印度可重复使用运载器计划初探

单文杰 代坤 康斯贝（中国运载火箭技术研究院研究发展中心）

长期以来，印度一直将发展航天技术视作其提升国家地位和加快科技发展的重要手段。历经50多年不懈努力，印度在运载火箭、人造卫星、导弹武器等方面取得了巨大成就，已经成为了一个新兴的航天大国。为实现低成本进入太空，印度空间研究组织（ISRO）正在实施雄心勃勃的可重复使用运载器研究计划。

1 计划概述

印度空间研究组织表示，印度发展航天技术的最终目标是建立空间站和星际基地，而发展单级入轨、水平起降的可重复使用运载器（SSTO－RLV）和载人航天是实现这一目标的必由之路。目前，印度的航天科技水平正在向实现两级入轨（TSTO）努力，并且在实现两级入轨可重复使用运载器（TSTO－RLV）之前，还必须掌握高超声速再入相关的关键技术。因此，印度需要研制可重复使用运载器技术验证机（RLV－TD）来实现这一目的。

根据上述思路，印度的可重复使用计划分为三个阶段：第一阶段，研制可重使用运载器技术验证机，攻克高超声速再入等关键技术；第二阶段，在现有技术的基础上研制两级入轨可重复使用运载器；第三阶段，研制单级入轨、水平起降的可重复使用运载器。

在航天运输领域，印度“十一五”计划（2008－2012年）明确提出，完善有效载荷回收和再入技术，到“十一五”计划中期完成吸气式发动机验证机的研制并进行回收试验；通过两级入轨可重复使用运载器的技术验证飞行，完成可重复使用运载器各个阶段的技术论证任务；在2025年研制出先进的两级入轨运载器。在“十一五”期间，印度在航天运输领域的投资将达到1363.3亿卢比（约合34.08亿美元），有力地支撑了可重复使用计划相关研究工作的开展。

印度航天运输规划（1998－2030）

2 研究进展

目前，印度的可重复使用运载器计划还处在第一阶段。2010年3月，印度空间研究组织称，已经完成RLV－TD的研制工作。RLV－TD外形为翼身组合体，是两级入轨可重复使用运载器的第一级的缩比样机。

RLV－TD的设计思想是首先使用已有的技术，并且将逐渐采用和试验新技术。在3～6年的时间内，RLV－TD将在节约经费的原则下，验证全尺寸的两级入轨可重复使用运载器设计和研发全过程所需的关键技术，从而确定技术实施途径。RLV－TD将作为试验平台验证关键技术，如超声速飞行、自主着陆、动力巡航、利用吸气式推进系统超声速飞行等。

印度两级入轨可重复使用运载器方案内部示意图

RLV－TD演示验证试验

印度发展可重复使用技术由一系列试验完成。

印度RLV－TD示意图

试验一：高超声速飞行试验（HEX）。在此次试验中，印度的卫星运载火箭－3第一级（被称作S－9）将用作试验的助推火箭。助推火箭携带RLV－TD飞到要求的高度，释放RLV－TD后落入大海，RLV－TD入轨。在任务结束后，RLV－TD再入大气层在海上降落，进行回收。出于成本考虑，印度维克拉姆-萨拉伯依航天中心宣布RLV－TD首次飞行试验将不会从海上回收，只是通过遥测，获得再入、减速和返回的相关数据。按照计划，RLV－TD首次高超声速飞行试验在2010－2011年间进行，但2011年6月，印度空间研究组织宣布，该计划落后于原定进度，RLV－TD高超声速飞行试验将在2012－2013年间进行。

试验二：超燃冲压发动机试验（SPEX）。使用超然冲压发动机的可重复使用运载器在一个被称为“先进技术飞行器”（ATV）的项目完成试验。2010年3月3日，印度空间研究组织为可重复使用运载器技术演示项目进行了第一次无动力超然冲压发动机试验。先进技术飞行器ATV－D01助推组合质量约3t，由火箭在120s内推升到46km的高度，整个试验过程持续了240s。火箭助推器携带被动式超燃冲压发动机加速到Ma=6，持续了7s的工作时间。印度空间研究组织称此次试验取得了圆满成功，并将在不久后进行ATV－D02试验。

试验三：返回飞行试验（REX）。在这一步，可重复使用运载器将会被发射入轨，任务完成后再入大气层，最终在飞机跑道上降落。

试验四：自主着陆试验（LEX）。这一步主要试验没有使用超燃冲压发动机推进的可重复使用运载器。火箭助推器工作停止后与可重复使用运载器分离，RLV依靠惯性继续无动力爬升。爬升结束后可重复使用运载器以高超声速再入大气层，利用空气动力减速。可重复使用运载器以大约272m/s的速度无动力滑行，进一步降低速度，直至水平降落。

3 “艾瓦塔”方案

“艾瓦塔”方案是印度可重复使用计划的重要组成部分。1998年5月，印度首次在班加罗尔航空展上公布了该方案。2001年7月，印度退役空军上校、原印度动力有限公司主席戈帕拉斯瓦米在美国盐湖城“全球动力推进大会”上，介绍了印度可重复使用计划方案及其模型。新方案被命名为“吸气式高超声速航天运输飞行器”（Avatar，音译为“艾瓦塔”）。戈帕拉斯瓦米称，“‘艾瓦塔’设计思想源自美国兰德公司1987年的一份出版物，他们把这项研究束之高阁，但对我来说，就是这个不保密的文件，构成了我们方案的基础。”

“艾瓦塔”可重复使用运载器模型

“艾瓦塔”是一种单级入轨、水平起降的可重复使用运载器，由印度国防研究与发展组织、印度空间研究组织等25家研究机构共同研发。“艾瓦塔”质量仅25t，利用涡轮风扇冲压式喷气发动机作动力，水平起飞爬升到巡航高度，此时改用超燃烧冲压发动机。到巡航速度Ma=7时，利用火箭发动机加速进入轨道。完成任务后，“艾瓦塔”便脱离轨道，再入大气层，利用本身的动力降落。在起飞时，“艾瓦塔”只携带极少量用于驱动冲压式喷气发动机涡轮所需的液氧。火箭发动机工作时所需的液氧，将由航天飞机上的一个系统自己制造。该系统在航天飞机巡航阶段能收集空气并将其液化，分离出其中的液氧，并贮存起来供火箭发动机使用。

据报道，“艾瓦塔”计划已在两个技术领域取得了进展：① 1998年3月份，超燃冲压发动机研究组在海得拉巴的印度国防研究与发展组织实验室中，第一次用超声速压缩空气使氢燃料点火成功；②1998年4月18日，在班加罗尔的印度科学院，科学家们利用涡旋管空气分离技术，在模拟飞行条件下制取了液氧。

印度国防研究与发展组织已批准了下阶段的工作，主要是提高氧的纯度和制取更多的液氧。戈帕拉斯瓦米称，“艾瓦塔”虽然是作为发射低轨道小型通信卫星和导航卫星的低风险、低成本和可重复使用运载器而提出来的，但去掉火箭发动机，它就是一架航空飞机，能以Ma=7的速度在30km的高空飞行，执行天对地打击、情报搜集、监视和侦察等任务。

4 印度实施可重复使用计划的启示

高度重视技术演示验证是印度实施可重复使用计划的显著特点。印度实施可重复使用研究计划，面临技术难度大、涉及学科多、成熟技术少等诸多问题。为此，印度有步骤地开展高超声速飞行、自主着陆、返回飞行等一系列验证试验解决这一难题。

加强国际合作与自主发展相结合是印度实施可重复使用计划的重要策略。除了国内的印度空间研究组织等25家研究机构共同参与可重复使用研究计划外，印度还与美国、俄罗斯、欧洲、乌克兰等国家及国际组织开展国际合作，为其提供相关技术、设备支持。

印度空间计划之父维克多·山姆说：“有人曾经质疑，一个发展中国家发展空间计划是否恰当，但是我们的意志是坚定的。”可重复使用计划只是雄心勃勃的印度航天事业的一个组成部分，印度将在探索宇宙空间的道路上越走越远。