印度火星探测器“曼加里安”成功入轨后的一些思考

2014-03-14刘嘉宁

国际太空 2014年11期

50年前，印度人用自行车将其第一枚火箭运到发射场；32年前，印度人用牛车拉着其第一颗卫星进行信号测试；如今，印度人仅用了15个月的研制周期和一架波音737客机的价钱（成本仅7000万美元）就成功发射了其第一个火星探测器—“曼加里安”（Mangalyaan）。2014年9月24日，经过近300天的航行，“曼加里安”成功进入火星轨道。

1 可圈可点的印度航天

国无防不立，民无兵不安。作为一个国家、一个民族最重要的是两件事，一个是发展问题，一个是安全问题。而国防是人类社会发展与安全必需的产物，它关系到国家和民族的生死存亡。漫漫历史长河中，无数国家的兴衰史向我们诠释了“国防乃立国之本”这样的真理，国防开支在各国年度国内生产总值（GDP）中的比例也从侧面说明各国对“战争既是政治的延续”的理解。像印度这样有着强烈民族自尊心，地缘优势明显的国家，只要好好发展理应成为南亚次大陆的最强国。然而其拖沓缓慢的国防工业似乎架空了印度人民的“强国梦”，反复强调的装备自主化也成为了空话和笑柄。从研究了几十年还不能定型的“光辉”轻型战机，反复修改的“阿琼”坦克，到万国造的拼图版“德里级”驱逐舰，都是投入如马里亚纳海沟般深，期盼如珠穆朗玛峰般高，失望如太平洋般大。然而就在这种大环境下，印度的航天工业却目的明确，发展有序，执行高效，围绕商业火箭发射和遥感、通信两大卫星应用，初步建成指控、研发、商业运营的体系化结构。

印度的空间计划起步于20世纪60年代，被誉为印度“太空之父”的沙罗白博士是一位有远见的领导人，他看到了空间技术促进国家发展的巨大潜力，并预期空间技术将在国家发展和解决印度民众实际问题上发挥重要作用。在其与国会和政府的努力争取游说下，印度于1962年成立了专职航天机构—国家空间研究委员会。

在印度航天事业早期，尽管苏联给予了大量技术援助，但由于缺少必要的工业配套基础，起步阶段异常艰辛。20世纪70年代，印度准备制造该国第一颗卫星时，不得不在没有金属干扰的露天场地测试卫星装置，而那些装置由农户家的牛拉着木头车，以非常原始的方式运到测试场地。

而后凭着艰苦卓绝的精神和对苏联技术的学习、吸收，1975年借助苏联的宇宙－3（Cosmos－3）运载火箭，印度的第一颗人造卫星“阿里亚哈塔”（Aryabhata）从苏联的火箭发射场成功发射。此后，印度开始逐步掌握了卫星设计、研制、测控等方面的技术。1980年7月18日，印度使用自行研制的运载火箭，在本国发射场成功地将一颗试验卫星送入轨道，印度由此成为世界上第8个能独立发射卫星的国家。2001年10月，印度用“极地卫星运载火箭”（PSLV）把3颗卫星送入轨道。2004年9月，印度的第二代“地球同步卫星运载火箭”（GSLV）将一颗1.95t的教育卫星送入地球上空3.6×104km的轨道。继美国、俄罗斯、中国、法国和日本之后，成为第6个具备使用超低温发动机发射对地同步卫星能力的国家。

印度早期用牛车拉卫星（左），自行车驮火箭

2007年是印度航天发展的分水岭。如果说2007年前印度的航天事业是稳步发展，那么2007年后印度的航天则开始跑步前进。据印度空间研究组织（ISRO）数据显示，印度第11个5年计划（2007－2012年）共涉及70个太空项目，项目数量接近上一个5年计划的3倍。2007年1月，印度发射并回收了首个返回式太空舱，为实现载人航天迈出了重要一步。2008年4月，印度空间研究组织用一枚自行研制的极地卫星运载火箭－C9成功搭载10颗卫星上天，创下了印度航天史纪录。2008年11月，印度首个月球探测器月船－1（Chandrayaan－1）所携带的撞击探测器成功撞月，使印度成为继美、俄和欧洲联盟之后，第4个国旗图案出现在月表的国家。

印度还致力于研制更强大的运载火箭，这个期间经历了从小推力火箭到大推力火箭、从固体推进剂火箭到液体推进剂火箭、从无发射能力到能满足本国卫星发射需求的过程，并逐步实现探月计划目标，进军国际商业卫星发射市场。目前，印度已研制成功4种运载火箭，它们是“卫星运载火箭”（SLV－3）、“大推力卫星运载火箭”（ASLV）、“极轨卫星运载火箭”和“地球同步卫星运载火箭”。其中，“卫星运载火箭”和“大推力卫星运载火箭”已分别于1983年和1994年先后退役，“极地卫星运载火箭”和“地球同步卫星运载火箭”是印度在用的主力运载火箭，“极地卫星运载火箭”能把1.2t的有效载荷送入太阳同步轨道，费用只有欧美火箭的1/2。2001年首发的“地球同步卫星运载火箭”运载能力与欧洲阿里安－4（Ariane－4）相当。

与高效稳定的航天运载火箭形成巨大反差的是军用弹道导弹的屡屡失败。印度目前研制的弹道导弹主要为“烈火”系列，下属型号众多，然而整个“烈火”系列的试射次数加起来也不过20次，甚至大名鼎鼎的“布拉莫斯”试射次数也不过10次左右，任何一款“东风”导弹的试射次数都比他们总和还多，而且只有60%的成功概率，被军事爱好者们戏称为“布朗弹”。

也就是说，印度的导弹只解决了有无问题，好坏问题完全谈不上，战斗力是象征性的。运载火箭和弹道导弹本是同源，世界上大部分国家都是优先发展军事技术再向民用领域转化。而印度反其道而行之，走了一条“民转军”的路线，“烈火”导弹目前有5个型号，共2个系列，烈火－1、2、4是一个系列，计划中的烈火－6也是这个系列，技术来源于“卫星运载火箭”；烈火－3、5是一个系列，技术来源于“极地卫星运载火箭”。我们可以清楚地看到，印度的导弹技术来源于本国航天运载火箭的技术转化而非单独发展，而军用导弹诸如火箭发动机轻质壳体、柔性可控喷管、点火控制系统等诸多独特技术，也不是简单照搬民用火箭就能行得通的。

卫星有效载荷技术和卫星应用也是印度航天部门大力投入的方向。由于经济不发达，因此印度便把有限的资金主要用于对国民经济有重要价值和推动作用的遥感卫星和通信卫星上。当局认为，印度的主要实际问题是人口多，文盲比例大，灾害频繁，资源开发落后，要改变这些必须首先发展这2种卫星。从20世纪70年代起，印度采取“双边”政策，一方面买国外通信卫星，另一方面自己研制卫星，从而使自己的通信卫星迅速达到了较高的水平。

印度首个月球探测器—月船－1 印度运载火箭“家族”

有了大推力火箭的保证和载荷技术的保障，印度空间研究组织的目光放的更加长远，印度政府和科学界有志于在深空探索领域领跑亚洲。2011年底，印度宣布了自己的火星探测计划。2012年8月印度独立日当天，印度总理辛格亲自宣布将发射火星探测器。此后15个月内，印度一反“拖沓”的常态，以“不可思议”的速度完成了火星探测器的建造。2013年11月5日当地时间14：38，印度火星探测器“曼加里安”在运载火箭载荷不足的情况下顺利从印度东海岸斯里赫里格达岛航天基地发射升空，并比原计划提前了3～5年。火星探测并非印度太空计划的终点。印度国家科学院2014年4月发布的报告显示，2013－2014财年，印度将完成11次发射任务，2016年前后，印度计划发射完全自主研发的月船－2月球探测器，用自主探测器对月球进行实地勘察。

2 “节俭创新”与“多快好省”精神

看到印度航天取得如此之多的成就，也许有人会好奇，武器装备研制中拖沓、缓慢的“传统”到哪去了。印度航天和军兵种武器研制一样也是白手起家，早期奉行“拿来主义”，得到了苏联、美国、欧洲甚至日本的大量帮助。然而经过40余年的发展，印度航天似乎没有重蹈“阿琼”、“光辉”的覆辙，如今“多快好省”的现状不仅让其摆脱了被外界广为诟病“国产武器”研制拖沓、质量低劣的帽子，而且得于火箭性能稳定（仅限“极地卫星运载火箭”）、具备“一箭多星”的技术和超低的卫星发射成本，使其在商业卫星发射市场也占据了一席地位。《不顾诸神—现代印度的奇怪崛起》一书带有戏谑味道的指出，航天和选举都是印度现代社会两个高效率的典范。美国著名的航空航天杂志《航空周刊与空间科技》（AWST）也曾以封面故事聚焦印度在“紧缩预算”下取得的太空成就。

2013年年底发射的印度首枚火星探测器“曼加里安”便是印度航天“多快好省”的典范，它不仅比原计划提前了3～5年完成，最吸引眼球的是只花费了7500万美元（约合4.55亿元人民币）。就在其升空几天后，美国航空航天局（NASA）发射的“火星大气与挥发物演变”（MAVEN）探测器也踏上火星征程，该探测器花费5年时间，共耗资6.71亿美元。印度空间研究组织负责人K ·拉达克里希南（K. Radhakrishnan）接受采访时说，“我们是在用一种与众不同的低成本创新方式来完成一项非常复杂的任务。但是，这次任务在技术上是经过合理构思和设计的。”

“曼加里安”成功升空后，印度媒体一片欢腾。航天事业是提振民族自信心、自豪感的大事，印度人为此兴奋一些、多欢呼几声，实属正常。不过同是欢呼，也是外行呼热闹，内行呼门道。一些冷静、专业的印度媒体和个人，对本国传媒所鼓噪的“印度已成为亚洲第一个成功发射火星探测器国家”不以为然，认为言之过早。这并非没有道理：火星探测任务十分复杂，失败率相当高，迄今世界上51次探测活动，真正成功的不过21次，成功率还不足50%。由于采用围绕地球轨道逐步加速再进入地火转移轨道飞向火星的航线，“曼加里安”较此前各国所发射的火星探测器飞抵目标所需的时间更长。

“内行”们所真正庆幸的是“Jugaad”理念与印度航天的完美融合，将其打造成“花小钱办大事”的典范。“Jugadd”这个印地语词汇由高科技创新理论家纳威·拉德约首先提出，简单地说，其指的是“利用紧张的资源勉强解决问题”，用以描述即在资金、技术、设备存在较多缺口的情况下，用具备节俭、弹性和集思广益的创造性方法完成使命。在商业环境下，它意味着资源有限、手头拮据的窘境反向刺激产生以成本为第一要素的创新，创造出即使收入一般的顾客也能承受的朴实无华、质量可靠、功能健全的产品。而如今“曼加里安”的成功发射成了“Jugadd”理念最辉煌的体现。

按照印度官方、航天部门的介绍，印度火星探测计划2012年启动，耗资45亿卢比，约合7000多万美元，连同配套工程，投入不过1亿美元左右。要知道，16年前的日本“希望”火星探测工程，尚且花费了当时币值条件下的1.32亿美元，美国2011年启动的好奇号火星探测计划，预算更高达25亿美元之多。“曼加里安”与之相比，说是个零头毫不为过。

价格低廉的运载火箭是“曼加里安”能够如此省钱的重要原因之一。印度把1g载荷送入太空的费用为16.20美元，不到美国航空航天局的1/10；印度发射1颗卫星的成本只有7662万美元，而1颗同样的卫星在美国发射的成本将高达3.02亿美元。

准备装入运载火箭整流罩的“曼加里安”火星探测器

在探测器建模仿真阶段，印度空间研究组织的基本原则是尽量运用现有的成熟技术，减少实体模型的数量。不像欧洲和美国的同行，印度空间研究组织的预算很少，不能反复地试验和建模。美国航空航天局和欧洲航天局（ESA）往往会制作3个实体模型，而印度空间研究组织都用软件来模拟，得到最优解后才制作最后的模型。这种原则虽使印度工程师失去了尝试新方法的机会，但也降低了风险，提高了成效。

在其他国家空间项目预算成本中，科学家和工程师的薪酬占有很大比重，而印度把人力成本控制在了预算的15%以下。一方面，参加此次印度探测火星任务的工程研制人员总共约2500人，团队规模有限，人员也较年轻，平均年龄27岁；另一方面，印度工程师的工资较低，一个中层人员的年薪约为12万元人民币左右，一名美国航空工程师平均年收入为10万美元，差距之大可见一斑。

在轨道设计上，由于缺少大推力火箭，印度只好进行所谓的“节俭创新”。探测器先绕地球轨道飞行近1个月，经过7次轨道提升后（第4次轨道提升由于火箭推进器故障,导致动力不足），探测器于2013年12月1日正式进入火星转移轨道，而晚其2周发射的“火星大气与挥发物演变”采用低地球轨道（LEO）运载能力25t的宇宙神－5（Atlas－5）重型火箭搭载，直接奔向火星，省去了环绕地球加速的步骤。

此次任务中，“曼加里安”搭载的科学载荷数量从最初的33个减少到5个，质量仅为15kg。尽管“曼加里安”上面搭载的科学载荷数目和技术含量都差强人意，但如此低成本的总价在维护了大国“尊严”的同时，最大可能地平衡了发展航天与保障民生之间的矛盾，而且节省出来的资金可以用来支撑未来航天计划的开展。

印度人在“节俭式创新”方面是天生的行家，这种创新不限于太空，它已经融入印度经济、社会与生活当中，越来越多的“世界上最便宜”的标签便是最好的佐证。按照巴格拉等印度知名人士的说法，“Jugaad”理念倘能在全球范围内获得公认的成功和尊重，对印度的意义，甚至要远大于火星探测成败本身。

3 一个无法回避的选择题

厕所与航天，一个是解决人之所急，民生问题；一个是直入九霄，汇集人类的最顶尖才智的“高大上”事业。如今，这两个不在同一层级的事物随着“曼加里安”的升空捏合到了一起。盖厕所发展民生还是为了大国荣誉而探索太空，不仅成为了媒体争执的热点，也在深深地困扰着印度政府和国民。

上天赐给印度人民优厚的自然条件却并没有改变国家贫穷的面目。据世界银行的一份报告显示，印度32.7%的人口生活在国际公认的极端贫困线以下，即每天生活费不足1.25美元，这个比例高于30年前的22%。这个全球第二人口数量的国家拥有全世界1/3的贫困人口，还有50%的人用不上厕所。

然而，就在这个连厕所都能成为稀缺物品的国度确有鸿鹄之志。其于2013年年底成功发射了本国第一颗火星探测器“曼加里安”并顺利进入火星环绕轨道，使其成为亚洲首颗火星探测器，也使印度成为亚洲首个具备独立探火能力的国家。

在印度官方看来，发射火星探测器是印度航天乃至本国发展史上具有“史诗般的光荣”的事件，航天领域的成就是展示印度不断增长的综合国力的最佳方式，印度优先发展航天科技与本国民生并未脱节，大多数空间项目的科技成果正在积极作用于民众与社会。比如，2013年10月登录奥里萨邦的14年来最强飓风“费林”仅造成44人丧生，而几乎同样的飓风在1999年夺走了超过10000人的生命，这要归功于印度拥有的气象卫星能够及时跟踪飓风动向，让政府部门有充足的时间疏散民众并实施应急方案。

实际上，印度投资航天并非是“只投入，不产出”，聪明的印度人不做赔本买卖。自2007年首度进入国际商用卫星发射市场以来，印度廉价的火箭发射技术被证明具有一定的竞争力。印度已经提出，要在未来20年内将其在全球商用卫星发射市场的份额提高到25%。多份研究报告显示，过去几年中，印度航天项目的综合收益率达700%～900%。

印度空间研究组织负责人K ·拉达克里希南表示，民生与科技发展是个老话题，结合印度目前的国情来看，在太空上的大手笔的确看起来是浪费钱，但大多数航天项目能够帮助人们更好地沟通、测绘、气象观测或提高国家军事能力。（探索火星）根本不是一个搞错了优先任务的事情。他解释说，印度必须启动火星计划，因为这个星球与地球关系是如此密切。以目前来看，探索火星有3个“机会之窗”，分别是在2013年、2016年和2018年，印度科学家必须抓住2013年这个机会。

然而，“火星大国梦”在印度国内并不只有欢迎的呼声，在印度普通百姓眼中，这是政府责任的本末倒置，火星探测不过是印度精英阶层追求超级大国地位的妄想之举。一个无法养活所有国民的国家，如何能用这么一大笔钱执行火星任务，印度空间研究组织的工作人员又如何能通过勘探索火星拯救印度的公共卫生。就在2013年印度总理辛格宣布火星计划的同一周，印度6亿人口遭遇了世界上最严重的断电。

印度国内的批评人士同样尖锐的指出，在印度还有数亿人口挣扎在绝对贫困线之下，2/5的儿童营养不良，1/2的人用不上厕所。在这样的背景下耗巨资发射火星探测器的决定实属“不当”，这些钱更应用来加强基础设施，例如解决公共卫生、饮水安全和供电问题。

国外媒体也多对印度发射火星探测器的意义保持怀疑。英国《经济学人》称，对美国而言，“曼加里安”的造价或许是“便宜”，但并不意味着这是一笔小钱。航天科技巨大的投入和相对缓慢的投资回报一直是所有国家面对的问题，美国就因经费问题而放弃了航天飞机项目，如今只能依靠俄罗斯的飞船前往“国际空间站”。

“印度火星探测完全是为了声望。”阿联酋《国民报》发表社论称，“一个洋葱价格上涨就能让数百万家庭生活预算紧张的国家，能承担得起造价45亿卢比的火星任务吗？它能不这么做吗？”

而英国《经济学家》的报道则更带英式幽默：“现在正是排灯节期间，印度到处砰砰声不断。据估计，印度人1年花在烟花上的钱超过8亿美元。但是，从宇宙的角度讲，它们都还没离开地球。而1枚7000多万美元的火箭即将冲入太空，这是多么令人激动啊”，“这枚火箭不是用来爆炸的，虽然在2010年12月科学家们不得不引爆一枚发射后失控的火箭。此次这枚火箭是用来向火星发射探测器的。”

面对国内外众多批评人士抛来的“民主”难题，“节俭创新”的印度科技工作者们依然振振有词：“如果不敢怀有伟大梦想，那我们就只能做伐木人和提水工。今天的印度太大了，不能只生活在高科技的边缘。”