不排除印度将探测器设计方案“推倒重来”，因为“天空起重机”更适合支持重型探测器降落火星，而印度并未规划足够多的火星任务载荷，“天空起重机”反而会迫使方案复杂，得不偿失。

　　总之，印度在深空探测乃至整个航天领域树立了远大目标，但受限于技术积累不足、过于激进的计划进度和急于求成的心态，很多高难度任务恐怕难以如期开展。如果印度不能在航天领域确保足够的投入，踏踏实实开展技术验证，反而可能在追逐航天梦想的路上遭遇更大的风险。

文章转载于：中国航天报·飞天科普周刊