▲ “天船”飞往国际空间站的想象图

印度为自己的载人飞船起了一个名字叫做gaganyaan，翻译过来就是“天空之船”的意思，我们在下文中就简称它为“天船”。

矛盾的总体设计

对于“天船”的基本数字，维基百科的描述有着一定的矛盾之处。按照它给出的数字，“天船”是一种发射质量7800千克的飞行器，其中也包括了服务舱。维基百科在数据表中将它描述为一种可以载3人飞行7天的飞船，但在另外一处又称它类似于美国“水星”飞船，而“水星”飞船只能载两人。至于返回舱和服务舱各自的质量是多少，文献给出的数字存在着矛盾。

印度空间研究组织目前尚未发布关于“天船”的精确设计参数，但是在2014年进行的“载人舱气动再入试验器”（CARE）试验中，用来实施回收技术试验的飞船发射质量为3735千克。从内部结构照片来看，船内的座椅、仪表、气瓶、电气设备等都还没有安装，因此实际飞行的“天船”返回舱质量恐怕增加很多。但是“天船”的外部尺寸应该是确定下来了：高2.7米、大底直径3.1米。它采用了美国式的设计风格，外壳为圆台型，而不是“联盟”和“神舟”的钟型。所以，它的内部空间不会太大，载两人这个数字可能是比较可靠的。

2017年，印度国家科学院先进研究所的三位科研人员在国际宇航联合会上发表论文，讨论了载人航天在政治和技术上对印度的意义，文中称印度考虑“发射一种能载两人的飞船进入低地球轨道并且安全返回地球”。

维基百科推测“天船”返回舱内部容积2.88立方米。相比之下，俄罗斯早期的“联盟”飞船内部容积为4立方米，中国“神舟”飞船更是达到了6立方米。印度如果仅仅是为了突破载人航天技术，不追求世界领先，选择这样的低配小飞船方案也是明智的选择。

以印度的航天工业基础，只要给够钱，造出载人飞船来还是有希望的。所以我们现在来看一看拨款的问题。2008年批准项目的时候，印度政府为“天船”拨出了1000万美元作为启动资金。当时考虑用7年时间实现载人飞行，总投资30亿美元。在印度的第11个五年计划中，计划委员会为载人航天安排了10亿美元的预算。

不过在莫迪宣布2022年这个节点后，ISRO又表示，整个载人航天计划的开支不会超过14.3亿美元。然而这个数字可能有点乐观了，载人航天在技术发展早期不是一件可以能省就省的事情。如果因为缺钱而跳过某些必要的步骤，可能会导致灾难性事故，进而带来更大的浪费。从“天船”现有的飞行计划来看，这种风险还是不小的。

▲ “天船”的零高度救生试验取得成功

CARE的基本情况

“天船”的研制并不是近期才开展的。早在2006年，印度空间研究机构就以“轨道飞行器”的名义提出了方案。2008年，ISRO完成了基本设计，提交给印度政府申请资金。2009年2月，载人航天计划的拨款案得到了批准，但印度政界对它的支持度却不高，所以拨款额度很有限。当时曾经计划，要在2013年进行第一次不载人试飞，但因为经费问题而没有实现，推迟1年后才实施了一次亚轨道飞行，代号为CARE。

2014年的亚轨道飞行也是GSLV MARKIII火箭的首次飞行，其实已经揭示了印度载人航天的基本方案，但当时“天船”的设计还远没有完成。

首先看飞行过程。GSLV MARKIII火箭携带CARE从萨迪什·达万基地起飞后，飞行了5分钟，抵达了距离地面126公里的位置，并且在这个高度释放了CARE。CARE样船随后再入大气层，通过100牛顿推力的甲基肼-四氧化二氮燃料发动机控制逐步减速，降落到80公里的高度。然后发动机关闭，CARE靠气动减速继续下降。其间靠飞船表面敷设的碳酚醛树脂和所谓的“中密度烧蚀材料”来实现热防护，据说表面温度一度达到1600摄氏度。在进入黑障之前，CARE下传了有关飞行数据。这是因为ISRO担心，如果回收失败，这些数据就丢失了。不过他们担心的事情并没有发生，CARE在距离地面15.4公里的高度把速度降低到了马赫数0.8。它抛掉伞舱盖，打开了降落伞，成功降落在孟加拉湾，并且成功回收，

对印度来说，这是一个重要的里程碑。飞船的轨道进入、分离、再入系统得到了验证，舱段分离、热防护系统、气动减速、降落伞、溅落流程、水上浮囊等分系统也正常工作。应该说，仅仅就CARE试验来说，干得还不错。

可问题也就在这里，除了上面说的这些，其他必要分系统——包括推进舱在内——全都不存在。或许是因为结构分系统的设计还没有最终完成，CARE用铝合金梁构成了一个内外两层的框架，内层框架的顶部设计了一个收纳空间，用来容纳降落伞包。在伞包下方是一个环形的电子设备安装板，装有300多个传感器。

从飞船体积和人体尺寸的对比来看，CARE的内部空间很有限，哪怕仅有现在的这些设备，也很难坐进两个人。再把飞船的其他必要分系统装进去，恐怕就会把内部空间完全塞满，没有地方安排航天员和他们的座椅了。总不能让两名航天员施展瑜伽术，卡在设备的缝隙里熬过这空间飞行的7天吧。

或许，ISRO打算先用这个结构来完成回收技术验证，然后再重新设计飞船结构，去掉内层框架，并且重新布置所有的分系统，给两名航天员留下能生存7天的空间。ISRO也需要寻找更好的材料和工艺来制造降落伞，大幅度压缩它们的体积。CARE一共有两套降落伞，各自包括三副伞：直径2.3米的引导伞、直径6.2米的减速伞和直径31米的主伞。从内部结构照片上看，这些降落伞收纳起来以后，所占的内部空间体积比例要比“神舟”“联盟”的伞包体积占比大得多，改进余地还是很大的。但“天船”的降落伞舱盖设置在锥顶正中，而不是“神舟”那样安装在顶部侧面，这就给舱内空间构造设定了一个不算太理想的边界条件。

但“天船”有一个优势，它的预定着陆场设置在海上，因此就不需要设计着陆缓冲发动机和防热大底。只要设计体积相对比较小的浮囊就可以了。

▲ “天船”的示意图，与LVM3试验的尺寸似乎有些不符

▲ CARE模拟飞船试验回收取得成功

逃逸救生试验

2018年7月5日，“天船”又进行了一次重要的试验：逃逸救生。这是为了预防在发射过程中，火箭在较低高度发生故障，为航天员逃离火箭而设置的分系统。试验在地面零高度进行，逃逸塔点火，把整套系统带入高空，再抛掉整流罩，飞船返回舱分离后开伞着陆。

“天船”的这次试验中，模拟飞船、整流罩和逃逸塔总质量达到了12.6吨。当地时间早上7点，逃逸塔点火，7个固体火箭发动机带着飞船直冲天空，抵达了大约2.7公里的高度。根据传感器发回的数据，飞行中的过载并没有超过安全极限。259秒后，模拟飞船缓缓降落在孟加拉湾附近。ISRO派出3艘船只将它拖回。

跳级生的考试？

从上面的描述来看，“天船”的研制基本上还是很顺利的，特别是7月5日的这一次。当然，这些成果对真正的载人飞行来说还远远不够。绝大多数分系统还没有经历过空间飞行，甚至没有地面试验的消息传出。

另外，2014年CARE飞行中，飞船是头下脚上，倒立着安装在运载火箭适配器上的。这样，在飞船分离之后，可以立刻进入返回姿态。但实际载人飞行当中，当飞船要返回地面的时候，必须先进行调姿，然后再实现返回舱和推进舱分离。这项技术，ISRO还没有实施过空间飞行，哪怕类似的试验也不曾做过。另外，CARE飞行的高度只有126公里，与火箭分离时速度只有5327米/秒。但“天船”的设计轨道高度是400公里，中间这200多公里的落差不仅仅意味着势能变化，更意味着巨大的速度增量。换言之，如果把CARE从400公里高度、以7.9公里/秒的第一宇宙速度再入，气动加热要严重得多，减速需求也高得多。现在这套系统能不能工作还是个未知数。

可以打个比方，如果以ISRO现在掌握的技术，要在2022年实现第一次载人飞行，就相当于让一个初中生直接去考研究生，跨度实在大了一些。我们并不知道ISRO是如何向印度政府描述研制进展的，但是很显然，印度政府就此拥有了充分的信心。根据GSLV MARKIII的发射计划，到2022年第一次载人飞行之前，不会再安排不载人的飞行试验了。或许，印度可以直接从俄罗斯进口缺少的分系统，包括环控和生保系统、航天服、先进的降落伞等等。这样或许会有效加快研制进度。